CZ308401B6 - Pístový spalovací motor s generátorem - Google Patents

Pístový spalovací motor s generátorem Download PDF

Info

Publication number
CZ308401B6
CZ308401B6 CZ2018-653A CZ2018653A CZ308401B6 CZ 308401 B6 CZ308401 B6 CZ 308401B6 CZ 2018653 A CZ2018653 A CZ 2018653A CZ 308401 B6 CZ308401 B6 CZ 308401B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
crankshaft
generator
engine
internal combustion
rotor
Prior art date
Application number
CZ2018-653A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2018653A3 (cs
Inventor
Václav KNOB
Original Assignee
Václav KNOB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Václav KNOB filed Critical Václav KNOB
Priority to CZ2018-653A priority Critical patent/CZ308401B6/cs
Priority to ES19888311T priority patent/ES2944316T3/es
Priority to HUE19888311A priority patent/HUE061937T2/hu
Priority to KR1020217018351A priority patent/KR102398982B1/ko
Priority to EP19888311.8A priority patent/EP3880947B1/en
Priority to PCT/IB2019/060163 priority patent/WO2020109990A1/en
Priority to US16/697,143 priority patent/US11085370B2/en
Priority to CN201980087852.XA priority patent/CN113272539B/zh
Priority to RU2021117222A priority patent/RU2769415C1/ru
Publication of CZ2018653A3 publication Critical patent/CZ2018653A3/cs
Publication of CZ308401B6 publication Critical patent/CZ308401B6/cs

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B1/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
    • F01B1/10—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements with more than one main shaft, e.g. coupled to common output shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B21/00—Combinations of two or more machines or engines
    • F01B21/02—Combinations of two or more machines or engines the machines or engines being all of reciprocating-piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F02B63/042—Rotating electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/06—Engines with means for equalising torque
    • F02B75/065—Engines with means for equalising torque with double connecting rods or crankshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
    • F02B75/225—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement having two or more crankshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B75/24—Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/32—Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • F16F15/24—Compensation of inertia forces of crankshaft systems by particular disposition of cranks, pistons, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F16F15/264—Rotating balancer shafts
    • F16F15/265—Arrangement of two or more balancer shafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2270/00—Problem solutions or means not otherwise provided for
    • B60L2270/10—Emission reduction
    • B60L2270/14—Emission reduction of noise
    • B60L2270/145—Structure borne vibrations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18—Multi-cylinder engines
    • F02B2075/1804—Number of cylinders
    • F02B2075/1808—Number of cylinders two

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Pístový spalovací motor s generátorem má dva válce (9) a (10) s hlavami (13) a (14) a písty (11) a (12) s ojnicemi (7) a (8) a dvěma klikovými hřídeli (1) a (2), které jsou spojené ozubenými koly (3) a (4) s poměrem převodu 1:1 s opačným směrem otáčení. První kliková hřídel (1) s ozubeným kolem (3) je uložena rovnoběžně vedle druhé klikové hřídele (2) s druhým ozubeným kolem (4) v jedné skříni motoru (17) tak, že ozubená kola do sebe zapadají. Osa válce (9) je totožná s osou válce (10) a oba písty (11) a (12) se nacházejí v horní úvrati současně a válce (9) a (10) s písty (11) a (12) jsou umístěny v kolmém směru na rovinu symetrie (20) mezi klikovými hřídeli (1) a (2). Na první klikové hřídeli (1) je pevně uložen rotor prvního generátoru (5) a na druhé klikové hřídeli (2) je pevně uložen rotor druhého generátoru (6) a/nebo setrvačníku (18).

