RU2006627C1

RU2006627C1 - Crankless internal combustion engine

Info

Publication number: RU2006627C1
Authority: RU
Inventors: Леонид Семенович Шафир
Original assignee: Леонид Семенович Шафир
Priority date: 1991-03-11
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: supports are arranged on inner sides and outer sides of covers of engine. Supports are detachable and interchangeable. Freely fitted on supports are gears constantly meshed with gear of shaft. Slotted links are secured eccentrically by pins to gears. Links are interconnected by means of bosses and holes. Links engage with rods of pistons. Fitted additionally on supports are gears with links. Shaft has also reserve gear. EFFECT: reduced overall dimensions of engine and metal usage. 5 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкции бесшатунных двигателей внутреннего сгорания, и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства: на транспорте, тракторах и сельскохозяйственных машинах, в качестве поршневых компрессоров и насосов, мотогазогенераторов. The invention relates to mechanical engineering, namely to the design of rodless internal combustion engines, and can be used in any sector of the national economy: in transport, tractors and agricultural machines, as reciprocating compressors and pumps, gas and gas generators.

Известны бесшатунные поршневые двигатели внутреннего сгорания (С. С. Баландин, М. : Машиностроение, 1968 г. , с. 25 рис. 23, с. 39 рис. 40, с. 47 рис. 48) с крестообразным, Х-образным, Y-образным расположением цилиндров, содержащие картер, цилиндры, поршни со штоками, ползуны или заменяющие их шестерни коленчатые валы и др. Наличие ползунов уменьшает габариты двигателей, но усложняет конструкцию. Known rodless piston internal combustion engines (S. S. Balandin, M.: Engineering, 1968, p. 25 fig. 23, p. 39 fig. 40, p. 47 fig. 48) with a cross-shaped, X-shaped, Y-shaped arrangement of cylinders containing crankcase, cylinders, pistons with rods, sliders or crankshafts replacing them with gears. The presence of sliders reduces the dimensions of the engines, but complicates the design.

Известен двигатель внутреннего сгорания (авт. св. N 1134749, кл. F 02 B 75/32), содержащий параллельно установленные цилиндры с поршнями, кинематически связанны со штоками, которые взаимодействуют с шатунными шейками коленчатых валов через штоковые подшипники. Соединительные тяги кинематически связаны через роликовые подшипники с дополнительным кривошипным валом, который располагается в опорных подшипниках корпуса. На валы жестко установлены три шестерни устройства разгрузки поршней от боковых давлений на стенки цилиндров и др. Наличие коленчатого вала, дополнительного кривошипного вала увеличивает габариты двигателя и усложняет конструкцию. Known internal combustion engine (ed. St. N 1134749, class F 02 B 75/32), containing parallel mounted cylinders with pistons, are kinematically connected to the rods, which interact with the connecting rod journals of the crankshafts through rod bearings. The connecting rods are kinematically connected through roller bearings to an additional crank shaft, which is located in the thrust bearings of the housing. Three gears of the device for unloading pistons from lateral pressures on the cylinder walls, etc., are rigidly mounted on the shafts. The presence of a crankshaft and an additional crank shaft increases the dimensions of the engine and complicates the design.

Известен бесшатунный двигатель внутреннего сгорания (авт. св. N 1262074, кл. F 02 B 75/24), содержащий два поршня, жестко связанных между собой штоком и размещенных в цилиндре с возможностью возвратно-поступательного движения, и два механизма газораспределения, каждый из которых выполнен в виде клапанов с кулачковым валом, впускного и выпускного каналов, расположенных в корпусе, двух коленчатых валов, двух тяг, соединяющих коленчатые валы, четырех упоров, в которые входят концы коленчатых валов, переднего, заднего и среднего кривошипов, шестерен и т. д. Known rodless internal combustion engine (ed. St. N 1262074, class F 02 B 75/24), containing two pistons, rigidly interconnected by a rod and placed in the cylinder with the possibility of reciprocating motion, and two gas distribution mechanisms, each which are made in the form of valves with a camshaft, inlet and outlet channels located in the housing, two crankshafts, two rods connecting the crankshafts, four stops, which include the ends of the crankshafts, front, rear and middle cranks, gears, etc.d.

