RU2580191C1

RU2580191C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2580191C1
Application number: RU2015101921/06A
Authority: RU
Inventors: ГОНСАЛЕС Луис Марино ПЕРЕС; ПЕРЕС Симон Альфредо ПЕРЕС; ПЕРЕС Энгрике Хосе ПЕРЕС
Original assignee: Луго Девелопментс, Инк.
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2016-04-10
Also published as: JP5904686B2; WO2014037758A1; KR20150032591A; CN104685187B; EP2893166A1; KR101650818B1; JP2015529296A; WO2014037758A8; EP2893166A4; CN104685187A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: mechanism for changing piston stroke of internal combustion engine in each cycle of its operation comprises gearing with first gear wheel installed in engine housing without possibility of rotation, and second gear wheel with teeth formed on its inner surface, wherein second gear is engaged with first gear wheel to ensure constant length of crank and variable length cam to get variable length of piston stroke in full cycle of engine operation. Orientation of crank and eccentric relative to axis of piston reciprocation is set so that crank and eccentric together provide positive torque at crankshaft, when piston is at TDC. Also selectively set dimensions and location of gearing so that to ensure preset ratio of length of cam to length of crank.

EFFECT: high output torque, output power, fuel efficiency, power per unit volume and low level of harmful emissions.

1 cl, 13 dwg

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

[0001] Настоящее изобретение относится в целом к двигателям внутреннего сгорания и более конкретно к так называемым двигателям с переменным ходом поршня, в которых механическое соединение между поршнями, совершающими возвратно-поступательное движение, и коленчатым валом двигателя изменяется в процессе перемещения поршня в цикле работы двигателя. Обычно цель таких механизмов заключается в повышении КПД двигателей внутреннего сгорания за счет увеличения эффективной длины кривошипа коленчатого вала в такте расширения и уменьшения эффективной длины кривошипа коленчатого вала в такте всасывания.[0001] The present invention relates generally to internal combustion engines, and more particularly to so-called variable piston engines, in which the mechanical connection between the reciprocating pistons and the engine crankshaft changes during the movement of the piston in the engine cycle . Typically, the goal of such mechanisms is to increase the efficiency of internal combustion engines by increasing the effective length of the crankshaft crank in the expansion stroke and reducing the effective length of the crankshaft in the suction stroke.

[0002] Работа традиционных двигателей внутреннего сгорания основывается на повторяющейся последовательности движений поршня (тактов): такта всасывания, такта сжатия, такта расширения (рабочий ход) и такта выпуска отработавших газов. Указание "такт" относится к возвратно-поступательным перемещениям поршня, когда он движется взад и вперед в цилиндрической камере сгорания в корпусе двигателя (блок цилиндров). Вместо указания "такт" может также иногда использоваться указание "ход поршня". Соответственно, двигатель, работающий вышеуказанным образом, обычно называют четырехтактным двигателем, указывая на то, что для совершения полного цикла получения мощности двигатель должен совершить в цилиндре четыре возвратно-поступательных движения. Указание "цикл" используется для описания полного рабочего цикла двигателя. Использование указанных терминов соответствует терминологии, хорошо понятной специалистам в данной области техники.[0002] The operation of traditional internal combustion engines is based on a repeating sequence of piston movements (strokes): suction stroke, compression stroke, expansion stroke (stroke), and exhaust cycle. The indication "cycle" refers to the reciprocating movement of the piston as it moves back and forth in a cylindrical combustion chamber in the engine housing (cylinder block). Instead of indicating “stroke”, the indication “stroke of the piston” may also sometimes be used. Accordingly, an engine operating in the above manner is usually referred to as a four-stroke engine, indicating that in order to complete a full power cycle, the engine must make four reciprocating movements in the cylinder. The indication "cycle" is used to describe the complete duty cycle of the engine. The use of these terms corresponds to terminology well understood by specialists in this field of technology.

[0003] Как уже указывалось, были предложены различные конструкции, обеспечивающие перемещение поршня двигателя на разные расстояния в тактах всасывания, сжатия, расширения и выпуска или в их сочетаниях, а также для изменения скорости поршня на некоторой части его хода. Например, так называемые верхнюю или нижнюю мертвые точки поршня сдвигают вверх или вниз для каждого оборота или для каждых двух оборотов. Все эти состояния представляют собой различные варианты двигателя с переменным ходом поршня. В патентах US №1,326,129 (Ghadbourne) и US №4,044,629 (Clarke) описан двигатель с увеличенным тактом расширения. Увеличенный такт расширения был реализован на практике в автомобиле Millenia, созданном компанией Mazda с использованием двигателя с циклом Миллера, сконструированного в 1947 г. американским инженером Ральфом Миллером. Двигатели Миллера некоторое время использовались на судах и в стационарных силовых установках. Целью такой конструкции является снижение степени сжатия двигателя без ухудшения характеристик получения мощности в такте расширения. В двигателе с циклом Миллера поршень поднимается на одну пятую его хода, прежде чем закроется впускной клапан. После сгорания смеси, происходящего в верхней части хода поршня, расширяющиеся газы толкают поршень на всем его пути к нижней точке, так что степень расширения не изменяется.[0003] As already indicated, various designs have been proposed that provide movement of the engine piston at different distances in suction, compression, expansion and exhaust strokes, or combinations thereof, as well as for changing the speed of the piston on some part of its stroke. For example, the so-called top or bottom dead center of the piston is shifted up or down for each revolution or for every two revolutions. All of these conditions are various versions of a variable stroke engine. In patents US No. 1,326,129 (Ghadbourne) and US No. 4,044,629 (Clarke) describes an engine with an increased expansion stroke. The increased expansion stroke was put into practice in a Millenia car created by Mazda using a Miller cycle engine designed in 1947 by an American engineer Ralph Miller. Miller's engines were used for some time on ships and in stationary power plants. The purpose of this design is to reduce the degree of compression of the engine without compromising the performance of power in the expansion stroke. In an engine with a Miller cycle, the piston rises one fifth of its stroke before the intake valve closes. After combustion of the mixture occurring in the upper part of the piston stroke, expanding gases push the piston all the way to the lower point, so that the degree of expansion does not change.

[0004] В первой половине двадцатого столетия среди специалистов в области двигателей внутреннего сгорания было распространено мнение, что продукты сгорания должны быть удалены из цилиндров по возможности полностью в такте выпуска, следующего после такта расширения и предшествующего следующему такту всасывания. Во многих патентах предлагались различные способы обеспечения увеличенного такта выпуска. Такие способы предлагались, например, в патентах US №1,326,733 (Hulse), US №2,394,269 (Svete), US №1,786,423 (Cady), US №1,964,096 (Tucker) и US №1,278,563 (Austin). Патенты US №1,326,129 (Ghadbourne) и US №4,044,629 (Clarke) также относятся к двигателям с увеличенными тактами расширения и выпуска. Однако в связи с жесткими нормами на выбросы вредных веществ, введенными за последние десятилетия прошлого века, были предложены новые конструкции двигателей, в которых часть отработавших газов возвращается обратно или остается в камерах сгорания для снижения выбросов в атмосферу оксидов NO_x, возникающих в результате окисления азота в камере сгорания. Для этого во впускном коллекторе создается разрежение для втягивания отработавших газов во впускной коллектор через клапан системы рециркуляции отработавших газов.[0004] In the first half of the twentieth century, it was widely believed among specialists in the field of internal combustion engines that combustion products should be removed from the cylinders as completely as possible in the exhaust stroke following the expansion stroke and preceding the next suction stroke. Many patents have proposed various methods for providing an increased output cycle. Such methods were proposed, for example, in US patent No. 1,326,733 (Hulse), US No. 2,394,269 (Svete), US No. 1,786,423 (Cady), US No. 1,964,096 (Tucker) and US No. 1,278,563 (Austin). US patents No. 1,326,129 (Ghadbourne) and US No. 4,044,629 (Clarke) also apply to engines with increased expansion and exhaust strokes. However, due to stringent emission standards introduced over the last decades of the last century, new engine designs have been proposed in which part of the exhaust gas is returned back or remains in the combustion chambers to reduce emissions of NO _x oxides resulting from nitrogen oxidation in the combustion chamber. To do this, a vacuum is created in the intake manifold to draw exhaust gas into the intake manifold through a valve of the exhaust gas recirculation system.

[0005] Другие изобретатели использовали конструкции с переменным ходом поршня для изменения степени сжатия двигателя. Была проделана большая работа, особенно в Европе и в Японии, для достижения переменной степени сжатия с использованием механизма, который изменяет положение поршня относительно головки блока цилиндров.[0005] Other inventors have used variable piston designs to vary the compression ratio of an engine. Much work has been done, especially in Europe and Japan, to achieve a variable compression ratio using a mechanism that changes the position of the piston relative to the cylinder head.

[0006] Степень сжатия - это отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания. Иначе говоря, степень сжатия определяет, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь, поступающая в цилиндр в такте всасывания. В общем случае, чем больше степень сжатия, тем выше КПД двигателя. Существуют некоторые ограничения, такие как предварительное воспламенение смеси, детонация, температура двигателя и даже конструкция двигателя. Поскольку степень сжатия является одним из основных факторов, определяющих КПД двигателя, желательно оптимизировать ее для различных рабочих параметров (число оборотов, нагрузка, ускорение и т.п.). В патенте US №5,165,368 (Schechter) описывается типичный пример такого двигателя.[0006] The compression ratio is the ratio of the volume of the cylinder to the volume of the combustion chamber. In other words, the compression ratio determines how many times the air-fuel mixture is compressed, which enters the cylinder in the suction stroke. In general, the greater the compression ratio, the higher the engine efficiency. There are some limitations, such as pre-ignition of the mixture, detonation, engine temperature and even engine design. Since the compression ratio is one of the main factors determining the engine efficiency, it is desirable to optimize it for various operating parameters (speed, load, acceleration, etc.). US Pat. No. 5,165,368 (Schechter) describes a typical example of such an engine.

