RU2411382C2

RU2411382C2 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2411382C2
Application number: RU2006147075/06A
Authority: RU
Inventors: Аверкий Петрович Петров (RU); Аверкий Петрович Петров; Алексей Петрович Григорьев (RU); Алексей Петрович Григорьев; Юрий Федорович Казаков (RU); Юрий Федорович Казаков; Василий Николаевич Иванов (RU); Василий Николаевич Иванов
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2011-02-10
Also published as: RU2006147075A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: internal combustion engine consists of fixed cylinders 1 located in the form of V with pistons 2 and piston-rods 3, distribution shaft 4 with cams 5, piston unloading mechanism under action of lateral forces in cylinder-and-piston group, made in the form of straight shaft 6 with freewheel clutch installed on it on one of the ends of outer cage 8 to which there rigidly attached is gear wheel kinematically connected to piston-rod 3 the contact surface of which is made in the form of gear rack, and to the other end of outer cage 8 there attached is conical tooth gear connected through conical pair to the similar conical gear wheel of outer cage of freewheel clutch of the other pair of V-located cylinders. Distribution shaft 4 is kinematically connected to intermediate shaft on which there installed is freewheel clutch the outer cage of which is also made in the form of gear wheel and is engaged with gear wheel 9. Straight shaft 6 is rigidly attached to inner cage 18 of freewheel clutches.

EFFECT: reducing mechanical losses by reducing the actions of lateral loads in cylinder-and-piston group and improving operating characteristics.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к поршневым машинам (как 4-тактные двигатели внутреннего сгорания).The invention relates to the field of engineering, in particular to reciprocating machines (such as 4-stroke internal combustion engines).

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий неподвижный цилиндр, поршень с шатуном, распределительный вал с кулачками, приводящими в движение впускные и выпускные клапана, коленчатый вал, соединенный с шатуном механизмом разгрузки поршня от боковых сил [1].A known internal combustion engine containing a stationary cylinder, a piston with a connecting rod, a camshaft with cams driving inlet and exhaust valves, a crankshaft connected to the connecting rod by a piston unloading mechanism from lateral forces [1].

Однако недостатком этого устройства является наличие дорогостоящего и трудноизготавливаемого коленчатого вала, имеющего малую жесткость и неуравновешенные массы. Кроме того, в поршнях таких устройств возникает боковая сила, увеличивающая износ поршневого уплотнения и стенок цилиндра, увеличивая при этом механические потери.However, the disadvantage of this device is the presence of an expensive and difficult to manufacture crankshaft having low rigidity and unbalanced mass. In addition, lateral force arises in the pistons of such devices, increasing wear on the piston seal and cylinder walls, while increasing mechanical losses.

Известно также выполнение в двигателе внутреннего сгорания муфт с поршнями в виде зубчато-реечного зацепления [2] и механизма синхронизации движения поршня в виде конического зубчатого зацепления [3].It is also known that in the internal combustion engine, couplings with pistons in the form of a rack and pinion gear [2] and a piston synchronization mechanism in the form of a bevel gear [3].

Однако недостатком этих устройств является то, что связь распределительного вала с промежуточным валом, снабженным муфтами свободного хода, приводит к ухудшению работы двигателя вплоть до его остановки из-за отсутствия жесткой зависимости в механизме между положением поршня и положением клапанов газораспределения (поворотом распределительного вала).However, the disadvantage of these devices is that the connection of the camshaft with the intermediate shaft equipped with freewheels leads to deterioration of the engine up to its stop due to the absence of a rigid dependence in the mechanism between the position of the piston and the position of the gas distribution valves (turning the camshaft).

Кроме того, известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий V-образные цилиндры с размещенными в них поршнями, связанными с муфтами свободного хода, расположенными на выходном валу, с возможностью его однонаправленного вращения [4].In addition, there is a known internal combustion engine containing V-shaped cylinders with pistons placed in them, connected with freewheels, located on the output shaft, with the possibility of its unidirectional rotation [4].

Однако это устройство тоже имеет недостаток в виде больших механических потерь из-за воздействия боковых нагрузок.However, this device also has the disadvantage of large mechanical losses due to the impact of lateral loads.

Технический результат изобретения выражается в снижении механических потерь путем уменьшения действий боковых нагрузок в цилиндропоршневой группе и в повышении эксплуатационных характеристик.The technical result of the invention is expressed in the reduction of mechanical losses by reducing the effects of lateral loads in the cylinder-piston group and in increasing the operational characteristics.