Description

Pístový spalovací motor s generátorem
Oblast techniky
Vynález se týká uspořádání pístového spalovacího motoru ve spojení s generátorem, přičemž se jedná o dvouválcový motor, nebo motor s násobkem dvou válců, se dvěma klikovými hřídeli, který je určen pro dobíjení akumulátorů ve vozidlech nebo letounech s minimalizaci vibrací při provozu, tzv. Range extender.
Dosavadní stav techniky
Pro pohon generátoru jsou používány pístové spalovací motory různých typů. Jsou používány jednoválcové i viceválcové jednotky. Prakticky každý motor lze spojit s generátorem, a tak jsou zpravidla využívány spalovací motory, které vycházejí z motorů pro pohon jiných zařízení. Obvykle mají jednu klikovou hřídel a pohání jeden generátor. Tyto konstrukce, i když jsou viceválcové a silově dobře vyvážené, mají torzní kmitání, které je způsobeno jednotlivými zápaly ve válcích motoru a okamžitou reakcí bloku motoru. Požadavky pro moderní pohony generátorů typu Range extender zejména pro elektrolety, nebo elektrovozidla jsou ale specifické.
Prioritním požadavkem zvláště pro elektrolety je ideálně eliminovat veškeré vibrace celého soustrojí motoru s generátorem. To znamená eliminovat všechny setrvačné síly klikového mechanismu. Dále eliminovat reakčni momenty vzniklé periodickými změnami zrychlení rotačních částí soustrojí, které jsou způsobeny spalovacími cykly ve válcích motoru. To je zvláště obtížné u motorů s malým počtem válců. Zároveň je třeba splnit požadavek jednoduché konstrukce s minimem součástí, nízkou hmotností a provozní spolehlivostí a životnosti. Také je třeba splnit požadavek výhodného vnějšího tvaru pro zástavbu do dopravního prostředku.
Myšlenka použít pro pohon generátoru motor s dvěma klikovými hřídeli nebo spojit dva motory se zatím objevuje jen výjimečně. Příkladem je například řešení dle DE 102014115042 A a DE 202018105331 U. Zde se jedná o motor se dvěma klikovými hřídeli. Podstatná nevýhoda této konstrukce jev tom, že motor není vyvážen z hlediska setrvačných sil ideálně, protože válce jsou umístěny rovnoběžně a setrvačné síly posuvných hmot klikových mechanismů nelze zcela vyvážit. Bez použití vyvažovačích hřídelí lze vyvážit jen 1. harmonickou složku posuvných setrvačných sil pomocí vhodných vývažků na obou klikových hřídelích. Pro vyvážení 2. harmonické složky setrvačných sil je, ale třeba dalších dvou protiběžných vyvažovačích hřídelí s převody na dvojnásobek otáček klikové hřídele. Je to složité a těžké a stále zůstávají ostatní složky setrvačných sil nevyvážené. Tato koncepce s rovnoběžnými válci je navíc vysoká a nevhodná pro požadavky nízké zástavby například do centroplánu letounu nebo pod podlahu vozidla.
Určitou nevýhodou je použití převodů mezi klikovými hřídeli a generátory. To sice umožňuje zvýšit otáčky generátorů, ale není to výhodné z hlediska namáhání převodů i možných rezonancí. Není to jednoduché ani spolehlivé.
Dalším příkladem je řešení dle US 4331111. Motor je určen pro pohon alternátoru a vrtule letounu, což je poněkud jiný případ, ale snaží se též výrazně omezit vibrace. U tohoto řešení je shodný smysl otáčení klikových hřídelí, a proto se u tohoto uspořádání setrvačné momenty způsobené kýváním ojnic sčítají. Tento patent řeší zejména to, jak tyto momenty kompenzovat pomocí vývažků na klikách v závislosti na rozteči mezi klikovými hřídeli. Nezabývá se ale podstatným problémem, kterým je reakčni moment při zážehu a spalování ve válcích motoru. Síly od spalovacích tlaků jsou značné, a velké jsou i amplitudy momentu působící na klikový hřídel. Reakčni moment působící na skříň motoru je reakcí na urychlení klikové hřídele při spalování. U tohoto uspořádání se reakčni momenty obou klikových hřídelí sčítají. Kompenzují
- 1 CZ 308401 B6 se pak reakčním momentem výstupní hřídele s alternátorem a vrtulí, který se otáčí na opačnou stranu než obě klikové hřídele. V ozubených převodech ale v tomto uspořádání nastávají velké amplitudy namáhání a celá soustava hřídelí bude náchylná k rezonancím. To má nepříznivý vliv na vibrace i spolehlivost a životnost konstrukce.
Rovněž existují samotné motory bez generátorů využívající protiběžné písty. Takováto řešení jsou popsána například ve spisech DE 4206518 a JPH 10141082. Jedná se o motory, které jsou samy o sobě vyvážené. Jelikož tyto motory počítají s jedním výstupem, nelze u nich dosáhnout dokonalé eliminace působení proměnlivého výstupního momentu, který vzniká spalováním ve válcích. I když bude takový motor spojen s generátorem, nebude vhodný jako ideální Range extender například pro elektrolet. Uvedená řešení se nezabývají spojením s generátorem.