[0007] Для оптимизации давления, действующего на поршень, также использовались конструкции с переменной длиной хода поршня. Для этой цели снижается скорость поршня, по сравнению со скоростью поршня обычного двигателя, возле верхней мертвой точки для обеспечения максимальной эффективности процесса горения и максимальной величины сил, действующих на поршень. На такой концепции основываются патенты US №5,158,047 (Schaal и др.), US №5,060,603 (Williams), а также US №3,686,972 (McWhorter); US №3,861,239 (McWhorter) и US №4,152,955 (McWhorter).[0007] Variable stroke length designs have also been used to optimize the pressure acting on the piston. For this purpose, the piston speed is reduced, compared with the piston speed of a conventional engine, near the top dead center to ensure maximum efficiency of the combustion process and the maximum magnitude of the forces acting on the piston. US Patents No. 5,158,047 (Schaal et al.), US No. 5,060,603 (Williams), as well as US No. 3,686,972 (McWhorter); US No. 3,861,239 (McWhorter) and US No. 4,152,955 (McWhorter).

[0008] В патенте US №5,927,236, выданном позднее, описывается конструкция двигателя внутреннего сгорания, в которой используется механизм зубчатых передач для соединения коленчатого вала с шатуном поршня двигателя через смещенные опорные поверхности для изменения длины хода поршня в полном рабочем цикле двигателя. В частности, эта конструкция направлена на увеличение хода поршня за счет увеличенной эффективной длины кривошипа в такте расширения для увеличения выходного крутящего момента, а также для снижения скорости поршня в тактах всасывания и выпуска для повышения объемного коэффициента полезного действия, в результате чего улучшается эффективность использования теплоты в двигателе.[0008] US Pat. No. 5,927,236, later issued, describes the design of an internal combustion engine that uses a gear mechanism to connect the crankshaft to the piston rod of the engine through offset bearing surfaces to change the stroke length of the piston in a full engine duty cycle. In particular, this design is aimed at increasing the piston stroke due to the increased effective length of the crank in the expansion stroke to increase the output torque, as well as to reduce the piston speed in the suction and exhaust strokes to increase the volumetric efficiency, which improves the heat efficiency in the engine.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0009] По большому счету, целью настоящего изобретения является дальнейшее усовершенствование вышеописанного изобретения по патенту US №5,927,236.[0009] By and large, the aim of the present invention is to further improve the above invention according to US patent No. 5,927,236.

[0010] Более конкретно, целью настоящего изобретения является дальнейшее повышение выходного крутящего момента, выходной мощности, эффективности использования топлива, мощности на единицу рабочего объема и снижение уровня выбросов вредных веществ двигателя внутреннего сгорания с механизмом переменного хода поршня по патенту US №5,927,236.[0010] More specifically, an object of the present invention is to further increase the output torque, power output, fuel efficiency, power per unit displacement, and reduce emissions of harmful substances from an internal combustion engine with a variable piston stroke mechanism according to US Pat. No. 5,927,236.

[0011] Для достижения указанной цели в настоящем изобретении предлагается усовершенствованный двигатель внутреннего сгорания, работающий по четырехтактному циклу, в котором поршень осуществляет возвратно-поступательное движение внутри камеры сгорания: в такте всасывания - в первом направлении, в такте сжатия - во втором направлении, в такте расширения - в первом направлении и в такте выпуска отработавших газов - во втором направлении. Положение поршня в конце такта сжатия и в начале такта расширения определяется как верхняя мертвая точка. Двигатель по настоящему изобретению содержит корпус, формирующий по меньшей мере одну камеру сгорания, коленчатый вал, установленный в корпусе двигателя с возможностью вращения, поршень, установленный внутри камеры сгорания для возвратно-поступательного движения вдоль оси камеры сгорания, и шатун, соединенный с поршнем с возможностью поворота.[0011] To achieve this goal, the present invention proposes an improved four-cycle internal combustion engine in which the piston reciprocates within the combustion chamber: in the suction stroke in the first direction, in the compression stroke in the second direction, expansion stroke - in the first direction and in the exhaust cycle - in the second direction. The position of the piston at the end of the compression stroke and at the beginning of the expansion stroke is defined as top dead center. The engine of the present invention comprises a housing forming at least one combustion chamber, a crankshaft rotatably mounted in the engine housing, a piston mounted inside the combustion chamber for reciprocating movement along the axis of the combustion chamber, and a connecting rod connected to the piston turning.

[0012] В соответствии с настоящим изобретением в механизме, обеспечивающем переменный ход поршня в двигателе внутреннего сгорания, используется узел зубчатых колес для соединения шатуна с коленчатым валом с возможностью поворота для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала. Механический узел содержит зубчатую передачу, включающую по меньшей мере первое зубчатое колесо, установленное в корпусе двигателя без возможности вращения, и второе зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с первым зубчатым колесом. Второе зубчатое колесо имеет первую опорную поверхность, к которой присоединен шатун, и вторую опорную поверхность, присоединенную к коленчатому валу для вращения второго зубчатого колеса вместе с коленчатым валом. Вторая опорная поверхность смещена от оси коленчатого вала для движения по круговой траектории вокруг оси коленчатого вала для обеспечения постоянной длины кривошипа коленчатого вала в четырехтактном цикле работы двигателя. Первая и вторая опорные поверхности находятся на некотором расстоянии смещения друг от друга, в результате чего первая опорная поверхность двигается поочередно по внутренней и внешней эллиптическим траекториям вокруг коленчатого вала для обеспечения переменной длины эксцентрика на коленчатом валу. Таким образом, суммарная длина кривошипа и эксцентрика изменяется для изменения длины хода поршня в четырехтактном цикле работы двигателя.[0012] In accordance with the present invention, a mechanism for providing a variable piston stroke in an internal combustion engine uses a gear assembly to rotate the connecting rod to the crankshaft to convert the reciprocating motion of the piston into rotational motion of the crankshaft. The mechanical assembly comprises a gear including at least a first gear installed in the motor housing without rotation, and a second gear engaged with the first gear. The second gear wheel has a first bearing surface to which the connecting rod is connected, and a second bearing surface connected to the crankshaft for rotating the second gear wheel together with the crankshaft. The second supporting surface is offset from the axis of the crankshaft to move in a circular path around the axis of the crankshaft to ensure a constant length of the crank of the crankshaft in a four-cycle cycle of the engine. The first and second bearing surfaces are at a certain offset distance from each other, as a result of which the first bearing surface moves alternately along the internal and external elliptical trajectories around the crankshaft to provide a variable length of the eccentric on the crankshaft. Thus, the total length of the crank and eccentric is changed to change the length of the piston stroke in a four-stroke cycle of the engine.

[0013] В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения внутренняя и внешняя эллиптические траектории первой опорной поверхности пересекаются в точке, которая находится на оси камеры сгорания или непосредственно возле нее, чтобы кривошип и эксцентрик вместе обеспечивали положительный крутящий момент на коленчатом вале при нахождении поршня в верхней мертвой точке. Например, в одном из вариантов осуществления изобретения внутренняя и внешняя эллиптические траектории первой опорной поверхности пересекаются в точке, совмещенной с осью камеры сгорания. В другом варианте внутренняя и внешняя эллиптические траектории первой опорной поверхности пересекаются в точке, находящейся на заданном угловом расстоянии, предпочтительно не превышающем примерно двадцать пять градусов, перед осью камеры сгорания в направлении вращения коленчатого вала, для обеспечения положения поршня в конце такта выпуска отработавших газов и в начале такта всасывания на заданном расстоянии ниже верхней мертвой точки, чтобы в камере сгорания в начале такта всасывания оставался заданный объем отработавших газов.[0013] In accordance with one embodiment of the invention, the inner and outer elliptical trajectories of the first abutment surface intersect at a point that is located on or near the axis of the combustion chamber, so that the crank and the eccentric together provide positive torque to the crankshaft while the piston is in top dead center. For example, in one embodiment, the inner and outer elliptical trajectories of the first abutment surface intersect at a point aligned with the axis of the combustion chamber. In another embodiment, the inner and outer elliptical trajectories of the first abutment surface intersect at a point at a predetermined angular distance, preferably not exceeding about twenty-five degrees, in front of the axis of the combustion chamber in the direction of rotation of the crankshaft, to ensure the position of the piston at the end of the exhaust cycle and at the beginning of the suction stroke at a predetermined distance below the top dead center, so that a predetermined amount of exhaust gas remains in the combustion chamber at the beginning of the suction stroke.

[0014] В соответствии с другим вариантом выборочно задают такие формы и размеры первой и второй опорных поверхностей второго зубчатого колеса, чтобы обеспечить заданное отношение длины эксцентрика к длине кривошипа. Предпочтительно длина эксцентрика составляет по меньшей мере примерно 20% длины кривошипа и может достигать примерно 100% длины кривошипа.[0014] In accordance with another embodiment, such shapes and sizes of the first and second supporting surfaces of the second gear are selectively set to provide a predetermined ratio of the length of the eccentric to the length of the crank. Preferably, the length of the eccentric is at least about 20% of the length of the crank and can reach about 100% of the length of the crank.

