RU2117790C1

RU2117790C1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: RU2117790C1
Application number: RU96114670/06A
Authority: RU
Inventors: А.И. Костин; А.О. Миллер; В.П. Штагер; М.В. Расов; ков М.В. Дь; М.В. Дьяков
Original assignee: Костин Анатолий Иванович
Priority date: 1996-07-16
Filing date: 1996-07-16
Publication date: 1998-08-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engine with axial power unit. SUBSTANCE: axial power unit of engine with two-row parallel arrangement of paired cylinders has one crankshaft with rigid connection of each pair of rods with pistons on one slider. Axis of cranks is displaced relative to axis of cylinder towards axis of paired cylinder through (0.48-0.52) A where A is cylinder-to-cylinder distance. To decrease cross size of engine, connecting shaft is arranged at side wall of housing in zone directly adjoining the slider guides, and gravity center of balancer is displaced from axis of rod journal through (0.03-0.15) L where L is length of balancer. EFFECT: increased efficiency, reduced overall dimensions, simplified design. 2 cl, 2 dwg

Description

Область техники: поршневые машины, в частности двигатели внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное рабочего вала, преимущественно с двухрядным параллельным расположением цилиндров. Field of technology: piston machines, in particular internal combustion engines with a rodless mechanism for converting reciprocating motion of pistons into rotational working shaft, mainly with double-row parallel arrangement of cylinders.

Уровень техники: известен двигатель внутреннего сгорания с бесшатунным механизмом и крестообразным расположением цилиндров (см. авт.свид. СССР N118471, М. кл. F 01 B 9/02), содержащий корпус, два кривошипа, штоки, соединенные с поршнями и коленчатым валом, соединительный вал, синхронизирующий вращение кривошипов. BACKGROUND OF THE INVENTION An internal combustion engine with a rodless mechanism and a cruciform arrangement of cylinders is known (see autosweet USSR N118471, M. cl. F 01 B 9/02), comprising a housing, two cranks, rods connected to pistons and a crankshaft connecting shaft, synchronizing the rotation of the cranks.

Недостатком этого двигателя являются большие размеры поперечного сечения, сложность коммуникаций и обслуживания из-за крестообразного расположения цилиндров, а также неудовлетворительная экономичность, присущая рабочему процессу с принудительным зажиганием рабочей смеси. Достоинством его является высокий механический КПД. The disadvantage of this engine is the large size of the cross section, the complexity of communications and maintenance due to the cross-shaped arrangement of the cylinders, as well as the poor efficiency inherent in the working process with forced ignition of the working mixture. Its advantage is high mechanical efficiency.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является двигатель внутреннего сгорания (см. патент России N2008478 C 1, F 02 B 75/32) с двухрядным параллельным расположением в корпусе цилиндров и бесшатунным механизмом преобразования движения, содержащим два коленчатых вала, установленных в соответствующих кривошипах, поршни, штоки, ползуны, соединительный вал с шестернями для синхронизации движения кривошипов и балансиры, движущиеся в плоскости осей кривошипов, причем кривошипы совместно работающих цилиндров развернуты друг относительно друга на угол, обеспечивающий смещение по фазе в движении поршней совместно работающих цилиндров. The closest in technical essence to the claimed one is an internal combustion engine (see Russian patent N2008478 C 1, F 02 B 75/32) with a two-row parallel arrangement in the cylinder body and a rodless motion conversion mechanism containing two crankshafts mounted in the corresponding cranks, pistons, rods, sliders, a connecting shaft with gears for synchronizing the movement of cranks and balancers moving in the plane of the axes of the cranks, and the cranks of the working cylinders are deployed relative to each other but other at an angle that provides a phase shift in the movement together of pistons working cylinders.

К недостаткам двигателя следует отнести повышенные механические потери, увеличенные габариты поперечного сечения корпуса двигателя, а также сложность сборки и разборки. The disadvantages of the engine include increased mechanical losses, increased dimensions of the cross section of the engine housing, as well as the complexity of assembly and disassembly.