Двигатель сложен в изготовлении, наличие коленчатых валов увеличивает его габариты по длине. Сложна также и система газораспределения. The engine is difficult to manufacture, the presence of crankshafts increases its dimensions in length. The gas distribution system is also complicated.

Известен также двигатель внутреннего сгорания (авт. св. N 1281700, кл. F 02 B 75/32), содержащий картер с установленным в нем цилиндром с системой газораспределения, поршень, соединенный штоком с кулисой, снабженной направляющими, два коленчатых вала с добавочными противовесами, размещенных в картере параллельно один другому и кинематически связанных между собой с помощью шестерен для синхронного вращения в противоположные стороны, два ползуна, установленных на кривошипных шейках валов и перемещающихся по направлению кулисы в плоскостях вращения валов, кулиса выполнена в виде цилиндрического стержня, а ползуны снабжены цилиндрическими отверстиями в которых размещен стержень. Наличие двух коленчатых валов усложняет конструкцию двигателя. Also known is an internal combustion engine (ed. St. N 1281700, class F 02 B 75/32), comprising a crankcase with a cylinder with a gas distribution system installed in it, a piston connected by a rod to a rocker equipped with guides, two crankshafts with additional counterweights placed in the crankcase parallel to one another and kinematically connected with each other using gears for synchronous rotation in opposite directions, two sliders mounted on crank shafts of the shafts and moving in the direction of the wings in the planes of rotation shafts, the wings are made in the form of a cylindrical rod, and the sliders are provided with cylindrical holes in which the rod is placed. The presence of two crankshafts complicates the design of the engine.

Известен авиационный, двухвинтовой двигатель внутреннего сгорания, например, 16-цилиндровый (см. патент Великобритании N 400430, кл. F 02 B 75/22, опублик. 1933 г. ), содержащий корпус с боковыми крышками, выходной вал с закрепленными на нем шестернями, цилиндры, установленные в них поршни с двумя шатунами каждый, кинематически связанные с кривошипными шестернями при помощи эксцентрично установленных на них пальцев. Опоры шестерен выполнены в боковых крышках корпуса, а шестерни связаны с шестерней выходного вала. Двигатель содержит коленчатые валы, солнечную шестерню, дифференциал и т. д. Наличие двух шатунов, кинематически связанных с одним поршнем, усложняет конструкцию и увеличивает габариты двигателя. Known aircraft, twin-screw internal combustion engine, for example, a 16-cylinder (see British patent N 400430, CL F 02 B 75/22, published. 1933), comprising a housing with side covers, an output shaft with gears fixed to it , cylinders, pistons installed in them with two connecting rods each, kinematically connected with crank gears using fingers eccentrically mounted on them. The gear supports are made in the side covers of the housing, and the gears are connected with the gear of the output shaft. The engine contains crankshafts, a sun gear, a differential, etc. The presence of two connecting rods kinematically connected with one piston complicates the design and increases the size of the engine.

Как известно, шатунно-поршневые, бесшатунные двигатели несмотря на постоянное совершенство конструкции по-прежнему остаются металлоемкими, кроме того, конструктивно они не имеют резервных устройств для соединения поршней с валом, смонтированных непосредственно на двигателе, для увеличения срока их службы. Сложно изготовление коленчатых валов. Двигатели имеют большую трудоемкость работ при текущих и капитальных ремонтах. It is known that rod-piston, rod-less engines, despite the constant perfection of the design, are still metal-intensive, in addition, structurally they do not have redundant devices for connecting pistons to the shaft mounted directly on the engine to increase their service life. It is difficult to manufacture crankshafts. Engines have a great complexity of work during current and overhauls.

Целью изобретения является упрощение конструкции и уменьшение габаритов бесшатунного двигателя внутреннего сгорания, разработка такого соединения поршня с валом, которое дало бы возможность кроме основного устройства, иметь и резервное, смонтированного на двигателе. The aim of the invention is to simplify the design and reduce the size of the rodless internal combustion engine, the development of such a connection of the piston with the shaft, which would make it possible, in addition to the main device, to have a backup mounted on the engine.