[0015] В соответствии с другим вариантом отношение длины эксцентрика к длине кривошипа выбирают для обеспечения заданного рабочего объема камеры сгорания в конце такта всасывания.[0015] According to another embodiment, the ratio of the length of the eccentric to the length of the crank is selected to provide a given working volume of the combustion chamber at the end of the suction stroke.

[0016] Первое зубчатое колесо предпочтительно может быть ведущей шестерней, и второе зубчатое колесо предпочтительно может иметь коронную часть с зубьями, сформированными по поверхности кругового корпуса, обращенной внутрь в радиальном направлении, для зубчатого зацепления с ведущей шестерней, чтобы вращаться вокруг нее, как в планетарной передаче. Второе зубчатое колесо также предпочтительно имеет опорную часть, отходящую наружу от коронной зубчатой части, с первой опорной поверхностью, сформированной на внешней поверхности опорной части, и второй опорной поверхностью, сформированной на внутренней поверхностью опорной части. Таким образом, шатун может вращаться на первой опорной поверхности и вторая опорная поверхность может вращаться на коленчатом вале.[0016] The first gear wheel can preferably be a pinion gear, and the second gear wheel can preferably have a crown with teeth formed on the surface of the circular case facing inward in the radial direction, for gearing with the pinion gear to rotate around it, as in planetary gear. The second gear also preferably has a support portion extending outward from the crown gear, with a first support surface formed on the outer surface of the support part and a second support surface formed on the inner surface of the support part. Thus, the connecting rod can rotate on the first supporting surface and the second supporting surface can rotate on the crankshaft.

[0017] Настоящее изобретение может быть адаптировано по существу к любому двигателю внутреннего сгорания и предпочтительно может быть применено в многоцилиндровом двигателе, имеющем множество камер сгорания и множество зубчатых передач, количество которых меньше количества камер сгорания или равно этому количеству.[0017] The present invention can be adapted to substantially any internal combustion engine, and can preferably be applied to a multi-cylinder engine having a plurality of combustion chambers and a plurality of gears, the number of which is less than or equal to the number of combustion chambers.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0018] Фигура 1 - вид в перспективе усовершенствованного двигателя внутреннего сгорания с механическим узлом (механизмом) для обеспечения переменной длины хода поршня в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения.[0018] Figure 1 is a perspective view of an improved internal combustion engine with a mechanical assembly (mechanism) to provide a variable piston stroke length in accordance with one preferred embodiment of the invention.

[0019] Фигура 2 - вид в перспективе механизма переменной длины хода поршня по варианту, представленному на фигуре 1.[0019] Figure 2 is a perspective view of a variable stroke stroke mechanism according to the embodiment of Figure 1.

[0020] Фигура 3 - схематический вид частичного сечения двигателя внутреннего сгорания и механизма переменной длины хода поршня, представленных на фигурах 1 и 2.[0020] Figure 3 is a schematic view of a partial section of an internal combustion engine and a variable piston stroke length mechanism shown in Figures 1 and 2.

[0021] Фигура 4 - второй схематический вид частичного сечения механизма переменной длины хода поршня, представленного на фигуре 3.[0021] Figure 4 is a second schematic view of a partial cross-section of a variable piston stroke length mechanism shown in Figure 3.

[0022] Фигура 5 - схематические виды, иллюстрирующие такт расширения двигателя внутреннего сгорания с механизмом переменной длины хода поршня в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения.[0022] Figure 5 is a schematic views illustrating an expansion stroke of an internal combustion engine with a variable piston stroke mechanism in accordance with one preferred embodiment of the invention.

[0023] Фигура 6 - схематические виды, иллюстрирующие такт выпуска двигателя внутреннего сгорания в соответствии с вариантом, представленным на фигуре 5.[0023] Figure 6 is a schematic views illustrating an exhaust stroke of an internal combustion engine in accordance with the embodiment of Figure 5.

[0024] Фигура 7 - схематические виды, иллюстрирующие такт всасывания двигателя внутреннего сгорания в соответствии с вариантом, представленным на фигуре 5.[0024] Figure 7 is a schematic views illustrating a suction stroke of an internal combustion engine in accordance with the embodiment of Figure 5.

[0025] Фигура 8 - схематические виды, иллюстрирующие такт сжатия двигателя внутреннего сгорания в соответствии с вариантом, представленным на фигуре 5.[0025] Figure 8 is a schematic views illustrating a compression stroke of an internal combustion engine in accordance with the embodiment of Figure 5.

[0026] Фигура 9 - схематические виды сравнения варианта осуществления изобретения, представленного на фигурах 5-8, с изобретением по патенту US №5,927,236.[0026] Figure 9 is a schematic comparison of the embodiment of the invention shown in figures 5-8 with the invention of US patent No. 5,927,236.

[0027] Фигура 10 - схематические виды, аналогичные видам фигур 5-8, на которых представлен другой вариант механизма переменной длины хода поршня двигателя внутреннего сгорания по настоящему изобретению.[0027] Figure 10 is a schematic views similar to the views of figures 5-8, which shows another variant of the variable stroke length of the piston of an internal combustion engine of the present invention.

[0028] Фигура 11 - сравнительные графики крутящего момента для двигателя внутреннего сгорания с механизмом переменной длины хода поршня по настоящему изобретению и для обычного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания.[0028] Figure 11 is a comparative graph of torque for an internal combustion engine with a variable stroke length mechanism of the present invention and for a conventional four stroke internal combustion engine.

[0029] Фигура 12 - схемы траекторий, описываемых концами эксцентрика и кривошипа, в различных вариантах механизма переменной длины хода поршня по настоящему изобретению, в которых используются разные задаваемые отношения длины эксцентрика к длине кривошипа.[0029] Figure 12 is a diagram of the paths described by the ends of the eccentric and crank, in various embodiments of the variable stroke length mechanism of the piston of the present invention, which use different preset ratios of the length of the eccentric to the length of the crank.

[0030] Фигура 13 - таблица сравнительных данных для разных задаваемых отношений длины эксцентрика к длине кривошипа в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения.[0030] Figure 13 is a table of comparative data for different preset ratios of the length of the eccentric to the length of the crank in one embodiment of the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

[0031] Как показано на прилагаемых чертежах, прежде всего на фигурах 1-4, усовершенствованный двигатель внутреннего сгорания по одному из предпочтительных вариантов осуществления изобретения указан в целом ссылочным номером 10 и корпус двигателя указан ссылочным номером 12. Следует иметь в виду, что корпус 12 двигателя показан лишь частично и схематично как опора для механического узла по настоящему изобретению. Кроме того, для упрощения описания ниже рассматривается двигатель, имеющий лишь два цилиндра. Тем не менее, специалистам в данной области техники будет понятно, что механизм, предлагаемый в настоящем изобретении, может быть адаптирован для разных конфигураций двигателей с разным числом цилиндров.[0031] As shown in the accompanying drawings, primarily in Figures 1-4, the improved internal combustion engine according to one of the preferred embodiments of the invention is indicated generally by the reference numeral 10 and the engine housing is indicated by the reference number 12. It should be borne in mind that the housing 12 the engine is shown only partially and schematically as a support for the mechanical assembly of the present invention. In addition, to simplify the description below, an engine having only two cylinders is considered. However, it will be understood by those skilled in the art that the mechanism of the present invention can be adapted to different engine configurations with different number of cylinders.

[0032] Коленчатый вал 16, используемый в традиционных двигателях, имеет опорную поверхность 17 в месте его соединения с корпусом 12 двигателя. На опорную поверхность 17 садится крышка 19 подшипника, имеющая сводчатую форму, с двумя отверстиями для болтов и с дугообразной опорной поверхностью 21 в ее нижней части, причем крышка 19 подшипника крепится к корпусу 12 двигателя с помощью обычных болтов, которые проходят через отверстия в корпусе 12 и через соответствующие отверстия в крышке 19 подшипника, в результате чего обеспечивается фиксация коленчатого вала 16 в нужном положении.[0032] The crankshaft 16 used in conventional engines has a bearing surface 17 at its junction with the engine housing 12. On the bearing surface 17 sits a bearing cap 19, having a vaulted shape, with two holes for bolts and with an arcuate bearing surface 21 in its lower part, and the bearing cover 19 is attached to the motor housing 12 using conventional bolts that pass through the holes in the housing 12 and through the corresponding holes in the bearing cap 19, as a result of which the crankshaft 16 is locked in position.

[0033] Корпус двигателя имеет внутри две цилиндрические проточки 14 (фигуры 3 и 4) с обычными поршнями 22, установленными в цилиндрах для возвратно-поступательного движения. Два одинаковых обычных шатуна 24 присоединены к поршням 22 с возможностью поворота, а также присоединены к коленчатому валу 16 через механический узел по настоящему изобретению, как это будет описано подробно ниже. К шатунам 24 прикреплены обычные крышки 26 подшипников для удерживания их соединенными с коленчатым валом 16 с возможностью вращения. Как это будет подробно описано ниже, шатуны 24 прикреплены не непосредственно к коленчатому валу 16, а к опорной поверхности механизма по настоящему изобретению.[0033] The engine housing has inside two cylindrical grooves 14 (figures 3 and 4) with conventional pistons 22 mounted in the cylinders for reciprocating motion. Two identical conventional connecting rods 24 are rotatably connected to the pistons 22 and also connected to the crankshaft 16 through the mechanical assembly of the present invention, as will be described in detail below. Conventional bearing caps 26 are attached to the cranks 24 to hold them rotatably connected to the crankshaft 16. As will be described in detail below, the connecting rods 24 are not attached directly to the crankshaft 16, but to the supporting surface of the mechanism of the present invention.