Podstata vynálezu
Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny pístovým spalovacím motorem s generátorem sestávajícím ze dvou válců s hlavami a písty s ojnicemi a dvěma klikovými hřídeli, případně jejich násobků, které jsou spojené ozubenými koly s poměrem převodu 1:1 s opačným směrem otáčení a první kliková hřídel s ozubeným kolem je uložena rovnoběžně vedle druhé klikové hřídele s druhým ozubeným kolem v jedné skříni motoru, podle tohoto řešení. Jeho podstatou je to, že osa jednoho válce je totožná s osou druhého válce a oba písty se nacházejí v horní úvrati současně a válce s písty jsou umístěny v kolmém směru na rovinu symetrie mezi klikovými hřídeli, přičemž na první klikové hřídeli je pevně uložen rotor prvního generátoru a na druhé klikové hřídeli je pevně uložen rotor druhého generátoru a/nebo setrvačníku a velikost momentu setrvačnosti sestavy první klikové hřídele s prvním ozubeným kolem a s rotorem prvního generátoru odpovídá velikosti momentu setrvačnosti sestavy druhé klikové hřídele s druhým ozubeným kolem a s rotorem druhého generátoru a/nebo setrvačníkem.
Vyvážení jednotlivých klikových mechanismů je provedeno tak, že nevyvážené rotační hmoty klikového mechanismu jsou vyváženy vývažky na 100 % a odstředivé síly Fo se tedy vzájemně ruší. Posuvné hmoty klikových mechanismů zůstávají zcela nevyváženy. Setrvačné síly Fs od posuvných hmot jsou ale vzájemně eliminovány díky symetricky opačnému pohybu shodných posuvných hmot obou klikových mechanismů v jedné rovině. Určení rotačních a posuvných hmot podrobně není popsáno, protože je to zcela dle standardních pravidel vyvažování. Hmota ojnice je standardně nahrazena dvěma hmotnými body s podmínkou shodné polohy a velikosti těžiště ojnice původní a náhradní. Díky symetričnosti konstrukce a všech pohybů podle roviny symetrie se všechny setrvačné síly i momenty budou vždy zcela eliminovat. To platí i pro doplňkové setrvačné momenty oj nic.
Obě klikové hřídele a s nimi přímo spojené generátory budou mít shodné momenty setrvačnosti ale opačná zrychlení, a proto se budou i reakční momenty klkových hřídelí zcela eliminovat a proměnlivé vnější síly na skříni motoru budou ideálně nulové. V ozubení budou vznikat jen velmi malá namáhání a nebudou hrozit rezonanční problémy.
Motor může být s dvoudobým nebo čtyřdobým cyklem. U čtyřdobého motoru může být pracovní cyklus u protilehlých válců posunutý o jednu otáčku. Výhodnější je varianta společného zážehu u protilehlých válců, protože bude docházet k menšímu namáhání ozubených kol i hřídelí.
Motor může obsahovat více protilehlých dvojic válců se symetrickým umístěním pístů a ojnic vůči rovině symetrie mezi dvěma klikovými hřídeli s tím, že pracovní cykly u dvojic protilehlých válců mohou být fázově posunuty.
Pístový spalovací motor s generátorem řeší ideálně požadavky na moderní Range extender pro elektricky poháněná vozidla a letouny. Je to jednoduché levné řešení pouze s dvěma válci, které jez hlediska setrvačných sil dokonale silově i momentově vyvážené. Rotační hmoty na klikových
-2 CZ 308401 B6 mechanismech jsou vyváženy na 100 % a setrvačné síly od posuvných hmot jsou vzájemně eliminovány díky symetricky opačnému pohybu shodných posuvných hmot obou klikových mechanismů.
Díky tomu, že se písty s ojnicemi pohybují v jedné rovině, nevzniká ani žádný moment, od působících setrvačných sil. Při náhradě ojnic dvěma hmotnými body je třeba brát v úvahu doplňkový setrvačný moment oj nice. V tomto případě se i tyto momenty ojnic navzájem eliminují při symetrickém pohybu ojnic v jedné rovině.
Problém s vyvážením nenastane ani v případě použití excentrického provedení klikového mechanismu. Tedy v případě, když bude pístní čep vyosen, nebo když osa válce bude mimoběžná s osou klikové hřídele. Díky symetričnosti konstrukce a všech pohybů podle roviny symetrie se všechny setrvačné síly i momenty budou vždy zcela eliminovat.
Vzhledem k tomu, že jsou u opačně se otáčejících hřídelí shodné momenty setrvačnosti a jelikož jsou tyto hřídele dokonale synchronizovány ozubenými koly, jsou i všechny momenty vzniklé nerovnoměrnostmi chodu pístového motoru též vzájemně zcela eliminovány. Do uložení motoru se tedy nepřenesou žádné kolísavé síly ani momenty a celé soustrojí je zcela neutrální. Motor netrpí vibracemi v uložení ani při startu nebo při vypínání ani při chodu v nízkých otáčkách. V elektricky poháněném letounu nedojde tedy ani při startu nebo vypnutí motoru k přenosu vibrací do konstrukce draku a nemůže tak být ovlivněna žádná citlivá činnost. Například filmování a focení. Motor s generátorem lze spojit pevně s konstrukcí vozidla a