Эта цель достигается тем, что поршни выполнены со штоками, взаимодействующими с дополнительными кулисами, расположенными перпендикулярно оси соответствующих цилиндров и шарнирно связанными посредством пальцев с двумя кривошипными шестернями, причем в месте крепления к шестерне кулисы связаны между собой, а в боковых крышках корпуса с двух сторон выполнены опоры кривошипных шестерен. This goal is achieved by the fact that the pistons are made with rods interacting with additional wings located perpendicular to the axis of the respective cylinders and pivotally connected by means of fingers with two crank gears, and at the place of attachment to the gear, the wings are interconnected, and in the side covers of the housing on both sides made support crank gears.

Двигатель дополнительно снабжен кривошипными шестернями, установленными на опорах боковой крышки корпуса с наружной стороны. Боковые крышки выполнены взаимозаменяемыми, опоры шестерен также взаимозаменяемые и съемные. На выходном валу двигателя закреплены по крайней мере две шестерни. Кулисы выполнены с одной стороны с цилиндрическими выступами, ось которых перпендикулярна оси кулисы, с другой стороны - с осевыми отверстиями, причем все кулисы соединены между собой при помощи выступов и отверстий. The engine is additionally equipped with crank gears mounted on the supports of the side cover of the housing from the outside. Side covers are made interchangeable, gear supports are also interchangeable and removable. At least two gears are fixed to the output shaft of the engine. The wings are made on the one hand with cylindrical protrusions, the axis of which is perpendicular to the axis of the wings, on the other hand, with axial holes, all the wings being connected to each other by means of protrusions and holes.

На фиг. 1 изображен предлагаемый бесшатунный двигатель внутреннего сгорания с крестообразным расположением цилиндров, поперечный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - продольный разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечения В-В на фиг. 1 (повернуто на 45^о); на фиг. 5 - сечение Г-Г на фиг. 1 (повернуто на 45^о); на фиг. 6 - кулисы в сборе; на фиг. 7 - сечение Д-Д на фиг. 6.In FIG. 1 shows the proposed rodless internal combustion engine with a cross-shaped arrangement of cylinders, a cross section; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a longitudinal section bB in FIG. 1; in FIG. 4 is a cross-section BB in FIG. 1 (rotated 45 ^o ); in FIG. 5 is a section GG in FIG. 1 (rotated 45 ^o ); in FIG. 6 - backstage assembly; in FIG. 7 is a section DD in FIG. 6.

Четырехтактный бесшатунный двигатель внутреннего сгорания 1 содержит корпус 2, поршни 3, выполненные со штоками 4. Дополнительные кулисы 5 расположены перпендикулярно осям цилиндров 6. Кулисы 5 шарнирно связаны посредством пальцев 7 с кривошипными шестернями 8. В местах крепления к шестерням 8 кулисы 5 связаны между собой. Кривошипные шестерни 8 закрываются боковыми крышками, передней 9 и задней 10. Передняя боковая крышка 9 на внутpенней стороне 11 содержит не съемные (выполненные заодно с крышкой) опоры 12, а на наружной стороне 13 - съемные опоры 14. The four-stroke rodless internal combustion engine 1 contains a housing 2, pistons 3 made with rods 4. Additional wings 5 are located perpendicular to the axes of the cylinders 6. The wings 5 are pivotally connected by means of the fingers 7 to the crank gears 8. At the points of attachment to the gears 8, the wings 5 are interconnected . The crank gears 8 are closed by the side covers, the front 9 and the back 10. The front side cover 9 on the inner side 11 contains non-removable (integral with the cover) bearings 12, and on the outer side 13 - removable bearings 14.