[0034] Механический узел по настоящему изобретению содержит зубчатую передачу 30, прикрепленную к коленчатому валу 16 для соединения с каждым узлом поршень-шатун, так что зубчатые передачи 30 формируют основную приводную часть по настоящему изобретению. Каждая зубчатая передача 30 включает первое зубчатое колесо 32, предпочтительно в форме ведущей шестерни, которая находится в зацеплении со вторым зубчатым колесом 36, предпочтительно в форме коронной шестерни. Для целей балансировки к коленчатому валу прикреплены эксцентрические противовесы 20, как это обычно делается в двухцилиндровом двигателе. Две зубчатые передачи 30 выполнены как зеркальные отражения друг друга и по существу делят двигатель 10 на две зеркально симметричные половины с зубчатыми передачами 30 посередине.[0034] The mechanical assembly of the present invention comprises a gear 30 attached to the crankshaft 16 for connecting to each piston-connecting rod assembly, so that the gears 30 form the main drive portion of the present invention. Each gear 30 includes a first gear 32, preferably in the form of a pinion gear, which is engaged with the second gear 36, preferably in the form of a ring gear. For balancing purposes, eccentric counterweights 20 are attached to the crankshaft, as is usually done in a two-cylinder engine. Two gears 30 are designed as mirror images of each other and essentially divide the engine 10 into two mirror symmetric halves with gears 30 in the middle.

[0035] На фигуре 2 первое зубчатое колесо 32 показано в предпочтительной форме ведущей шестерни, имеющей цилиндрический корпус с рядом зубьев 34, сформированных на его круговой поверхности. Второе зубчатое колесо 36 показано в предпочтительной форме коронной шестерни, имеющей чашеобразный цилиндрический корпус 37, на внутренней круговой поверхности которого сформирован ряд зубьев 38. Два первых зубчатых колеса 32 отделены друг от друга цилиндрическим опорным элементом 35, к которому они прикреплены и который, в свою очередь, прикреплен к корпусу двигателя зажимным элементом 33, как показано на фигуре 1. Каждое первое зубчатое колесо 32 зафиксировано внутри корпуса двигателя таким образом, что оно не может вращаться. Зубья второго зубчатого колеса 36 находятся в зацеплении с зубьями первого зубчатого колеса 32 таким образом, что второе зубчатое колесо 36 может поворачиваться, перемещаясь относительно первого зубчатого колеса 32, как в планетарной передаче.[0035] In figure 2, the first gear 32 is shown in a preferred form of a pinion gear having a cylindrical housing with a series of teeth 34 formed on its circular surface. The second gear wheel 36 is shown in a preferred form of a ring gear having a cup-shaped cylindrical body 37, on the inner circular surface of which a series of teeth 38 is formed. The two first gears 32 are separated from each other by a cylindrical support element 35 to which they are attached and which, in its in turn, is attached to the motor housing by a clamping member 33, as shown in FIG. 1. Each first gear 32 is fixed inside the motor housing so that it cannot rotate. The teeth of the second gear 36 are engaged with the teeth of the first gear 32 in such a way that the second gear 36 can rotate while moving relative to the first gear 32, as in a planetary gear.

[0036] На фигурах 3 и 4 представлено более подробное схематическое изображение механизма по настоящему изобретению. Так же, как и на предыдущих фигурах, корпус двигателя показан лишь частично и схематично и указан в целом ссылочным номером 12, причем на фигурах 3 и 4 показан лишь один цилиндр 14, в котором может перемещаться поршень 22.[0036] Figures 3 and 4 show a more detailed schematic representation of the mechanism of the present invention. As in the previous figures, the engine casing is shown only partially and schematically and indicated generally by reference numeral 12, with figures 3 and 4 showing only one cylinder 14 in which the piston 22 can move.

[0037] Второе зубчатое колесо 36 имеет опорный элемент 48 в форме кольцевой ступицы, отходящей в продольном направлении наружу от внешней стороны чашеобразного корпуса 37, причем опорный элемент 48 смещен линейно в сторону от внутренних зубьев 38. Опорный элемент 48 имеет первую внешнюю круговую опорную поверхность 40, сформированную вокруг внешней поверхности опорного элемента, на которой установлен с возможностью вращения шатун 24, и вторую внутреннюю опорную поверхность 42, сформированную вокруг обращенной внутрь в радиальном направлении поверхности опорного элемента 48. Внутренняя опорная поверхность 42 имеет форму цилиндра, описанного вокруг общей центральной оси с чашеобразным цилиндрическим корпусом 37. Внешняя опорная поверхность 40 также имеет форму цилиндра, однако его ось смещена относительно оси цилиндра внутренней опорной поверхности 42 и корпуса 37, в результате чего корпус опорного элемента 48 имеет увеличенную часть 44, смещенную в радиальном направлении, между опорными поверхностями 40, 42. Таким образом, формируется максимальная величина 46 смещения, которая описывается подробно ниже. Опорный элемент 48, формирующий опорные поверхности 40, 42 может быть сформирован как одно целое с зубчатым колесом 36, однако это не является обязательным требованием. Единственное требование: опорный элемент 48 должен вращаться как одно целое с зубчатым колесом 36, и формирование этих элементов как одно целое является простейшим способом выполнения этого требования.[0037] The second gear wheel 36 has a support member 48 in the form of an annular hub extending longitudinally outward from the outside of the cup-shaped housing 37, the support member 48 being offset linearly away from the inner teeth 38. The support member 48 has a first outer circular supporting surface 40 formed around the outer surface of the support member on which the connecting rod 24 is rotatably mounted, and a second inner support surface 42 formed around the pivoting radially inward direction features of the supporting element 48. The inner supporting surface 42 has the shape of a cylinder, described around a common central axis with a bowl-shaped cylindrical body 37. The outer supporting surface 40 also has the shape of a cylinder, but its axis is offset from the cylinder axis of the inner supporting surface 42 and the housing 37, resulting of which the housing of the support element 48 has an enlarged part 44, offset in the radial direction, between the supporting surfaces 40, 42. Thus, the maximum value 46 of the offset, which is described detail below. The support member 48 forming the support surfaces 40, 42 may be integrally formed with the gear 36, however this is not a requirement. The only requirement: the support element 48 must rotate as a unit with the gear 36, and the formation of these elements as a whole is the simplest way to fulfill this requirement.

[0038] Как это будет понятно из дальнейшего описания со ссылками на фигуры 3 и 4, механический узел по настоящему изобретению имеет три оси вращения. Коленчатый вал 16 вращается вокруг оси 70 коленчатого вала, которая, как можно видеть на фигурах 3 и 4, совпадает с геометрической осью первого зубчатого колеса 32, то есть осью, вокруг которой вращалось бы зубчатое колесо 32, если бы его крепление в корпусе двигателя обеспечивало возможность свободного вращения. Первое зубчатое колесо 32 установлено с возможностью регулирования его положения (в пределах нескольких градусов) относительно оси 70 коленчатого вала. Второе зубчатое колесо 36, включая ее неотъемлемую часть, опорный элемент 48, вращается вокруг оси 72, параллельной оси 70 коленчатого вала, но смещенной относительно нее на заданное расстояние 50. Такое смещение 50 используется в каждом двигателе внутреннего сгорания, содержащем коленчатый вал с кривошипами, имеющими постоянную длину, посредством которых возвратно-поступательное движение поршней преобразуется во вращение коленчатого вала. Благодаря эксцентричности опорной поверхности 40 шатун 24 вращается вокруг отдельной оси 74, которая также проходит параллельно оси 70 коленчатого вала и смещенной оси 72. Расстояние между смещенной осью 72 и осью 74 шатуна определяет максимальное расстояние 46 смещения, которое определяет эксцентрик переменной длины, действующий на коленчатый вал 16. Таким образом, максимальное расстояние 46 смещения вместе со смещением 50 коленчатого вала определяет полную эффективную длину кривошипа, которая, как это будет подробно описано ниже, изменяется в соответствии с изменением длины эксцентрика (эксцентрической части опорного элемента 48) в рабочем цикле двигателя.[0038] As will be understood from the following description with reference to figures 3 and 4, the mechanical assembly of the present invention has three axis of rotation. The crankshaft 16 rotates around the axis 70 of the crankshaft, which, as can be seen in figures 3 and 4, coincides with the geometric axis of the first gear 32, that is, the axis around which the gear 32 would rotate if its fastening in the engine housing provided the possibility of free rotation. The first gear wheel 32 is installed with the possibility of adjusting its position (within a few degrees) relative to the axis 70 of the crankshaft. The second gear wheel 36, including its integral part, the supporting element 48, rotates around an axis 72 parallel to the axis of the crankshaft 70, but offset relative to it by a predetermined distance 50. Such an offset 50 is used in each internal combustion engine containing a crankshaft with cranks, having a constant length by which the reciprocating movement of the pistons is converted into rotation of the crankshaft. Due to the eccentricity of the support surface 40, the connecting rod 24 rotates around a separate axis 74, which also runs parallel to the crankshaft axis 70 and the offset axis 72. The distance between the offset axis 72 and the connecting rod axis 74 determines the maximum offset distance 46, which determines the variable length eccentric acting on the crankshaft the shaft 16. Thus, the maximum offset distance 46 together with the offset 50 of the crankshaft determines the total effective length of the crank, which, as will be described in detail below, varies with otvetstvii with the change of length of the eccentric (eccentric portion of the support member 48) in the working cycle of the engine.