využít ho jako nosnou část konstrukce. Uspořádání motoru je výhodné pro zástavbu, protože je velmi nízké a dá se tedy umístit například pod podlahu vozidla. Též v letounech je plochá konstrukce výhodná pro nej používanější typy zástaveb spalovacích motorů. Při současném zážehu v obou válcích dochází k společnému přenosu sil na klikové mechanismy a jejich shodné urychlování, proto budou ozubená kola spojující klikové mechanismy minimálně zatížená. To je výhodné z hlediska dimenzování převodů, jejich nízké hmotnosti a spolehlivosti. Nejvýhodnější je použití dvou shodných generátorů na obou klikových hřídelích a pak budou mít ozubená kola jen synchronizační účinek. Toto uspořádání je také výhodné proto, že dva generátory jsou menšího průměru a nezvyšují zástavbovou výšku motoru. Eventuelně lze v případě použití dvou generátorů elektricky řešit též možnost odpojení jednoho generátoru v případě jeho poruchy. Pokud bude použit jen jeden generátor a na druhé hřídeli bude jen setrvačník, pak budou ozubená kola přenášet i užitečný výkon z hřídele, kde je setrvačník. I tak bude ale silové zatížení ozubení velmi příznivé. Výhodou je i to, že motor lze vyvinout do výroby poměrně rychle a snadno s použitím komponentů soudobých jednoválcových motorů.
Objasnění výkresů
Pístový spalovací motor s generátorem podle vynálezu bude blíže objasněn na příkladných provedeních s pomocí přiložených výkresů. Na obr. 1 je znázorněn v řezu pístový spalovací motor s dvěma válci s hlavami a písty s ojnicemi a dvěma klikovými hřídeli, které jsou spojené ozubenými koly s poměrem převodu 1: 1 s opačným směrem otáčení. První kliková hřídel s ozubeným kolem je uložena rovnoběžně vedle druhé klikové hřídele s druhým ozubeným kolem v jedné skříni motoru tak, že ozubená kola s převodem 1: 1 do sebe zapadají. První kliková hřídel je spojena s rotorem prvního generátoru a druhá kliková hřídel je spojena s rotorem druhého generátoru. Válce s písty jsou umístěny v kolmém směru na rovinu symetrie mezi klikovými hřídeli a osy dvojice válců leží v rovině. Oba písty se nacházejí v horní úvrati současně. Motor má dvoudobý cyklus.
Na obr. 2 je v řezu pístový spalovací motor s generátorem v obdobném uspořádání jako na obr. 1 ale se čtyřdobým cyklem.
-3 CZ 308401 B6
Na obr. 3 je axonometrický pohled s částečným řezem pístového spalovacího motoru s generátorem s obdobným uspořádáním jako na obr. 1. Rozdíl je v tom, že motor má jen jeden rotor generátoru na jedné klikové hřídeli a na druhé klikové hřídeli má setrvačník. Díky větším průměrům rotoru generátoru a setrvačníku, než je rozteč klikových hřídelí, je rotor generátoru axiálně posunut vůči rotoru setrvačníku.
Na obr. 4 je axonometrický pohled s částečným řezem pístového spalovacího motoru s generátorem s obdobným uspořádáním jako na obr. 1. Rozdíl je v tom, že jeden rotor generátoru je umístěn na předním konci první klikové hřídele a druhý rotor generátoru je umístěn na zadním konci druhé klikové hřídele. Rotory mají velké vnější průměry, ale v tomto uspořádání si nepřekáží.
Na obr. 5 je axonometrický pohled s částečným řezem pístového spalovacího motoru s generátorem s dvoudobým cyklem a dvěma dvojicemi protilehlých válců. Přední dvojice protilehlých válců má pracovní cyklus posunutý o 180° oproti zadní dvojici protilehlých válců. Klikové hřídele jsou opatřeny na předním konci stejnými rotory generátorů.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příkladný pístový spalovací motor s generátorem dle obr. 1 je tvořen ze dvou válců 9 a 10 s hlavami 13 a 14 a písty 11 a 12 s ojnicemi 7 a 8 a dvěma klikovými hřídeli 1 a 2. které jsou spojené ozubenými koly 3 a 4 s poměrem převodu 1: 1 s opačným směrem otáčení. První kliková hřídel 1 s ozubeným kolem 3 je uložena rovnoběžně vedle druhé klikové hřídele 2 s druhým ozubeným kolem 4 v jedné skříni motoru 17 tak, že ozubená kola do sebe zapadají. Na první klikové hřídeli 1 je pevně uložen rotor prvního generátoru 5 a na druhé klikové hřídeli 2 je pevně uložen rotor druhého generátoru 6. Velikost momentu setrvačnosti sestavy první klikové hřídele 1 s prvním ozubeným kolem 3 a s rotorem prvního generátoru 5 odpovídá velikosti momentu setrvačnosti sestavy druhé klikové hřídele 2 s druhým ozubeným kolem 4 a s rotorem druhého generátoru 6, Válce 9 a 10 s písty 11 a 12 jsou umístěny symetricky v kolmém směru k rovině symetrie 20 mezi klikovými hřídeli a osa válce 9 je totožná s osou válce 10 s tím, že oba písty 11 a 12 se nacházejí v horní úvrati současně. Motor má dvoudobý cyklus.
Příkladný pístový spalovací motor s generátorem dle obr. 2 vychází z provedení dle obr. 1. Pracovní cyklus motoru je ale čtyřdobý a mezi cykly není žádný fázový posun.