Первый недостаток связан с наличием большого количества трущихся пар силового механизма и неравномерной нагруженностью силовых механизмом спаренных цилиндров, связанной со сдвигом по фазе в движении поршней. Второй недостаток связан с выходом балансиров за внешнюю боковую стенку цилиндров, дополнительно увеличенным и смещением центров тяжестей балансиров в те же сторону. Кроме того, расположение маховика на одном из кривошипов, со смещением от центра корпуса, также увеличивает размеры корпуса по ширине. Увеличение высоты корпуса двигателя связано с размещением соединительного вала в нижней части двигателя (ниже направляющих балансира). The first drawback is associated with the presence of a large number of rubbing pairs of the power mechanism and the uneven loading of the twin cylinders by the power mechanism associated with a phase shift in the movement of the pistons. The second drawback is associated with the release of the balancers beyond the outer side wall of the cylinders, further increased and the shift of the centers of gravity of the balancers in the same direction. In addition, the location of the flywheel on one of the cranks, offset from the center of the body, also increases the size of the body in width. The increase in the height of the engine housing is associated with the placement of the connecting shaft in the lower part of the engine (below the guides of the balancer).

Сложность сборки и разборки связана с малым расстоянием между балансирами соседних рядов цилиндров и их расположением в трудно доступном месте. The complexity of assembly and disassembly is associated with the small distance between the balancers of adjacent rows of cylinders and their location in a hard-to-reach place.

Достоинством двигателя являются высокая экономичность, связанная с использованием оптимальных параметров рабочего процесса, меньшие габариты и удельная масса в сравнении с аналогичными двигателями с кривошипно-шатунным механизмом. The advantage of the engine is its high efficiency associated with the use of optimal parameters of the working process, smaller dimensions and specific gravity in comparison with similar engines with a crank mechanism.

Цель изобретения - устранение отмеченных недостатков, то есть повышение механического КПД, уменьшение габаритов и упрощение конструкции двигателя. The purpose of the invention is the elimination of these drawbacks, that is, increasing the mechanical efficiency, reducing the size and simplifying the design of the engine.

Указанная цель достигается тем, что в двигателе, содержащем корпус, по меньшей мере два цилиндра, надпоршневые пространства которых соединены перепускным каналом, свечу зажигания в одном из цилиндров, бесшатунный механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршней во вращательное движение рабочего вала с кривошипами и установленным в них концевыми шейками коленчатым валом, соединительным валом, синхронизирующим посредством шестерен взаимное положение кривошипов, поршнями, штоками, ползунами и балансиром, согласно изобретению коленчатый вал выполнен общим для спаренных цилиндров с жестким соединением каждой пары штоков с поршнями на одном ползуне, ось кривошипов смещена с оси цилиндра в сторону другого цилиндра на величину (0,48. . .0,52)А, где А - расстояние между осями цилиндров, а соединительный вал размещен у боковой стенки корпуса в зоне, непосредственно примыкающей к направляющим ползунов, соединенных с поршнями. Смещение центра тяжести балансира на величину (0,03...0,15)L, где L - длина балансира, с оси штоковой шейки выбрано с учетом положения соединительного вала для получения минимально возможной ширины корпуса. This goal is achieved by the fact that in the engine containing the housing, at least two cylinders, the over-piston spaces of which are connected by the bypass channel, a spark plug in one of the cylinders, a rodless mechanism for converting the reciprocating motion of the pistons into rotational motion of the working shaft with cranks and mounted in them end necks crankshaft, connecting shaft, synchronizing by means of gears the relative position of the cranks, pistons, rods, sliders and balancer, according to For cranking, the crankshaft is made common for paired cylinders with a rigid connection of each pair of rods with pistons on one slider, the axis of the cranks is shifted from the cylinder axis to the side of the other cylinder by the amount of (0.48. .0.52) A, where A is the distance between the axes of the cylinders, and the connecting shaft is located at the side wall of the housing in the area immediately adjacent to the guides of the sliders connected to the pistons. The shift of the center of gravity of the balancer by the amount of (0.03 ... 0.15) L, where L is the length of the balancer, from the axis of the rod neck is selected taking into account the position of the connecting shaft to obtain the minimum possible width of the housing.

Эффект снижения механических потерь связан с уменьшением количества пар трения и оптимальным характером их нагружения, учитывающим особенности осуществления рабочего процесса в совместно работающих цилиндрах при синхронном движении в них поршней. Уменьшение габаритов и упрощение конструкции связано с использованием схемы бесшатунного механизма с одним коленчатым валом, особенностью взаимного расположения осей кривошипа и соединительного вала, а также с уменьшением величины смещения центра тяжести балансира с оси штоковой шейки. The effect of reducing mechanical losses is associated with a decrease in the number of friction pairs and the optimal nature of their loading, taking into account the peculiarities of the working process in jointly working cylinders with the synchronous movement of pistons in them. The reduction in size and simplification of the design is associated with the use of a scheme of a rodless mechanism with one crankshaft, a feature of the relative position of the axes of the crank and the connecting shaft, as well as a decrease in the displacement of the center of gravity of the balancer from the axis of the rod neck.

