RU2005896C1

RU2005896C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2005896C1
Authority: RU
Inventors: Лев Хаимович Бородянский; Анатолий Арашаевич Чапчаев
Original assignee: Лев Хаимович Бородянский; Анатолий Арашаевич Чапчаев
Priority date: 1992-04-08
Filing date: 1992-04-08
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: engine has case with cylinders 1 and pistons 2 with connecting rods 3. A rocker is mounted on the case and provided with first arm 4 having roller 7 and second arm 5 having additional roller 8. Roller 7 interacts with first cam 10 fitted on output shaft 9, and roller 8 interacts with second cam 11 which is kinematically connected to first cam 10 for combined rotation in the same direction. The cams are provided with surfaces which provide stop of the pistons in top and bottom dead center in the range 20-30of rotation angle of output shaft 9. Axes of rotation of cams 10,11 are located from the one side of the rocker. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания. The invention relates to engine building, and in particular to internal combustion engines.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с кулачковой поверхностью, вращающийся блок цилиндров, жестко соединенный с выходным валом, поршни, установленные в цилиндрах и взаимодействующие с кулачковой поверхностью. На кулачковой поверхности выполнены участки поверхности, обеспечивающие остановку поршня в верхней мертвой точке (ВМТ) и нижней мертвой точке (НМТ), что дает возможность проведения процесса сгорания топлива при постоянном объеме, позволяя произвести более полное сгорание топлива и снижая потери тепла в стенки цилиндра. Остановка поршня в НМТ обеспечивает проведение более качественного наполнения цилиндра. Указанные выше особенности позволяют повысить экономичность двигателя и улучшить его экологические показатели. Однако, наличие вращающего блока цилиндров затрудняет практическую реализацию двигателя в связи с большими конструктивными и технологическими сложностями для обеспечения надежной работы системы газораспределения, подачи топлива и смазки во вращающийся блок цилиндров. A known internal combustion engine containing a stationary housing with a cam surface, a rotating cylinder block, rigidly connected to the output shaft, pistons installed in the cylinders and interacting with the cam surface. On the cam surface, surface sections are provided that stop the piston at top dead center (TDC) and bottom dead center (BDC), which makes it possible to carry out the fuel combustion process at a constant volume, allowing for more complete combustion of the fuel and reducing heat loss to the cylinder walls. Stopping the piston at the BDC ensures a better filling of the cylinder. The above features can improve the efficiency of the engine and improve its environmental performance. However, the presence of a rotating cylinder block complicates the practical implementation of the engine in connection with great structural and technological difficulties to ensure reliable operation of the gas distribution system, fuel and lubrication in the rotating cylinder block.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный корпус с цилиндpами, поршни с шатунами, установленные в цилиндрах, коромысло с роликом, первый кулачок, установленный на выходном валу и взаимодействующий с роликом коромысла, второй кулачок, кинематически связанный с первым кулачком с возможностью их совместного вращения в одном направлении и с возможностью взаимодействия с коромыслом. На кулачках выполнены участки поверхностей, обеспечивающих остановку в ВМТ. The closest technical solution to the proposed one is an internal combustion engine containing a stationary body with cylinders, pistons with connecting rods installed in the cylinders, a rocker with a roller, a first cam mounted on the output shaft and interacting with the rocker roller, a second cam kinematically connected with the first cam with the possibility of their joint rotation in one direction and with the possibility of interaction with the beam. On the cams, sections of the surfaces providing stop at TDC are made.

Указанный двигатель принят за прототип. The specified engine is taken as a prototype.

Недостатком прототипа является неудачное расположение кулачков по разные стороны от коромысла, что создает значительные нагрузки на срез, деформирующие плечо коромысла, и приводят к снижению надежности работы и долговечности, при этом в прототипе отсутствуют кулачковые поверхности, обеспечивающие остановку поршня в НМТ. The disadvantage of the prototype is the unsuccessful location of the cams on opposite sides of the beam, which creates significant loads on the slice, deforming the shoulder of the beam, and lead to a decrease in reliability and durability, while the prototype does not have cam surfaces that allow the piston to stop in the BDC.