Příkladný pístový spalovací motor s generátorem dle obr. 3 vychází z provedení dle obrázku 1. Na první klikové hřídeli 1 je připevněn větší rotor prvního generátoru 5 a na druhé klikové hřídeli 2 je připevněn setrvačník 18. Aby vzájemně nekolidovaly jsou axiálně přesazené.
Příkladný pístový spalovací motor s generátorem dle obr. 4 vychází z provedení dle obr. 1. Na přední části první klikové hřídele 1 je připevněn rotor prvního generátoru 5 a na zadní části druhé klikové hřídele 2 je připevněn rotor druhého generátoru 6. Rotory generátorů 5 a 6 mají velké vnější průměry, ale v tomto uspořádání si nepřekáží.
Příkladný pístový spalovací motor s generátorem dle obr. 5 vychází z provedení dle obr. 1. Motor se liší tím, že je opatřen dvěma dvojicemi protilehlých válců 9 a 10. Přední dvojice protilehlých válců má pracovní cyklus posunutý o 180° oproti zadní dvojici protilehlých válců.
U pístového spalovacího motoru s generátorem je činnost následující. Ve skříni motoru 17 se první kliková hřídel 1 s prvním ozubeným kolem 3 a rotorem prvního generátoru 5 otáčí na opačnou stranu než druhá kliková hřídel 2 s druhým ozubeným kolem 4 a rotorem druhého generátoru 6 shodnými otáčkami díky ozubeným kolům 3 a 4 s převodovým poměrem 1:1. První píst 11 a druhý píst 12 se pohybují symetricky vůči rovině symetrie 20 motoru a to tak, že se vždy nacházejí v horní úvrati současně. Zrychlení posuvných hmot u prvního pístu lije tedy
-4 CZ 308401 B6 shodné ale opačného směru oproti zrychlení posuvných hmot u druhého pístu 12 a při shodných hmotnostech se setrvačné síly Fs vzájemné zcela eliminují. Při náhradě ojnice dvěma hmotnými body je třeba uvažovat i doplňkový setrvačný moment první ojnice 7 i druhé ojnice 8. Při shodnosti ojnic budou tyto momenty též shodné ale opačné, a tak se též zcela eliminují. Jelikož jsou osy prvního válce 9 a druhého válce 10 totožné, nevzniká ani žádný moment od posuvných setrvačných sil. Vyvážení rotačních hmot na první klikové hřídeli 1 i na druhé klikové hřídeli 2 je provedeno tak, že nevyvážené rotační hmoty jsou vyváženy vývažky 15 a 16 na 100 % a odstředivé síly Fo se tedy též vzájemně ruší. Při zážehu v prvním válci 9 a zážehu v druhém válci 10 dochází k přenosu momentu na rotory generátorů 5 a 6. Jelikož jsou klikové hřídele 1 a 2 synchronizovány ozubenými koly 3 a 4, jsou uhlová zrychlení jejich rotace zcela shodná ale opačná. Protože moment setrvačnosti sestavy první klikové hřídele 1 s prvním ozubeným kolem 3 a s rotorem prvního generátoru 5 je shodný s momentem setrvačnosti sestavy druhé klikové hřídele 2 s druhým ozubeným kolem 4 a s rotorem druhého generátoru 6, jsou i vzniklé setrvačné momenty stejné velikosti ale opačného smyslu, a tak se reakční momenty na skříni motoru 17 zcela eliminují. Pístový spalovací motor s generátorem tedy nepřenáší do svého uložení při své činnosti žádné síly ani momenty krom své hmotnosti. U motoru s dvoudobým cyklem dochází k současným zážehům v prvním válci 9 a druhém válci 10. Pokud je navíc odpor rotorů generátorů 5 a 6 shodný je namáhání mezi prvním ozubeným kolem 3 druhým ozubeným kolem 4 zcela minimální. Funkce ozubených kol 3 a 4 bude jen synchronizační. Vyrovnávat budou jen malé rozdíly vlivem rozdílného průběhu spalování v prvním válci 9 a druhém válci 10.
U motoru se čtyřdobým cyklem je možný společný zážeh v prvním válci 9 a druhém válci 10 nebo zážeh střídavý při vzájemném posunu pracovních cyklů o 360°. Výhodnější z hlediska namáhání je společný zážeh. V případě střídavého zážehu je sice plynulejší chod generátorů 5 a 6 ale namáhání ozubení ozubených kol 3 a 4 je značné, protože činná kliková hřídel 1 musí urychlovat druhou nečinnou klikovou hřídel 2 a naopak.
U provedení motoru, kde rotor prvního generátoru 5 je na první klikové hřídeli 1 a na druhé klikové hřídeli 2 je setrvačník 18. budou ozubená kola 3 a 4 přenášet výkon z druhé klikové hřídele 2 na klikovou hřídel V případě společných zážehů ve válcích 9 a 10 je ale namáhání ozubených kol 3 a 4 poměrně příznivé. Výhodou tohoto uspořádání může být použití jen jednoho generátoru.
V případě, že má motor více dvojic protilehlých válců 9 a 10 je jeho činnost obdobná jako u dvouválcového provedení. Pracovní cykly rozdílných dvojic válců 9 a 10 mohou být fázově posunuté a pak bude plynulejší chod rotorů generátorů 5 a 6 a vyšší dosažený výkon.
Průmyslová využitelnost
Pístový spalovací motor s generátorem podle tohoto vynálezu nalezne uplatnění jako generátor typu Range extender pro moderní vozidla a letouny poháněné elektrickou energií.