[0039] Специалистам в данной области техники будет понятно, что двигатель описывается здесь без указания системы клапанов, системы охлаждения, системы зажигания и соответствующих структурных компонентов, которые формируют полностью рабочий двигатель внутреннего сгорания. Двигатель, конечно же, должен включать все эти системы и компоненты, однако они ничем не отличаются от обычных систем и компонентов, используемых в обычном двигателе внутреннего сгорания. Таким образом, эти компоненты являются необязательными для целей понимания сущности настоящего изобретения, и поэтому здесь не рассматриваются, чтобы не загромождать описание. С механизмом, предлагаемым в настоящем изобретении, может использоваться любая подходящая система клапанов, система охлаждения, система зажигания и соответствующие структурные компоненты, и следует отметить, что настоящее изобретение может быть адаптировано практически к любому стандартному двигателю внутреннего сгорания с коленчатым валом.[0039] Those skilled in the art will understand that an engine is described herein without indicating a valve system, a cooling system, an ignition system, and corresponding structural components that form a fully operational internal combustion engine. The engine, of course, must include all of these systems and components, but they are no different from conventional systems and components used in a conventional internal combustion engine. Thus, these components are optional for the purpose of understanding the essence of the present invention, and therefore are not considered here so as not to clutter up the description. Any suitable valve system, cooling system, ignition system, and corresponding structural components may be used with the mechanism of the present invention, and it should be noted that the present invention can be adapted to virtually any standard crankshaft internal combustion engine.

[0040] Как и в традиционных двигателях внутреннего сгорания, взрывное горение топливовоздушной смеси в части камеры сгорания цилиндра 14, расположенной выше поршня 22, заставляет его двигаться вниз, в результате чего вращается коленчатый вал 16. В многоцилиндровых двигателях используется несколько пар цилиндр-поршень, в которых в заданной последовательности происходит взрывное горение топливовоздушной смеси для плавного вращения коленчатого вала. Как правило, чем больше цилиндров, тем выше плавность работы двигателя. Хотя настоящее изобретение иллюстрируется на примере двухцилиндрового двигателя, оно полностью может быть адаптировано к двигателям, имеющим практически любое количество цилиндров. Настоящее изобретение в равной степени может быть адаптировано к двигателям с искровым зажиганием, к дизельным двигателям и к другим двигателям с зажиганием сжатием, а также к радиальным двигателям.[0040] As in traditional internal combustion engines, the explosive combustion of the air-fuel mixture in the part of the combustion chamber of the cylinder 14 located above the piston 22 causes it to move downward, as a result of which the crankshaft 16 rotates. In multi-cylinder engines, several cylinder-piston pairs are used, in which in a given sequence there is explosive combustion of the air-fuel mixture for smooth rotation of the crankshaft. As a rule, the more cylinders, the higher the smoothness of the engine. Although the present invention is illustrated by the example of a two-cylinder engine, it can be fully adapted to engines having almost any number of cylinders. The present invention can equally be adapted to spark ignition engines, diesel engines and other compression ignition engines, as well as radial engines.

[0041] Усовершенствование, предложенное в настоящем изобретении, заключается в варьировании эффективной длины такта, то есть длины хода поршня, в процессе всего рабочего цикла двигателя. Двигатель по настоящему изобретению работает по модифицированному циклу Аткинсона, в котором полный цикл работы двигателя формируется четырьмя отдельными тактами: такт всасывания или впуска; такт сжатия; такт расширения или рабочий такт; и такт выпуска отработавших газов. В такте всасывания в определенный цилиндр соответствующие впускные клапаны цилиндра открыты, в то время как поршень перемещается вниз вращающимся коленчатым валом, в результате чего топливовоздушная смесь засасывается в камеру сгорания. Во время такта сжатия впускные клапаны закрыты, в то время как поршень перемещается вверх для сжатия топливовоздушной смеси в камере сгорания до определенной степени сжатия, и в заданный момент времени происходит воспламенение смеси, например, с помощью свечи зажигания, связанной с цилиндром, в результате чего начинается такт расширения, в котором поршень перемещается вниз под действием газов, образующихся при сгорании смеси. В конце такта расширения клапаны выпуска этого цилиндра открываются и поршень начинает в цилиндре свое перемещение наверх для осуществления такта выпуска отработавших газов, в процессе которого поршень выталкивает отработавшие газы из камеры сгорания цилиндра через выпускные клапаны, подготавливая цилиндр к следующему четырехтактному циклу работы двигателя. Длина хода поршня определяется как расстояние, которое проходит поршень в камере сгорания в каждом из четырех тактов рабочего цикла двигателя. В традиционном двигателе внутреннего сгорания длина хода поршня фиксирована и одинакова для всех четырех тактов рабочего цикла двигателя.[0041] An improvement proposed in the present invention is to vary the effective stroke length, that is, the stroke length of the piston, during the entire engine operating cycle. The engine of the present invention operates according to a modified Atkinson cycle, in which the full cycle of the engine is formed by four separate cycles: suction or intake cycle; compression stroke; expansion beat or working beat; and exhaust cycle. In the suction stroke of a specific cylinder, the corresponding cylinder inlet valves are open, while the piston moves downward with a rotating crankshaft, as a result of which the air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber. During the compression stroke, the intake valves are closed, while the piston moves upward to compress the air-fuel mixture in the combustion chamber to a certain degree of compression, and at a given point in time, the mixture ignites, for example, using a spark plug connected to the cylinder, resulting in begins the expansion stroke, in which the piston moves down under the action of gases generated during the combustion of the mixture. At the end of the expansion stroke, the exhaust valves of this cylinder open and the piston begins to move upward in the cylinder to carry out the exhaust cycle, during which the piston pushes the exhaust gases from the combustion chamber of the cylinder through the exhaust valves, preparing the cylinder for the next four-stroke cycle of the engine. The piston stroke length is defined as the distance that the piston travels in the combustion chamber in each of the four clock strokes of the engine. In a traditional internal combustion engine, the piston stroke length is fixed and the same for all four clock cycles of the engine.

[0042] Отличие настоящего изобретение заключается в обеспечения переменной длины хода поршня. Поскольку зубья второго зубчатого колеса 36 сформированы на его внутренней поверхности, оно вращается, перемещаясь относительно первого зубчатого колеса 32 (как в планетарной передаче), в том же направлении, в котором вращается коленчатый вал 16. Количество зубьев первого 32 и второго 36 зубчатых колес выбирают таким образом, чтобы обеспечивалось передаточное отношение 1 : 2, в результате чего опорный элемент 48 и, соответственно, его смещенная часть 44 (эксцентрик) с максимальным смещением 46, поворачивается на пол-оборота на каждый оборот коленчатого вала 16. На фигурах 5-8 приведены соответствующие кинематические схемы, на которых иллюстрируются отдельные такты рабочего цикла двигателя.[0042] A feature of the present invention is to provide a variable piston stroke length. Since the teeth of the second gear 36 are formed on its inner surface, it rotates, moving relative to the first gear 32 (as in a planetary gear), in the same direction in which the crankshaft 16 rotates. The number of teeth of the first 32 and second 36 gears is selected so that a gear ratio of 1: 2 is ensured, as a result of which the support element 48 and, accordingly, its displaced part 44 (eccentric) with a maximum displacement of 46, is rotated half a revolution for each crankshaft revolution th shaft 16. Figures 5-8 show the corresponding kinematic schemes which are illustrated in separate strokes of the engine cycle.

[0043] На каждой из фигур 5-8 показаны схематически последовательные положения поршня 22 и соответствующего зубчатого механического узла по настоящему изобретению, соединяющего поршень 22 через шатун 24 с коленчатым валом 16, в процессе такта расширения (рабочего хода), такта выпуска отработавших газов, такта всасывания и такта сжатия. На каждой из фигур 5-8 соответствующий такт показан в исходном положении, промежуточном положении и конечном положении (указаны ссылочными обозначениями А, В, С…), причем конечное положение для каждого такта также представляет собой исходное положение следующего такта, указанное тем же буквенным обозначением. Таким образом, механический узел в такте расширения (рабочий ход) показан схематично на фигуре 5 с исходным положением поршня 22 (обычно указывается как "верхняя мертвая точка"), указанным ссылочным обозначением А, промежуточным положением, указанным ссылочным обозначением В, и конечным положением, указанным ссылочным обозначением С. На фигуре 6 иллюстрируются исходное, промежуточное и конечное положения механического узла, указанные ссылочными обозначениями С, D и Е соответственно, для такта выпуска отработавших газов, который следует за тактом расширения. На фигуре 7 иллюстрируются исходное, промежуточное и конечное положения механического узла, указанные ссылочными обозначениями Е, F и G соответственно, для такта всасывания, который следует за тактом выпуска отработавших газов. На фигуре 8 иллюстрируются исходное, промежуточное и конечное положения узла, указанные ссылочными обозначениями G, Н и А соответственно, для такта сжатия, который следует за тактом всасывания.[0043] In each of figures 5-8, schematically sequential positions of the piston 22 and the corresponding gear mechanical assembly of the present invention connecting the piston 22 through the connecting rod 24 with the crankshaft 16 are shown during the expansion stroke (stroke), the exhaust cycle, suction stroke and compression stroke. In each of figures 5-8, the corresponding measure is shown in the initial position, intermediate position and end position (indicated by the reference signs A, B, C ...), and the end position for each measure also represents the starting position of the next measure indicated by the same letter designation . Thus, the mechanical assembly in the expansion stroke (stroke) is shown schematically in FIG. 5 with the initial position of the piston 22 (usually indicated as “top dead center”), the indicated reference symbol A, the intermediate position indicated by the reference symbol B, and the end position, the indicated reference symbol C. The figure 6 illustrates the initial, intermediate and final positions of the mechanical assembly indicated by the reference symbols C, D and E, respectively, for the exhaust cycle, which follows an act of expansion. The figure 7 illustrates the initial, intermediate and final positions of the mechanical assembly indicated by the reference designations E, F and G, respectively, for the suction stroke that follows the exhaust stroke. The figure 8 illustrates the initial, intermediate and final position of the node indicated by the reference signs G, H and A, respectively, for the compression stroke, which follows the suction stroke.