Целью изобретения является повышение надежности работы и повышение экономичности работы путем остановки поршня в НМТ для более качественного наполнения или продувки цилиндров. The aim of the invention is to increase the reliability and increase the efficiency by stopping the piston in the BDC for a better filling or purging of the cylinders.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с цилиндрами, поршни с шатунами, установленные в цилиндрах, коромысло с роликом, установленное на оси в корпусе, стержень, один конец которого жестко соединен с плечом коромысла, а второй шарнирно связан с шатуном поршня, выходной вал с первым кулачком, второй кулачок, кинематически связанный с первым кулачком с возможностью совместного вращения в одном направлении и с возможностью взаимодействия с коромыслом, причем ролик коромысла установлен с возможностью взаимодействия с первым кулачком, а кулачки выполнены с участками поверхностей, взаимодействующими с коромыслом, с возможностью остановки поршня в районе верхней мертвой точки, а двигатель снабжен дополнительным роликом, коромысло выполнено двуплечим, причем дополнительный ролик установлен на втором плече коромысла с возможностью взаимодействия со вторым кулачком, а первый и второй кулачки выполнены с участками поверхностей, взаимодействующими с коромыслом с возможностью остановки поршня в нижней мертвой точке, а оси вращения кулачков размещены по одну сторону от коромысла. This goal is achieved in that the internal combustion engine comprises a housing with cylinders, pistons with connecting rods installed in the cylinders, a rocker with a roller mounted on an axis in the housing, a rod, one end of which is rigidly connected to the arm of the rocker arm, and the second is pivotally connected to the piston rod , an output shaft with a first cam, a second cam kinematically connected with the first cam with the possibility of joint rotation in one direction and with the possibility of interaction with the beam, and the roller of the beam is installed with interaction with the first cam, and the cams are made with surface sections interacting with the beam, with the possibility of stopping the piston in the region of top dead center, and the engine is equipped with an additional roller, the beam is made of two arms, and the additional roller is mounted on the second arm of the beam with the possibility of interaction with the second cam, and the first and second cams are made with sections of surfaces that interact with the beam with the possibility of stopping the piston at bottom dead center, and the axis of rotation cams placed on one side of the beam.

При этом первый и второй кулачки установлены соосно, плечи коромысла образуют между собой острый угол со стороны оси вращения кулачков, а стержень образует с первым плечом коромысла острый угол. In this case, the first and second cams are mounted coaxially, the arms of the rocker arm form an acute angle between themselves from the side of the axis of rotation of the cams, and the shaft forms an acute angle with the first arm of the rocker arm.

Кроме того, оси вращения первого и второго кулачков расположены на прямой, перпендикулярной оси цилиндров, причем плечи коромысел образуют угол, не превышающий 180^о, но больший 90^о со стороны осей вращения кулачков, а участки поверхностей кулачков, обеспечивающие остановку поршней, выполнены с возможностью остановки поршня в пределах 20-30^о угла поворота выходного вала.In addition, the axis of rotation of the first and second cams are located on a straight line perpendicular to the axis of the cylinders, with the arms of the rocker arms forming an angle not exceeding 180 ^° but greater than 90 ^° from the side of the axis of rotation of the cams, and parts of the surfaces of the cams that allow the pistons to stop are made with the possibility piston stops within 20-30 ^{about the} angle of rotation of the output shaft.

Анализ известных и предложенного технического решения позволяет сделать вывод о соответствии предложения критериям "новизна", "промышленная применимость" и "изобретательский уровень". Analysis of the known and proposed technical solutions allows us to conclude that the proposal meets the criteria of "novelty", "industrial applicability" and "inventive step".

На фиг. 1 показан пример конкретного выполнения двигателя с соосным расположением кулачков; на фиг. 2 - пример конкретного выполнения двигателя с параллельными осями вращения кулачков. In FIG. 1 shows an example of a specific embodiment of an engine with a coaxial cam arrangement; in FIG. 2 - an example of a specific implementation of the engine with parallel axes of rotation of the cams.

Двигатель внутреннего сгорания содержит корпус с цилиндрами 1, поршень 2 с шатунами 3. Двуплечее коромысло содержит первое плечо 4 и второе плечо 5. К первому плечу 4 одним концом жестко присоединен стержень 6, вторым концом стержень 6 шарнирно соединен с шатуном 3. На первом плече 4 коромысла установлен ролик 7, а на втором плече 5 - дополнительный ролик 8. На выходном валу 9 установлен первый кулачок 10, взаимодействующий с роликом 7 первого плеча 4 коромысла. Второй кулачок 11 кинематически связан с первым кулачком 10, с возможностью совместного вращения в одном направлении. В одном примере конкретного выполнения (см. фиг. 1) второй кулачок 11 устанавливается соосно первому кулачку 10 на одном валу 9. Причем второй кулачок 11 может быть выполнен в виде двух дисков эксцентрично соединенных с валом, дисками второго кулачка (не показано). Плечи 4 и 5 в этом случае составляют острый угол. The internal combustion engine contains a housing with cylinders 1, a piston 2 with connecting rods 3. The two-shouldered rocker arm comprises a first arm 4 and a second arm 5. A rod 6 is rigidly attached to the first arm 4 by one end, the rod 6 is pivotally connected to the connecting rod 3. At the first arm 4 of the rocker arm, roller 7 is installed, and on the second arm 5, an additional roller 8. A first cam 10 is mounted on the output shaft 9, which interacts with the roller 7 of the first arm 4 of the rocker arm. The second cam 11 is kinematically connected with the first cam 10, with the possibility of joint rotation in one direction. In one example of a specific implementation (see Fig. 1), the second cam 11 is mounted coaxially with the first cam 10 on one shaft 9. Moreover, the second cam 11 can be made in the form of two disks eccentrically connected to the shaft, disks of the second cam (not shown). The shoulders 4 and 5 in this case constitute an acute angle.