Claims (6)

PATENTOVÉ NÁROKY
1. Pístový spalovací motor s generátorem obsahující alespoň dva válce (9) a (10) s hlavami (13) a (14) a písty (11) a (12) s ojnicemi (7) a (8) a dvěma klikovými hřídeli (1) a (2), které jsou spojené ozubenými koly (3) a (4) s poměrem převodu 1 : 1 s opačným směrem otáčení a první kliková hřídel (1) s ozubeným kolem (3) je uložena rovnoběžně vedle druhé klikové hřídele (2) s druhým ozubeným kolem (4) v jedné skříni motoru (17), přičemž osajednoho válce (9) je totožná s osou druhého válce (10) a oba písty (11) a (12) se nacházejí v horní úvrati současně a válce (9)
2. Pístový spalovací motor s generátorem podle nároku 1, vyznačující se tím, že nevyvážené rotační hmoty klikových mechanismů jsou vyváženy vývažky (15) a (16) na 100 % a posuvné hmoty klikových mechanismů jsou bez vývažků na první klikové hřídeli (1) a druhé klikové hřídeli (2).
3. Pístový spalovací motor s generátorem podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že motor je s dvoudobým cyklem.
4. Pístový spalovací motor s generátorem podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že motor je s čtyřdobým cyklem.
5. Pístový spalovací motor s generátorem podle nároku 4, vyznačující se tím, že pracovní cyklus u protilehlých válců je posunutý o jednu otáčku.
-5 CZ 308401 B6 a (10) s písty (ll)a(12) jsou umístěny v kolmém směru na rovinu symetrie (20) mezi klikovými hřídeli (1) a (2), vyznačující se tím, že na první klikové hřídeli (1) je pevně uložen rotor prvního generátoru (5) a na druhé klikové hřídeli (2) je pevně uložen rotor druhého generátoru (6) a/nebo setrvačníku (18) a velikost momentu setrvačnosti sestavy první klikové hřídele (1) s prvním ozubeným kolem (3) a s rotorem prvního generátoru (5) odpovídá velikosti momentu setrvačnosti sestavy druhé klikové hřídele (2) s druhým ozubeným kolem (4) a s rotorem druhého generátoru (6) a/nebo setrvačníkem (18).
6. Pístový spalovací motor s generátorem podle kteréhokoli z předchozích nároků, vyznačující se tím, že motor obsahuje více protilehlých dvojic válců (9), (10) se symetrickým umístěním pístů (11), (12) a ojnic (7), (8) vůči rovině symetrie (20) mezi dvěma klikovými hřídeli (1) a (2).
CZ2018-653A 2018-11-27 2018-11-27 Pístový spalovací motor s generátorem CZ308401B6 (cs)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-653A CZ308401B6 (cs) 2018-11-27 2018-11-27 Pístový spalovací motor s generátorem
ES19888311T ES2944316T3 (es) 2018-11-27 2019-11-26 Motor alternativo de combustión con generador
HUE19888311A HUE061937T2 (hu) 2018-11-27 2019-11-26 Dugattyús belsõ égésû motor generátorral
KR1020217018351A KR102398982B1 (ko) 2018-11-27 2019-11-26 발전기를 갖는 피스톤 내연 엔진
EP19888311.8A EP3880947B1 (en) 2018-11-27 2019-11-26 Piston internal combustion engine with generator
PCT/IB2019/060163 WO2020109990A1 (en) 2018-11-27 2019-11-26 Piston internal combustion engine with generator
US16/697,143 US11085370B2 (en) 2018-11-27 2019-11-26 Piston internal combustion engine with generator
CN201980087852.XA CN113272539B (zh) 2018-11-27 2019-11-26 附有发电机的往复活塞式内燃发动机
RU2021117222A RU2769415C1 (ru) 2018-11-27 2019-11-27 Поршневой двигатель внутреннего сгорания с генератором