[0044] На фигурах 5-8 продольная центральная ось цилиндра 14 корпуса 12 двигателя, вдоль которой осуществляется возвратно-поступательное движение поршня 22, указана ссылочным обозначением 102 и ось вращения коленчатого вала 16 указана ссылочным обозначением 70. Точка соединения опорного элемента 48 и шатуна 24, совпадающая с осью 74, указана на схеме ссылочным обозначением 52, и смещенная от нее точка соединения опорного элемента 48 и коленчатого вала 16, совпадающая с осью 72, указана на схеме ссылочным обозначением 54, причем расстояние между соответствующими точками 52, 54 соединений представляет собой максимальное смещение 46. Кривошип коленчатого вала 16, указанный ссылочным обозначением 50, проходит между осью 70 коленчатого вала и точкой 54 соединения между опорным элементом 48 и коленчатым валом 16, и эксцентрик с переменной длиной, определяемый максимальным смещением 46, проходит между точкой 52 соединения между шатуном 24 и опорным элементом 48 и точкой 54 соединения между опорным элементом 48 и коленчатым валом 16. В процессе вращения коленчатого вала вокруг оси 70 точка 54 соединения между опорным элементом и коленчатым валом описывает круговую траекторию 56, проходящую концентрично с осью 70 коленчатого вала. За счет расстояния между осями 72 и 74, равного смещению 46, точка 52 соединения между шатуном и эксцентриком опорного элемента 48 описывает поочередно две отдельные эллиптические траектории, внешнюю эллиптическую траекторию 58 и внутреннюю эллиптическую траекторию 60.[0044] In figures 5-8, the longitudinal central axis of the cylinder 14 of the engine housing 12, along which the reciprocating movement of the piston 22 is carried out, is indicated by a reference numeral 102 and the axis of rotation of the crankshaft 16 is indicated by a reference numeral 70. The connection point of the support member 48 and the connecting rod 24 coinciding with the axis 74 is indicated in the diagram by the reference designator 52, and the connection point offset from it of the support element 48 and the crankshaft 16, coinciding with the axis 72, is indicated in the diagram by the reference designation 54, and the distance between The joint offset point 52, 54 represents the maximum displacement 46. The crankshaft crank 16, indicated by 50, extends between the crankshaft axis 70 and the connection point 54 between the support member 48 and the crankshaft 16, and a variable length eccentric determined by the maximum displacement 46, passes between the connection point 52 between the connecting rod 24 and the support member 48 and the connection point 54 between the support element 48 and the crankshaft 16. During the rotation of the crankshaft around axis 70, the connection point 54 between the bearings m element and the crankshaft describes a circular path 56, which runs concentrically with the axis 70 of the crankshaft. Due to the distance between the axles 72 and 74, equal to the offset 46, the connection point 52 between the connecting rod and the eccentric of the support element 48 describes alternately two separate elliptical trajectories, an external elliptical trajectory 58 and an internal elliptical trajectory 60.

[0045] Как это будет понятно далее из описания, если бы не механический узел зубчатой передачи по настоящему изобретению, шатун 25 был бы соединен с коленчатым валом 16 в точке 54, как в обычном двигателе внутреннего сгорания. Вместо этого, как показано на фигуре 5, эксцентрик, характеризующийся максимальным смещением 46, и кривошип коленчатого вала, характеризующийся смещением 50 в предлагаемом узле зубчатой передачи вместе эффективно увеличивают длину хода поршня 22 после воспламенения топливовоздушной смеси, когда поршень 22 в такте расширения проходит через промежуточное положение В к конечному положению С. В частности, в такте расширения точка 52 соединения между опорным элементом 48 и шатуном 24 проходит по своей внешней эксцентрической траектории 58, причем когда компоненты узла зубчатой передачи переходят через положение В и далее в положение С, как показано на фигуре 5, коленчатый вал 16 поворачивается на половину оборота, при этом длина эксцентрика, характеризующегося максимальным смещением 46, складывается с длиной 50 кривошипа для увеличения эффективной длины хода поршня, так что такт расширения завершается с максимальной суммарной эффективной длиной кривошипа. Увеличение эффективной длины хода поршня обеспечивает увеличение работы, выполняемой двигателем 10 в такте расширения. В этот момент времени начинается такт выпуска отработавших газов.[0045] As will be further understood from the description, if it were not for the mechanical gear assembly of the present invention, the connecting rod 25 would be connected to the crankshaft 16 at point 54, as in a conventional internal combustion engine. Instead, as shown in figure 5, the eccentric, characterized by a maximum displacement of 46, and the crank of the crankshaft, characterized by a displacement of 50 in the proposed gear assembly together effectively increase the stroke length of the piston 22 after ignition of the air-fuel mixture, when the piston 22 in the expansion stroke passes through the intermediate position B to the end position C. In particular, in the expansion stroke, the connection point 52 between the support member 48 and the connecting rod 24 passes along its external eccentric path 58, where the components of the gear assembly go through position B and then to position C, as shown in figure 5, the crankshaft 16 is rotated half a turn, while the length of the eccentric, characterized by a maximum displacement of 46, is folded with a length of 50 crank to increase the effective piston stroke length so that the expansion stroke ends with the maximum total effective crank length. The increase in the effective piston stroke length provides an increase in the work performed by the engine 10 in the expansion stroke. At this point in time, the exhaust cycle begins.

[0046] На фигуре 6 показаны положения С, D и Е поршня в такте последующего выпуска отработавших газов, в котором точка 54 соединения коленчатого вала 16 с опорным элементом 48 проходит возле точки 52 соединения эксцентрика опорного элемента 48 с шатуном, когда эти точки 52, 54 проходят по своим соответствующим траекториям, так что при окончании такта выпуска относительное положение точек 52, 54 по существу меняется на противоположное по сравнению с исходным положением А в такте расширения (фигура 5), в результате чего полная длина хода поршня в такте выпуска по существу равна полной длине хода поршня в такте расширения. В конце такта поршень полностью удаляет газообразные и другие продукты сгорания из камеры сгорания.[0046] Figure 6 shows the positions C, D, and E of the piston in a subsequent exhaust cycle, at which the connection point 54 of the crankshaft 16 with the support member 48 extends near the connection point 52 of the eccentric support element 48 with the connecting rod when these points 52, 54 pass along their respective trajectories, so that at the end of the exhaust stroke, the relative position of points 52, 54 essentially changes to the opposite position from the initial position A in the expansion stroke (figure 5), resulting in a full piston stroke length in the exhaust stroke ska is essentially equal to the total length of the stroke of the piston in the expansion stroke. At the end of the stroke, the piston completely removes gaseous and other combustion products from the combustion chamber.

[0047] На фигуре 7 иллюстрируется такт всасывания, на котором поршень обеспечивает подачу в цилиндр топливовоздушной смеси, начиная из конечного положения Е такта выпуска отработавших газов на фигуре 6. В этой части рабочего цикла точка 52 соединения эксцентрика опорного элемента 48 с шатуном описывает ее внутреннюю траекторию 60, в результате чего постепенно уменьшается эффективный ход поршня, по мере того как узел перемещается через положение F в положение G для завершения такта всасывания, и эффективный ход поршня уменьшается при этом до минимальной длины, равной длине 50 кривошипа минус максимальное смещение 46. В процессе перехода из исходного положения Е в конечное положение G на фигуре 7 коленчатый вал поворачивается на половину оборота. В результате уменьшения эффективной длины хода поршня в такте всасывания количество работы, которую должен выполнить двигатель при отведении поршня для всасывания топливовоздушной смеси в камеру 14 сгорания, соответственно уменьшается и пропорционально снижается потребление топлива. Скорость, с которой поршень 22 перемещается вниз в такте всасывания, пропорционально меньше по сравнению с его скоростью в предыдущих тактах расширения и выпуска отработавших газов.[0047] FIG. 7 illustrates a suction stroke in which the piston delivers air-fuel mixture into the cylinder starting from the end position E of the exhaust stroke in FIG. 6. In this part of the duty cycle, the connection point 52 of the eccentric of the support member 48 with the connecting rod describes its internal trajectory 60, as a result of which the effective piston stroke is gradually reduced as the assembly moves through position F to position G to complete the suction stroke, and the effective piston stroke is reduced to min minimal length equal to the length of the crank 50 minus the maximum displacement 46. During the transition from the rest position E to the target position G in Figure 7, the crankshaft is rotated by a half turn. As a result of the reduction in the effective piston stroke length in the suction stroke, the amount of work that the engine must perform when the piston is retracted to suck the air-fuel mixture into the combustion chamber 14 is accordingly reduced and the fuel consumption is proportionally reduced. The speed with which the piston 22 moves downward in the suction stroke is proportionally less than its speed in previous exhaust expansion and exhaust cycles.

[0048] На фигуре 8 иллюстрируется следующий такт сжатия, начинающийся в положении G (окончание такта всасывания). Когда узел перемещается через промежуточное положение Н и возвращается в исходное положение А для начала следующего такта расширения, точка 52 соединения эксцентрика элемента 48 с шатуном завершает свое перемещение по внутренней траектории 60 и снова будет перемещаться по внешней траектории 58.[0048] Figure 8 illustrates the next compression stroke starting at position G (end of the suction stroke). When the node moves through the intermediate position H and returns to its initial position A to start the next expansion stroke, the connection point 52 of the eccentric of the element 48 with the connecting rod ends its movement along the internal path 60 and will again move along the external path 58.