Указанная цель достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания, содержащем V-образно расположенные цилиндры с размещенными в них поршнями, связанными с муфтами свободного хода, расположенными на выходном валу, с возможностью его однонаправленного вращения. Связь муфты свободного хода с поршнями выполнена в виде зубчато-реечного зацепления, распределительный вал двигателя кинематически связан с промежуточным валом, снабженным муфтами свободного хода, а механизм синхронизации движения поршней выполнен в виде конического зубчатого зацепления, совмещенного с муфтами свободного хода.This goal is achieved by the fact that in an internal combustion engine containing V-shaped cylinders placed with pistons connected to freewheels located on the output shaft, with the possibility of unidirectional rotation. The coupling of the freewheel with the pistons is made in the form of a rack-and-pinion gear, the engine camshaft is kinematically connected with the intermediate shaft equipped with freewheels, and the piston synchronization mechanism is made in the form of a bevel gear combined with freewheels.

На фиг.1 представлен двигатель внутреннего сгорания, поперечный разрез, а на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1.Figure 1 shows the internal combustion engine, a cross section, and figure 2 is a section along aa in figure 1.

Двигатель внутреннего сгорания состоит из неподвижных V-образно расположенных цилиндров 1 с поршнями 2 и с шатунами 3, распределительного вала 4 с кулачками 5, механизма разгрузки поршня от действия боковых сил в цилиндропоршневой группе, выполненного в виде прямого вала 6 с установленной на нем муфтой свободного хода 7 на одном конце наружной обоймы 8, к которой жестко прикреплено зубчатое колесо 9, кинематически связанное с шатуном 3, контактирующая поверхность которого выполнена в виде зубчатой рейки, а к другому концу наружной обоймы 8 прикреплена коническая зубчатая шестерня 10, соединенная через коническую пару 11 с такой же конической шестерней 12 наружной обоймы муфты свободного хода 13 другой пары V-образно расположенных цилиндров 14.The internal combustion engine consists of fixed V-shaped cylinders 1 with pistons 2 and connecting rods 3, a camshaft 4 with cams 5, a piston unloading mechanism from the action of lateral forces in the piston-cylinder group, made in the form of a straight shaft 6 with a free clutch mounted on it the stroke 7 at one end of the outer race 8, to which the gear 9 is rigidly attached, kinematically connected to the connecting rod 3, the contact surface of which is made in the form of a gear rack, and to the other end of the outer race 8 a bevel gear bevel gear 10 connected through a bevel pair 11 with the same bevel gear 12 of the outer race of the freewheel clutch 13 of another pair of V-shaped cylinders 14 is replicated.

Распределительный вал 4 кинематически связан с промежуточным валом 15, на котором установлена муфта свободного хода 16, наружная обойма которой также выполнена в виде зубчатого колеса 17 и имеет зацепление с зубчатым колесом 9. Прямой вал 6 жестко связан с внутренней обоймой 18 муфт свободного хода 7 и 13. Цилиндры 1 и 14 снабжены клапанами 19 и 20, а прямой вал 6 - маховиком 21, который обеспечивает равномерное его вращение.The camshaft 4 is kinematically connected with the intermediate shaft 15, on which the freewheel clutch 16 is mounted, the outer race of which is also made in the form of a gear wheel 17 and is engaged with the gear wheel 9. The straight shaft 6 is rigidly connected with the inner race 18 of the freewheel 7 and 13. The cylinders 1 and 14 are equipped with valves 19 and 20, and the straight shaft 6 is equipped with a flywheel 21, which ensures its uniform rotation.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образомThe internal combustion engine operates as follows

При движения поршня 2 одного из цилиндров 1 от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке через шатун 3 движение передается наружной обойме 8 муфты свободного хода 7, которая через внутреннюю обойму 18 осуществляет поворот прямого вала 6, при этом в другом V-образно расположенном цилиндре 14 поршень движется от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. В это же время наружная обойма муфты свободного хода 13 получает вращательное движение через коническую пару 11, но это движение не передается прямому валу 6 в виду того, что муфта свободного хода 13 работает в режиме проскальзывания, обеспечивая однонаправленное движение прямого вала.When the piston 2 of one of the cylinders 1 moves from the top dead center to the bottom dead center through the connecting rod 3, the movement is transmitted to the outer race 8 of the freewheel 7, which rotates the straight shaft 6 through the inner race 18, while in the other V-shaped cylinder 14 the piston moves from bottom dead center to top dead center. At the same time, the outer cage of the freewheel 13 receives rotational motion through the conical pair 11, but this motion is not transmitted to the direct shaft 6, since the freewheel 13 operates in the slip mode, providing unidirectional movement of the straight shaft.