Аналогично задняя боковая крышка 10 содержит на внутренней стороне 15 несъемные опоры 16, а на наружной стороне 17 - съемные опоры 18 кривошипных шестерен 8. Опоры обеих крышек 9 и 10 равны числу цилиндров 6 двигателя 1 и расположены на одинаковых расстояниях друг от друга под равными углами. Двигатель 1 содержит дополнительные кривошипные шестерни 19, которые установлены на опорах 14 и 18 боковых крышек 9 и 10, например, с наружной стороны, 13. Боковые крышки 9 и 10 выполнены взаимозаменяемыми. Опоры 14 и 18 съемные и также взаимозаменяемые. Двигатель 1 содержит выходной вал 20, на котором закреплены рабочая шестерня 21, находящаяся в постоянном зацеплении с кривошипными шестернями 8, и резервная дополнительная шестерня 22. Кулисы 5 содержат с одной стороны цилиндрические выступы 23, ось которых перпендикулярна оси кулисы 5, а с другой стороны - осевые отверстия 24. Все кулисы 5 соединены между собой при помощи выступов 23 и отверстий 24. Кулисы 5 соединяются с поршнями 3 при помощи поршневых штоков 4 через штоковые отверстия 25 с возможностью свободного вращения вокруг горизонтальных осей кривошипных шестерен 8 и перемещения в отверстиях 25 штоков 4 при возвратно-поступательном движении поршней 3 и вращательном движении выходного вала 20. К корпусу 2 крепятся направляющие 26 поршневых штоков 4. Similarly, the rear side cover 10 contains on the inner side 15 fixed bearings 16, and on the outer side 17 - removable supports 18 of the crank gears 8. The supports of both covers 9 and 10 are equal to the number of cylinders 6 of the engine 1 and are located at equal distances from each other at equal angles . The engine 1 contains additional crank gears 19, which are mounted on the bearings 14 and 18 of the side covers 9 and 10, for example, from the outside, 13. The side covers 9 and 10 are made interchangeable. Supports 14 and 18 are removable and also interchangeable. The engine 1 contains an output shaft 20, on which a working gear 21 is fixed, which is in constant engagement with the crank gears 8, and a backup additional gear 22. The wings 5 comprise on one side cylindrical protrusions 23, the axis of which is perpendicular to the axis of the wings 5, and on the other - axial holes 24. All the wings 5 are interconnected using the protrusions 23 and the holes 24. The wings 5 are connected to the pistons 3 using the piston rods 4 through the rod holes 25 with the possibility of free rotation around the horizontal axis gear crank 8 and move in the holes 25 of rods 4, the reciprocating motion of pistons 3 and the rotational output shaft 20. To body 2 are fixed guides 26 of the piston rods 4.

Дополнительные кривошипные шестерни 19 содержат дополнительные кулисы 27. Опоры 14 передней боковой крышки 9 и опоры 18 задней боковой крышки 10 закрываются кожухами 28. Боковые крышки 9 и 10 крепятся к корпусу 2 болтами 29. Двигатель 1 содержит систему газораспределения, состоящую из впускных окон 30 и выпускных (продувочных) окон 31, а также впускные трубопроводы 32 и выпускные трубопроводы 33, отлитые заодно с корпусом 2 двигателя 1 и расположенные в рубашке жидкостного охлаждения 34. Впускные трубопроводы 32 содержат патрубки 35 для крепления впускной трубы и карбюратора (на чертеже не показаны). Выпускные трубопроводы 33 содержат патрубки 36 для крепления трубы глушителя (на чертеже не показана). Цилиндры 6 закрываются головками 37 и содержат свечи 38. Двигатель может соединяться с вторым модулем 39 при помощи болтов 40 и шлицов 41 выходного вала 20 первого модуля 1 и выходного вала 42 второго модуля 39. Валы 20 и 42 опираются на подшипники 43, смонтированные в крышках 9 и 10. Additional crank gears 19 contain additional wings 27. The supports 14 of the front side cover 9 and the supports 18 of the rear side cover 10 are closed by covers 28. The side covers 9 and 10 are attached to the housing 2 by bolts 29. The engine 1 contains a gas distribution system consisting of inlet windows 30 and exhaust (purge) windows 31, as well as inlet pipelines 32 and exhaust pipelines 33 cast at the same time with the housing 2 of the engine 1 and located in the liquid cooling jacket 34. The inlet pipelines 32 include nozzles 35 for fixing the inlet Uba and carburetor (not shown). Exhaust pipelines 33 include nozzles 36 for attaching a silencer pipe (not shown in the drawing). The cylinders 6 are closed by heads 37 and contain candles 38. The engine can be connected to the second module 39 by means of bolts 40 and splines 41 of the output shaft 20 of the first module 1 and the output shaft 42 of the second module 39. The shafts 20 and 42 are supported by bearings 43 mounted in the covers 9 and 10.

Четырехтактный бесшатунный двигатель внутреннего сгорания 1 работает следующим образом. Four-stroke rodless internal combustion engine 1 operates as follows.