[0049] Настоящее изобретение представляет собой несколько усовершенствований по сравнению с патентом US №5,927,236. В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения зубчатая передача 30 расположена таким образом, что соединение между опорным элементом 48 второго зубчатого колеса 36 и шатуном 24 формирует внешнюю 58 и внутреннюю 60 эллиптические траектории, проходимые точкой 52 соединения (то есть, осью 74 для шатуна 24), таким образом, что они пересекаются в точке, лежащей на оси 102 камеры сгорания или непосредственно возле нее, в результате чего кривошип и эксцентрик вместе создают положительный крутящий момент на коленчатом валу при нахождении поршня в верхней мертвой точке. В частности, на фигурах 5-8 иллюстрируется вариант осуществления изобретения, в котором пересечение внешней 58 и внутренней 60 эллиптических траекторий находится на оси 102 цилиндра/камеры сгорания. В отличие от этого варианта, как показано на фигуре 9, в предпочтительном варианте, описанном в патенте US №5,927,236, пересечение внешней 58 и внутренней 60 траекторий находится перед осью 102 цилиндра с опережением в девяносто градусов, если смотреть относительно направления вращения коленчатого вала.[0049] The present invention provides several improvements over US Pat. No. 5,927,236. In accordance with one aspect of the present invention, the gear 30 is positioned so that the connection between the support member 48 of the second gear 36 and the connecting rod 24 forms the outer 58 and inner 60 elliptical trajectories traversed by the connection point 52 (i.e., the connecting rod axis 74 74 ), so that they intersect at a point lying on the axis 102 of the combustion chamber or directly near it, as a result of which the crank and the eccentric together create a positive torque on the crankshaft when the piston is located at top dead center. In particular, figures 5-8 illustrate an embodiment of the invention in which the intersection of the outer 58 and inner 60 elliptical trajectories is on the axis 102 of the cylinder / combustion chamber. In contrast to this embodiment, as shown in FIG. 9, in the preferred embodiment described in US Pat. No. 5,927,236, the intersection of the outer 58 and inner 60 trajectories is in front of the axis of the cylinder 102, ninety degrees ahead of you when viewed relative to the direction of rotation of the crankshaft.

[0050] Положительный эффект модифицированной ориентации механического узла по настоящему изобретению заключается в обеспечении увеличенной длины плеча кривошипа, действующего на поршень в его верхней мертвой точке, по сравнению с предпочтительным вариантом осуществления изобретения по патенту US №5,927,236, как показано для сравнения на фигуре 9, в результате чего пропорционально увеличивается плечо кривошипа и, соответственно, крутящий момент коленчатого вала во всем четырехтактном цикле работы двигателя. Увеличение плеча кривошипа особенно заметно при сравнении с обычным двигателем, в котором не используется какое-либо устройство переменного хода поршня, как это иллюстрируется на графике фигуры 11. На фигуре 11 приведен график 104 зависимости длины плеча кривошипа, измеренного в миллиметрах, которое формируется в четырехцилиндровом двигателе с рабочим объемом 1000 куб. см при применении настоящего изобретения, от угла поворота коленчатого вала двигателя на протяжении четырех тактов рабочего цикла, и для сравнения график 106 длины плеча кривошипа, которое формируется в четырехцилиндровом двигателе с рабочим объемом 1000 куб. см, в котором шатуны соединены непосредственно с коленчатым валом без использования каких-либо механических устройств для изменения длины рабочего хода поршня.[0050] The beneficial effect of the modified orientation of the mechanical assembly of the present invention is to provide an increased length of the crank arm acting on the piston at its top dead center, compared with the preferred embodiment of US Pat. No. 5,927,236, as shown for comparison in Figure 9, as a result, the crank arm and, accordingly, the crankshaft torque are proportionally increased in the entire four-stroke cycle of the engine. The increase in the crank arm is especially noticeable when compared with a conventional engine that does not use any variable piston stroke device, as illustrated in the graph of figure 11. Figure 11 shows a graph 104 of the dependence of the length of the crank arm, measured in millimeters, which is formed in a four-cylinder engine with a displacement of 1000 cubic meters. see when applying the present invention, from the angle of rotation of the crankshaft of the engine for four cycles of the duty cycle, and for comparison, a graph 106 of the length of the crank arm, which is formed in a four-cylinder engine with a displacement of 1000 cubic meters. see, in which the connecting rods are connected directly to the crankshaft without using any mechanical devices to change the length of the stroke of the piston.

[0051] График 106 показывает, что обычные двигатели характеризуются значительным количеством отрицательного крутящего момента, действующего на коленчатый вал в такте сжатия, при приближении к такту расширения, в котором обычно требуется, чтобы искра зажигания обеспечивалась в камере сгорания примерно за тридцать пять градусов до верхней мертвой точки. В таком двигателе поршень должен выполнять отрицательную работу для преодоления отрицательного крутящего момента, который будет действовать до достижения нулевой величины момента в верхней мертвой точке, и не будет существенной величины положительного крутящего момента примерно до шестидесяти градусов после прохождения верхней мертвой точки. Это основная причина, по которой традиционные двигатели внутреннего сгорания не способны работать на холостых оборотах, которые были бы ниже 800 об/мин. Напротив, с использованием устройства по настоящему изобретению, в котором пересечение внешней 58 и внутренней 60 эллиптических траекторий, описываемых точкой 52 соединения (ось 74 для шатуна 24), лежит на оси 102 камеры сгорания или находится непосредственно возле нее, увеличенное плечо кривошипа обеспечивает положительный крутящий момент, который увеличивается от положения поршня в тридцать пять градусов опережения перед верхней мертвой точкой до самой этой точки и шестнадцать градусов после нее, причем крутящий момент, создаваемый двигателем, в котором используется настоящее изобретение, более чем в два раза превышает крутящий момент обычного двигателя.[0051] Graph 106 shows that conventional engines are characterized by a significant amount of negative torque acting on the crankshaft in the compression stroke, approaching the expansion stroke, which usually requires an ignition spark to be provided in the combustion chamber about thirty-five degrees to the top dead point. In such an engine, the piston must do a negative job to overcome the negative torque that will remain in effect until the zero point at top dead center is reached, and there will be no significant positive torque up to about sixty degrees after the top dead center. This is the main reason why traditional internal combustion engines are not able to run at idle speeds that would be below 800 rpm. On the contrary, using the device of the present invention, in which the intersection of the outer 58 and inner 60 elliptical trajectories described by the connection point 52 (axis 74 for the connecting rod 24) lies on the axis 102 of the combustion chamber or is located directly next to it, the increased crank arm provides positive torque the moment that increases from the position of the piston at thirty-five degrees ahead of the top dead center to this very point and sixteen degrees after it, and the torque created by the engine The field in which the present invention is used is more than twice the torque of a conventional engine.

[0052] Как показано на фигуре 10, возможны альтернативные варианты осуществления настоящего изобретения, в которых пересечение внешней 58 и внутренней 60 эллиптических траекторий находится в пределах примерно двадцати пяти градусов от оси камеры сгорания. В частности, на фигуре 10 показан альтернативный вариант, в котором механический узел по настоящему изобретению выполнен таким образом, что пересечение внешней 58 и внутренней 60 эллиптических траекторий находится в точке, расположенной на заданном угловом расстоянии, не превышающем примерно двадцать пять градусов, перед осью камеры сгорания, если смотреть в направлении вращения коленчатого вала. Обозначением А″ на фигуре 10 указано положение поршня и других связанных механических компонентов по настоящему изобретению в исходном положении такта расширения, то есть в верхней мертвой точке, и как можно видеть, предлагаемое устройство все еще обеспечивает существенно увеличенное плечо кривошипа, действующее на поршень в этом положении, по сравнению с устройством по патенту US №5,927,236. Кроме того, дополнительное достоинство механизма, предлагаемого в настоящем изобретении, заключается в том, что положение поршня в конце такта выпуска отработавших газов и в начале такта всасывания будет на заданном расстоянии ниже верхней мертвой точки, как указано обозначением Е′ на фигуре 10. Таким образом, задаваемая ориентация механизма позволяет оставаться в камере сгорания заданному объему отработавших газов в начале такта всасывания, что, в свою очередь, обеспечивает снижение уровня выбросов вредных веществ из двигателя.[0052] As shown in FIG. 10, alternative embodiments of the present invention are possible in which the intersection of the outer 58 and inner 60 elliptical trajectories is within about twenty-five degrees from the axis of the combustion chamber. In particular, figure 10 shows an alternative embodiment in which the mechanical assembly of the present invention is configured such that the intersection of the outer 58 and inner 60 elliptical trajectories is at a point located at a predetermined angular distance not exceeding approximately twenty-five degrees in front of the camera axis combustion when viewed in the direction of rotation of the crankshaft. The designation A ″ in figure 10 indicates the position of the piston and other associated mechanical components of the present invention in the initial position of the expansion stroke, that is, at top dead center, and as you can see, the proposed device still provides a significantly increased crank arm acting on the piston in this position, compared with the device according to US patent No. 5,927,236. In addition, an additional advantage of the mechanism proposed in the present invention is that the position of the piston at the end of the exhaust cycle and at the beginning of the suction stroke will be at a predetermined distance below the top dead center, as indicated by the designation E ′ in figure 10. Thus , the specified orientation of the mechanism allows you to stay in the combustion chamber for a given volume of exhaust gases at the beginning of the suction stroke, which, in turn, reduces the level of emissions of harmful substances from the engine.