Второй кулачок 11 может быть установлен на дополнительном валу 12, причем ось вращения выходного вала 9 и дополнительного вала 12 параллельны между собой и могут быть расположены на линии, перпендикулярной оси цилиндра (см. фиг. 2), но линия, соединяющая оси вращения указанных валов, может составлять с осью цилиндров угол, отличный от 90^о (не показано). Валы 9 и 12 могут быть связаны любой передачей (шестеренчатой, ременной и т. д. ), обеспечивающей их совместное вращение в одном направлении. На кулачках 11 и 10 выполняются участки поверхностей, обеспечивающих остановку поршня в ВМТ и НМТ в пределах 20-30^о угла поворота выходного вала 9. Причем, указанный интервал остановки поршней может быть реализован и после мертвых точек, и несколько не доходя до последних. Участки поверхностей, обеспечивающие остановку поршня, могут быть сопряжены поверхностями, обеспечивающими наиболее оптимальный закон перемещения поршня в зависимости от особенностей рабочего процесса двигателя. На фиг. 2 показано выполнение коромысла, когда плечи 4 и 5 составляют угол равный 180^о.The second cam 11 can be mounted on the additional shaft 12, and the axis of rotation of the output shaft 9 and the additional shaft 12 are parallel to each other and can be located on a line perpendicular to the axis of the cylinder (see Fig. 2), but the line connecting the axis of rotation of these shafts , can make an angle with the cylinder axis other than 90 ^° (not shown). Shafts 9 and 12 can be connected by any gear (gear, belt, etc.), ensuring their joint rotation in one direction. On the cams 11 and 10, surface sections are provided that stop the piston at TDC and BDC within 20-30 ^{about the} angle of rotation of the output shaft 9. Moreover, the indicated interval for stopping the pistons can be realized after the dead points, and somewhat not reaching the latter. The parts of the surfaces that ensure the piston stops can be mated with surfaces that provide the most optimal law for moving the piston, depending on the characteristics of the engine's working process. In FIG. 2 shows the implementation of the rocker arm, when the shoulders 4 and 5 make an angle equal to 180 ^about .

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. The internal combustion engine operates as follows.

Поршни 2, под воздействием продуктов сгорания, передают усилие через шатуны 3, стержень 6 на плечи 4 и 5 коромысла. Плечи 4 и 5 воздействуют через соответствующие ролики 7 и 8 на кулачки 10 и 11, заставляя их поворачиваться совместно с выходным валом 9. При этом, поршни 2 останавливаются в ВМТ и НМТ, что обеспечивает наиболее оптимальное сгорание топлива и наиболее оптимальный процесс наполнения или продувки. Отсутствие дополнительных нагрузок на плечи коромысел повышает надежность работы предложенного двигателя по сравнению с прототипом. Плечи 4 и 5 коромысла предпочтительно могут составлять угол α в зависимости от расположения осей валов 9 и 12 в пределах 90-180^о. (56) Патент США N 3687117, кл. F 02 B 57/00, 1972.Pistons 2, under the influence of combustion products, transmit the force through the connecting rods 3, the rod 6 to the arms 4 and 5 of the rocker arm. The shoulders 4 and 5 act through the respective rollers 7 and 8 on the cams 10 and 11, forcing them to rotate together with the output shaft 9. At the same time, the pistons 2 stop at the top dead center and the bDC, which ensures the most optimal fuel combustion and the most optimal filling or purging process . The absence of additional loads on the shoulders of the rocker arm increases the reliability of the proposed engine in comparison with the prototype. The arms 4 and 5 of the rocker arm can preferably make an angle α depending on the location of the axes of the shafts 9 and 12 in the range of 90-180 ^about . (56) U.S. Patent 3,687,117, CL F 02 B 57/00, 1972.

Патент Великобритании N 1115147, кл. F 02 B 75/32, 1968. UK patent N 1115147, CL F 02 B 75/32, 1968.

Claims

1. INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a housing with cylinders, pistons with connecting rods installed in the cylinders, a rocker with a roller mounted on an axis in the housing, a rod, one end of which is rigidly connected to the rocker arm, and the other is pivotally connected to the piston rod, the output shaft with the first cam, the second cam kinematically associated with the first cam with the possibility of joint rotation in one direction and with the possibility of interaction with the beam, and the roller rocker is installed with the possibility of interaction with the first cam and the cams are made with interacting surface sections, with the rocker arm with the possibility of stopping the piston in the region of top dead center, characterized in that the engine is equipped with an additional roller, the rocker arm is double-armed, and the additional roller is mounted on the second arm of the rocker arm with the possibility of interaction with the second cam, the first and second cams are made with surface sections interacting with the rocker with the possibility of stopping the piston at bottom dead center, and the axis of rotation of the cams is us on one side of the beam.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the first and second cams are mounted coaxially, the arms of the rocker arm form an acute angle between them from the axis of rotation of the cams, and the shaft forms an acute angle with the first arm of the rocker arm.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the axis of rotation of the first and second cams are located on a straight line perpendicular to the axis of the cylinders, with the arms of the rocker arms forming an angle not exceeding 180 ^o but greater than 90 ^o from the side of the axis of rotation of the cams.

4. The engine according to paragraphs. 1 to 3, characterized in that the parts of the surfaces of the cams, providing a stop of the pistons, are made with the possibility of stopping the piston within 20 - 30 ^{o the} angle of rotation of the output shaft.