При совершении термодинамического процесса в цилиндрах 6 усилие расширяющихся газов передаются на поршни 3, поршневые штоки 4, кулисы 5. Кулисы 5 передают усилия на пальцы 7, пальцы 2 на кривошипные шестерни 8. Шестерни 8 начинают вращаться против часовой стрелки. Усилия от шестерен 8 через зубья передаются на шестерню 21 выходного вала 20. Шестерня 21 совместно с валом 20 вращается по часовой стрелке. Двигатель работает. Порядок работы 1-3-4-2. Ход поршней 3 от ВМТ до НМТ при повороте кривошипных шестерен 8 на 180^о равен диаметру окружности шестерен 8, проходящей через центры пальцев 7.When the thermodynamic process in the cylinders 6 is completed, the force of the expanding gases is transmitted to the pistons 3, piston rods 4, wings 5. The wings 5 transfer forces to the fingers 7, fingers 2 to the crank gears 8. The gears 8 begin to rotate counterclockwise. The forces from the gears 8 are transmitted through the teeth to the gear 21 of the output shaft 20. The gear 21 together with the shaft 20 rotates clockwise. The engine is running. Operation 1-3-4-2. Stroke 3 from TDC to BDC by rotating gear crank 8 180 equal to the diameter ^{of the} circumference of the gear 8 through the finger 7 centers.

В случае выхода из строя шестерен 8, кулис 5, пальцев 17 или шестерни 21 неисправные детали демонтируются. Передняя крышка 9 разворачивается на 180^о и устанавливается на место задней крышки 10, а задняя крышка 10 - на место передней 9 крышки.In case of failure of gears 8, link 5, fingers 17 or gear 21, the defective parts are dismantled. The front cover 9 is rotated 180 ^° and is installed in place of the rear cover 10, and the rear cover 10 is in place of the front 9 cover.

Вместо вышедших из строя деталей к поршням 1 подсоединяются дополнительные исправные детали: шестерни 19 и кулисы 28. При необходимости меняются съемные опоры 14 и 18. Instead of failed parts, additional serviceable parts are connected to the pistons 1: gears 19 and wings 28. If necessary, removable bearings 14 and 18 are changed.

Замена шатунных шеек коленчатого вала опорами и передача крутящего момента при помощи шестерен значительно упрощает конструкцию двигателя, уменьшает его габариты, металлоемкость, трудоемкость при работе. Наличие дополнительных деталей непосредственно на двигателе создает благоприятные условия для увеличения ходимости двигателей. Конструкция позволяет строить модули двигателей и соединять их между собой для увеличения мощности. Металлоемкость двух спаренных модулей предлагаемой конструкции примерно в 2 раза меньше металлоемкости, например, двигателей ЗИЛ-130, ЗИЛ-375 при тех же параметрах. (56) Патент Великобритании N 400340, кл. F 02 B 75/22, опублик. 1933. Replacing the crankshaft connecting rod journals with bearings and transmitting torque using gears greatly simplifies the design of the engine, reduces its dimensions, metal consumption, and laboriousness during operation. The presence of additional parts directly on the engine creates favorable conditions for increasing the mileage of engines. The design allows you to build engine modules and connect them together to increase power. The metal consumption of two paired modules of the proposed design is approximately 2 times less than the metal consumption, for example, ZIL-130, ZIL-375 engines with the same parameters. (56) British Patent N 400340, cl. F 02 B 75/22, published. 1933.

Claims

1. A TRAILLESS INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a housing with side covers, an output shaft with at least one gear fixed thereon, cylinders mounted thereon pistons kinematically connected to the crank gears using fingers eccentrically mounted on them, wherein the gear supports are made in the side covers of the housing, and the gears are connected with the gear of the output shaft, characterized in that, in order to simplify the design and reduce dimensions, the pistons are made with rods that interact with additional E scenes arranged perpendicular to the axis of the corresponding cylinders and hingedly connected by pins with two crank gears, in which the point of attachment to the gear scenes are interconnected, and the side covers in the housing on both sides of a support made of crank gears.

2. The engine according to claim 1, characterized in that it is additionally equipped with crank gears mounted on the supports of the side cover of the housing from the outside.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the side covers of the housing are interchangeable, and the gear supports are removable and interchangeable.

4. The engine according to claim 1, characterized in that at least two gears are fixed on the output shaft.

5. The engine according to claim 1, characterized in that the wings are made on one side with cylindrical protrusions, the axis of which is perpendicular to the axis of the wings, on the other hand with axial holes, all the wings being connected to each other by means of protrusions and holes.