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2018-653A CZ308401B6 (cs) 2018-11-27 2018-11-27 Pístový spalovací motor s generátorem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2018653A3 CZ2018653A3 (cs) 2020-06-03
CZ308401B6 true CZ308401B6 (cs) 2020-07-29

Family

ID=70848247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2018-653A CZ308401B6 (cs) 2018-11-27 2018-11-27 Pístový spalovací motor s generátorem

Country Status (9)

Country Link
US (1) US11085370B2 (cs)
EP (1) EP3880947B1 (cs)
KR (1) KR102398982B1 (cs)
CN (1) CN113272539B (cs)
CZ (1) CZ308401B6 (cs)
ES (1) ES2944316T3 (cs)
HU (1) HUE061937T2 (cs)
RU (1) RU2769415C1 (cs)
WO (1) WO2020109990A1 (cs)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112135965B (zh) * 2019-02-14 2022-05-31 株式会社石川能源研究 动力单元
DE102020125799A1 (de) * 2020-10-02 2022-04-07 Frank Obrist Luftfahrzeug
JP6932411B1 (ja) * 2021-05-07 2021-09-08 アラセ・アイザワ・アエロスパシアル合同会社 無人飛行体のエンジン装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4331111A (en) * 1979-09-10 1982-05-25 Bennett Arthur G Low vibration engine
US20130319349A1 (en) * 2010-10-29 2013-12-05 Obrist Powertrain Gmbh Machine combination comprising an internal combustion engine and a generator
DE102014115042A1 (de) * 2014-10-16 2016-04-21 Obrist Technologies Gmbh Stromaggregat
WO2016140323A1 (ja) * 2015-03-03 2016-09-09 Ｚメカニズム技研株式会社 Ｘｙ分離クランク機構を備えた駆動装置
EP3272998A1 (en) * 2015-03-03 2018-01-24 Z Mechanism Technology Institute Co. Ltd. Drive device provided with xy-separating crank mechanism
DE202018105331U1 (de) * 2018-02-26 2018-10-30 Obrist Technologies Gmbh Stromaggregat