В следующий момент времени один из поршней в V-образно расположенных цилиндрах 14 через шатун 3 провернет наружную обойму муфты свободного хода 13 в обратном направлении, и внутренняя ее обойма проворачивает прямой вал 6 в том же направлении, что и в первом случае работы муфты свободного хода 7, который в этот момент будет работать в режиме проскальзывания. Так возвратно-поступательное движение поршней преобразуются в непрерывное однонаправленное вращательное движение прямого вала 6.At the next point in time, one of the pistons in the V-shaped cylinders 14 through the connecting rod 3 will rotate the outer race of the freewheel 13 in the opposite direction, and its inner race will rotate the straight shaft 6 in the same direction as in the first case of the freewheel 7, which at this moment will operate in slippage mode. So the reciprocating motion of the pistons is converted into a continuous unidirectional rotational movement of the straight shaft 6.

Точно таким же образом непрерывное однонаправленное вращательное движение получает промежуточный вал 15, который, в свою очередь, приводит в движение распределительный вал 4.In exactly the same way, continuous unidirectional rotational movement is received by the intermediate shaft 15, which, in turn, drives the camshaft 4.

Равномерность вращения прямого вала 6 обеспечивается маховиком 21.The uniformity of rotation of the straight shaft 6 is provided by the flywheel 21.

Предлагаемая конструкция двигателя внутреннего сгорания имеет значительные преимущества по сравнению с известными, имеющими кривошипно-ползунный механизм. Это объясняется тем, что предлагаемое устройство вследствие значительного уменьшения сил инерции из-за исключения неуравновешенных масс обеспечивает устранение дополнительных динамических нагрузок на поршни. Кроме того, строго прямолинейное движение поршней и шатунов в цилиндрах исключает силу реакций неподвижных направляющих - стенок цилиндров на поршни, т.е. действие боковых нагрузок.The proposed design of an internal combustion engine has significant advantages compared with the known, having a crank-slide mechanism. This is because the proposed device due to a significant reduction in inertia due to the exclusion of unbalanced masses eliminates additional dynamic loads on the pistons. In addition, the strictly rectilinear movement of the pistons and connecting rods in the cylinders excludes the reaction forces of the stationary guides - the cylinder walls to the pistons, i.e. the effect of lateral loads.

Такой двигатель не имеет («мертвых») крайних положений, как двигатель с коленчатым валом, когда шатун накладывается или является продолжением кривошипа по одной прямой, и крутящий момент от движущей силы на прямой вал не передается, что исключает колебания и вибрации деталей двигателя и всей машины, что сказывается на значительное повышение КПД двигателя.Such an engine does not have ("dead") extreme positions, such as an engine with a crankshaft, when the connecting rod is superimposed or is a continuation of the crank in a straight line, and the torque from the driving force is not transmitted to the straight shaft, which excludes vibrations and vibrations of engine parts and the whole machines, which affects a significant increase in engine efficiency.

Таким образом, предложенная конструкции разгрузочного механизма двигателя внутреннего сгорания позволяет разгрузить поршень от действий боковых сил и, тем самым, увеличить ресурс работы поршневого уплотнения, снизить массу и габариты подвижных частей, уменьшить долю механических потерь, а также исключить дорогостоящий и трудноизготавливаемый коленчатый вал, имеющий малую жесткость, и, тем самым, упрощается технология изготовления двигателя.Thus, the proposed design of the discharge mechanism of the internal combustion engine allows to relieve the piston from the action of lateral forces and, thereby, increase the service life of the piston seal, reduce the mass and dimensions of the moving parts, reduce the share of mechanical losses, and also eliminate the expensive and difficult to manufacture crankshaft having low rigidity, and thereby simplifies the manufacturing technology of the engine.

Источники информацииInformation sources

1. Авторское свидетельство №1121470, кл. F02B 75/32, 1984 г.1. Copyright certificate No. 1121470, cl. F02B 75/32, 1984

2. Патент Англии №1489092, кл. F1B, 1977 г.2. England patent No. 1489092, cl. F1B 1977

3. Патент США №3945359, кл. F02B 75/26, 1978 г.3. US patent No. 3945359, CL. F02B 75/26, 1978

4. Патент США №3943894, кл. F02B 75/26, 1975 г. - прототип.4. US patent No. 3943894, CL. F02B 75/26, 1975 - prototype.

Claims

An internal combustion engine comprising V-shaped cylinders with pistons disposed therein connected to freewheels located on the output shaft with the possibility of unidirectional rotation, characterized in that the freewheel coupling with the pistons is in the form of gear-rack gearing, the engine camshaft is kinematically connected with an intermediate shaft equipped with freewheels, and the piston synchronization mechanism is made in the form of a bevel gear, with displacements with freewheel.