[0053] Также было обнаружено, что задаваемое изменение отношения длины 46 эксцентрика к длине 50 кривошипа обеспечивает рабочий объем в камере сгорания в конце такта всасывания и, таким образом, может выборочно изменяться соответствующая степень сжатия. Например, предусматривается, что длина эксцентрика может варьироваться по меньшей мере от примерно 20% до примерно 100% длины кривошипа. Такие изменения могут быть осуществлены путем изменения размеров и смещений от центра внешней 40 и внутренней 42 опорных поверхностей опорного элемента 48 для получения разных заданных длин 50 кривошипа и 46 эксцентрика. На фигуре 12 иллюстрируются относительные изменения и относительные различия, получаемые для разных размеров и форм внешней 58 и внутренней 60 эллиптических траекторий, описываемых точкой 52 соединения (то есть осью 74 для шатуна 24), при изменении отношения длины эксцентрика к длине кривошипа шагами по 20%. Таблица на фигуре 13 содержит сравнительные данные для соответствующих переменных, на величины которых влияют такие изменения. Данные, приведенные в таблице фигуры 13, получены для двигателя с рабочим объемом 1000 куб. см, то есть с фиксированным тактом всасывания 1000 куб. см и с фиксированной степенью сжатия 10:1 для двигателя с искровым зажиганием или с фиксированной степенью сжатия 15:1 для двигателя, в котором воспламенение смеси происходит в результате ее сжатия. В целом по данным, приведенным в таблице, можно сделать вывод, что увеличение отношения длины эксцентрика к длине кривошипа обеспечивает существенное улучшение характеристик потребления топлива (миль/галлон) и крутящего момента по сравнению с обычными двигателями с рабочим объемом 1000 куб. см. Например, при отношении длины эксцентрика к длине кривошипа порядка 70% в таком двигателе с рабочим объемом 1000 куб. см обеспечивается объем 1739 куб. см в такте расширения и степень расширения 16,7:1 достигается со степенью сжатия 10:1. Фактически, такой двигатель с рабочим объемом 1000 куб. см, в котором используется настоящее изобретение, будет обеспечивать крутящий момент и выходную мощность как обычный двигатель с рабочим объемом 1739 куб. см, однако он будет потреблять такое же количество топлива, как и обычный двигатель с рабочим объемом 1000 куб. см.[0053] It has also been found that a predetermined change in the ratio of the length of the eccentric to the length 50 of the crank provides a working volume in the combustion chamber at the end of the suction stroke and thus the corresponding compression ratio can be selectively changed. For example, it is contemplated that the length of the eccentric may vary from at least about 20% to about 100% of the length of the crank. Such changes can be made by changing the sizes and offsets from the center of the outer 40 and inner 42 of the supporting surfaces of the support element 48 to obtain different specified lengths 50 of the crank and 46 of the eccentric. Figure 12 illustrates the relative changes and relative differences obtained for the different sizes and shapes of the outer 58 and inner 60 elliptical trajectories described by the connection point 52 (i.e., axis 74 for the connecting rod 24) when changing the ratio of the length of the eccentric to the length of the crank in steps of 20% . The table in figure 13 contains comparative data for the corresponding variables, the values of which are affected by such changes. The data shown in the table of figure 13, obtained for an engine with a displacement of 1000 cubic meters. cm, that is, with a fixed suction stroke of 1000 cubic meters. cm and with a fixed compression ratio of 10: 1 for an engine with spark ignition or with a fixed compression ratio of 15: 1 for an engine in which the mixture ignites as a result of compression. In general, according to the data in the table, it can be concluded that an increase in the ratio of the length of the eccentric to the length of the crank provides a significant improvement in the characteristics of fuel consumption (miles / gallon) and torque compared to conventional engines with a working volume of 1000 cubic meters. see. For example, when the ratio of the length of the eccentric to the length of the crank is about 70% in such an engine with a displacement of 1000 cubic meters. cm volume of 1739 cubic meters is provided. cm in the expansion stroke and an expansion ratio of 16.7: 1 is achieved with a compression ratio of 10: 1. In fact, such an engine with a displacement of 1000 cubic meters. cm, which uses the present invention, will provide torque and power output like a conventional engine with a displacement of 1739 cubic meters. cm, however, it will consume the same amount of fuel as a conventional engine with a displacement of 1000 cubic meters. cm.

[0054] Таким образом, для специалистов в данной области техники будет ясно, что настоящее изобретение может найти самое широкое применение. Кроме вариантов, рассмотренных в настоящем описании, специалистам в данной области техники после ознакомления с настоящим изобретением будут очевидны многие их модификации и другие варианты, а также многие изменения и эквиваленты этих вариантов без выхода за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, в то время как настоящее изобретение было рассмотрено в настоящем описании в отношении предпочтительного варианта его осуществления, следует понимать, что описание является лишь иллюстрацией изобретения и рассмотренный вариант приводится лишь для полного раскрытия изобретения. Вышеприведенное описание не должно рассматриваться как ограничивающее объем настоящего изобретения или иным образом исключающее любые другие варианты, модификации, усовершенствования и эквиваленты. Настоящее изобретение ограничивается лишь прилагаемыми пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.[0054] Thus, it will be clear to those skilled in the art that the present invention can find the widest application. In addition to the options discussed in the present description, specialists in this field of technology after reading the present invention will be apparent many of their modifications and other options, as well as many changes and equivalents of these options without going beyond the essence and scope of the present invention. Accordingly, while the present invention has been considered in the present description in relation to a preferred embodiment, it should be understood that the description is only an illustration of the invention and the considered embodiment is provided only for a complete disclosure of the invention. The above description should not be construed as limiting the scope of the present invention or otherwise excluding any other variations, modifications, enhancements or equivalents. The present invention is limited only by the attached claims and their equivalents.

Claims

An internal combustion engine comprising:
an engine housing forming a plurality of cylindrical combustion chambers, each of which defines an axis of the combustion chamber;
a crankshaft installed in the engine casing for rotation about the axis of the crankshaft extending in the transverse direction relative to the combustion chambers;
a piston mounted inside each combustion chamber for reciprocating movement along the axis of the combustion chamber,
moreover, the internal combustion engine can operate in a four-cycle cycle in which the piston reciprocates inside the combustion chamber: in the suction stroke in the first direction, in the compression stroke in the second direction, in the expansion stroke in the first direction and in the exhaust cycle gases in the second direction, and the position of the piston at the end of the compression stroke and at the beginning of the expansion stroke is defined as top dead center, the position of the piston at the end of the expansion stroke and at the beginning of the exhaust cycle It is defined as the lower dead point;
a connecting rod connected to the piston with the possibility of rotation relative to it;
a mechanical assembly connecting the connecting rod to the crankshaft for rotation to convert the reciprocating motion of the piston into rotational motion of the crankshaft, the mechanical assembly comprising:
the first gear mounted in the motor housing without rotation, which contains:
a cylindrical body with a drive gear having teeth formed over a surface of the cylindrical body facing outward in the radial direction; and
a second gear engaged with the first gear and containing:
an annular housing with a crown gear having teeth formed on a surface of the annular housing facing inward in the radial direction, the cylindrical housing of the first gear being included inside the annular housing to engage the teeth of the pinion gear with the teeth of the crown gear, and
a support portion extending outward from the crown gear portion with a first support surface formed on the outer surface of the support portion, and
a second supporting surface formed on the inner surface of the supporting part, the connecting rod mounted on the first supporting surface and the crankshaft installed inside the second supporting surface for rotating the second gear with the crankshaft, the connecting rod rotating on the first supporting surface and the second supporting surface rotating on the crankshaft shaft
moreover, the gear ratio of the driving gear of the first gear and the crown gear of the second gear is 2: 1, so that the second gear makes one revolution for every two revolutions of the crankshaft,
the second supporting surface is offset from the axis of the crankshaft to move in a circular path around the axis of the crankshaft to provide a crank of the crankshaft, the length of which is constant in the four-cycle cycle of the engine,
the first and second bearing surfaces are at a certain offset distance from each other, so that the first supporting surface moves alternately along the internal and external elliptical trajectories around the crankshaft to provide an eccentric on the crankshaft, the length of which changes in a four-stroke cycle of the engine,
moreover, the rotation of the second gear wheel together with the crankshaft ensures the formation of a composite crank equivalent to the vector sum of the crank and the eccentric, which constantly changes in the four-stroke cycle of the engine, as a result of which the length of the reciprocating piston in this cycle changes,
characterized in that in order to improve its performance, the dimensions and shapes of the first and second supporting surfaces of the second gear wheel are selectively set as follows:
cam length is in the range from 20% to 100% of the crank length,
the cam is oriented at top dead center as a whole at an angle of 90 degrees to the crank,
the crank is oriented at top dead center at a certain angle in front of the axis of the combustion chamber,
the crank and the eccentric together provide positive torque on the crankshaft from about 20 degrees to the end of the compression stroke and then going through the top dead center in the expansion stroke,
at the end of the expansion stroke, the crank and the eccentric pass along the same line,
combined with the axis of the combustion chamber, and the cam moves outward from the crank to form a composite crank of the greatest length in a four-stroke cycle of the engine,
at the end of the suction stroke, the crank and the eccentric follow a single line aligned with the axis of the combustion chamber, and the cam moves inward, overlapping the crank to form a composite crank of minimum length in a four-stroke cycle of the engine,
the piston strokes in the suction and compression strokes in the four-stroke cycle of the internal combustion engine are shorter than the piston strokes in the expansion and exhaust strokes, and
a substantially constant compression ratio is maintained throughout the four-stroke cycle of the internal combustion engine.