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4206518A1 (de) * 1992-03-02 1992-07-23 Hartmut Dipl Ing Dr Te Bathelt Zweizylinder-hubkolbenmaschine
JPH10141082A (ja) * 1996-11-07 1998-05-26 Masakuni Koike 対向シリンダ型機関及び往復動機械
SE529094C2 (sv) * 2005-09-06 2007-05-02 Hcci Technology Ab 2-taktsmotor med variabel kompression
JP4890321B2 (ja) * 2007-03-30 2012-03-07 本田技研工業株式会社 バーチカル型エンジン
RU2380543C2 (ru) * 2007-12-19 2010-01-27 Вячеслав Файзрахманович Нурмухаметов Поршневая машина
US8485161B2 (en) * 2008-09-04 2013-07-16 Achates Power, Inc. Opposed piston, compression ignition engine with single-side mounted crankshafts and crossheads
RU2516040C2 (ru) * 2011-06-06 2014-05-20 Алексей Александрович Никифоров Двигатель внутреннего сгорания
US8960138B2 (en) * 2012-03-19 2015-02-24 Ford Global Technologies, Llc Dual crankshaft engine
JP5696741B2 (ja) * 2013-05-22 2015-04-08 三菱自動車工業株式会社 エンジン
WO2014205291A2 (en) * 2013-06-19 2014-12-24 Pinnacle Engines, Inc. Sleeve valve oil seal
CN103573406A (zh) * 2013-10-28 2014-02-12 北京理工大学 一种双气缸对置式自由活塞内燃发电机
DE102014115044A1 (de) * 2014-10-16 2016-04-21 Obrist Technologies Gmbh Stromaggregat
JP6794605B2 (ja) * 2016-04-18 2020-12-02 糸井ホールディングス株式会社 エンジン搭載型飛行装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4331111A (en) * 1979-09-10 1982-05-25 Bennett Arthur G Low vibration engine
US20130319349A1 (en) * 2010-10-29 2013-12-05 Obrist Powertrain Gmbh Machine combination comprising an internal combustion engine and a generator
DE102014115042A1 (de) * 2014-10-16 2016-04-21 Obrist Technologies Gmbh Stromaggregat
WO2016140323A1 (ja) * 2015-03-03 2016-09-09 Ｚメカニズム技研株式会社 Ｘｙ分離クランク機構を備えた駆動装置
EP3272998A1 (en) * 2015-03-03 2018-01-24 Z Mechanism Technology Institute Co. Ltd. Drive device provided with xy-separating crank mechanism
DE202018105331U1 (de) * 2018-02-26 2018-10-30 Obrist Technologies Gmbh Stromaggregat

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
https://cs.wikipedia.org/wiki/Vyva%C5%BEov%C3%A1n%C3%AD_rotor%C5%AF *
https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=84154, Brno 2014 *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2018653A3 (cs) 2020-06-03
RU2769415C1 (ru) 2022-03-31
EP3880947A1 (en) 2021-09-22
KR102398982B1 (ko) 2022-05-17
WO2020109990A1 (en) 2020-06-04
CN113272539A (zh) 2021-08-17
US20200263602A1 (en) 2020-08-20
EP3880947A4 (en) 2022-06-22
US11085370B2 (en) 2021-08-10
ES2944316T3 (es) 2023-06-20
HUE061937T2 (hu) 2023-09-28
KR20210083363A (ko) 2021-07-06
EP3880947B1 (en) 2023-02-15
CN113272539B (zh) 2023-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7533639B1 (en) Dual crankshaft engine with counter rotating inertial masses
CZ308401B6 (cs) Pístový spalovací motor s generátorem
RU155542U1 (ru) Двигатель внутреннего сгорания
EP1983215A1 (en) Reciprocating piston machine and internal combustion engine
JP2546003Y2 (ja) 内燃機関の振動消去装置
US8757123B2 (en) Balancing an opposed-piston, opposed-cylinder engine
KR101326946B1 (ko) 엔진의 밸런스 샤프트 모듈
WO2021235560A1 (ja) パワーユニット
CZ33140U1 (cs) Pístový spalovací motor s elektrickým generátorem
JP2010169045A (ja) 多気筒内燃機関におけるバランス装置
CN107869388B (zh) 发动机
JP2000249191A (ja) 往復動内燃機関におけるマスバランスおよび／またはモーメントバランスのための装置
CN110295995A (zh) 一种能够实现全平衡的结构及多缸组合的活塞式发动机
CN109630203A (zh) 一种八缸热气机对置式传动系统及其曲轴
JP7127889B2 (ja) パワーユニット
US3401579A (en) Engine balancer
CN113279852B (zh) 具有平衡机构的直列式活塞发动机、航空发动机和飞行器
JP2015224685A (ja) エンジンの振動抑制機構
JPS60146934A (ja) 水平対向形３気筒エンジン
JP2000130181A (ja) バランサ機構を備えた３気筒エンジン
JP3550156B2 (ja) パワープラントのバランサ装置
KR100391408B1 (ko) 3기통 엔진의 불평형 관성 우력 저감 구조
JP2014240690A (ja) ４サイクルのエンジン
GB2058223A (en) Balancing device for reciprocating machine
JPH0637917B2 (ja) 自動二輪車用多気筒型エンジン