На фиг.1 изображен поперечный разрез четырехцилиндрового двигателя внутреннего сгорания предлагаемой конструкции; на фиг.2 - разрез А - А на фиг. 1. Figure 1 shows a cross section of a four-cylinder internal combustion engine of the proposed design; figure 2 - section a - a in fig. one.

Двигатель содержит две пары цилиндров, расположенных вертикально двумя рядами 1 и 2 вдоль продольной оси корпуса. Два цилиндра, оси которых расположены в плоскости, перпендикулярной продольной оси корпуса, имеют камеры сгорания различного объема, соединенные перепускным каналом 3. Свеча зажигания 4 расположена в одной из камер сгорания. В корпусе расположен бесшатунный механизм преобразования движения, содержащий четыре поршня 5, четыре штока 6, два ползуна 7, коленчатый вал 8 с цапфами, коленами и щеками, балансир 9, кривошипы 10 и 11, шестерни 12 - 15 для синхронизации вращения кривошипов с помощью соединительного вала 16. На кривошипах 10 и 11 смонтированы противовесы 17. Балансир 9 снабжен горизонтально расположенными направляющими 18. Ползуны 7 снабжены вертикально расположенными направляющими 19. Каждый ползун 7 жестко соединен с двумя штоками 6. Ось кривошипов 10 и 11 смещена с оси цилиндра 1 в сторону оси 2 на величину (0,48 - 0,52)А, где А - межцилиндровое расстояние. Величина смещения обеспечивает минимальные потери трения ползунов 7 на направляющих 19, так как дополнительно учитывает перепад давлений в цилиндрах в процессе сгорания. Соединительный вал 16 установлен у боковой стенки корпуса в непосредственной близости от направляющей 19. Центр тяжести балансира 9 смещен с оси штоковой шейки коленчатого вала 8 в сторону противоположной боковой стенки корпуса. The engine contains two pairs of cylinders vertically arranged in two rows 1 and 2 along the longitudinal axis of the housing. Two cylinders, the axes of which are located in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the housing, have combustion chambers of various volumes connected by a bypass channel 3. The spark plug 4 is located in one of the combustion chambers. In the case there is a rod-free movement conversion mechanism containing four pistons 5, four rods 6, two slide 7, a crankshaft 8 with pins, elbows and cheeks, a balancer 9, cranks 10 and 11, gears 12 - 15 for synchronizing the rotation of cranks using a connecting the shaft 16. On the cranks 10 and 11 mounted counterweights 17. The balance 9 is equipped with horizontally arranged guides 18. The sliders 7 are equipped with vertically arranged guides 19. Each slider 7 is rigidly connected to two rods 6. The axis of the cranks 10 and 11 is offset from the axis of qi cylinder 1 in the direction of axis 2 by the amount of (0.48 - 0.52) A, where A is the cylinder distance. The magnitude of the displacement provides minimal friction loss of the sliders 7 on the guides 19, since it additionally takes into account the pressure drop in the cylinders during the combustion process. The connecting shaft 16 is installed near the side wall of the housing in the immediate vicinity of the guide 19. The center of gravity of the balancer 9 is offset from the axis of the rod neck of the crankshaft 8 towards the opposite side wall of the housing.

В двигателе с совместно работающими цилиндрами могут быть реализованы различные способы организации рабочего процесса. Двигатель по одному из возможных способов работает следующим образом. In an engine with jointly working cylinders, various methods of organizing a work process can be implemented. The engine in one of the possible ways works as follows.

Рабочий процесс осуществляется в каждой паре цилиндров. В цилиндр 1 со свечой зажигания 4 подается от карбюратора (не показан) смесь в пределах устойчивого искрового зажигания. В цилиндр 2, с меньшим объемом камеры сжатия, подается смесь в пределах от обогащенного состава до чистого воздуха (переменного в зависимости от нагрузки). При синхронном движении поршней в цилиндрах 1 и 2 в процессе сжатия часть заряда цилиндра 2 перетекает через канал 3 в цилиндр 1 из-за разности объемов камер сжатия. Заряд цилиндра 1 после его воспламенения от свечи 4 интенсивно турбулизуется перетекающим зарядом, что обеспечивает быстрое и совершенное сгорание топлива в цилиндре 1. С развитием сгорания пламя в виде факела выбрасывается через канал 3 в камеру сгорания цилиндра 2. В результате обеспечиваются условия бездетонационной работы двигателя при высокой степени сжатия на низкооктановом топливе, а также обеднения смеси на режимах частичных нагрузок до коэффициента избытка воздуха α = 2,5. Для обеспечения минимальных потерь трения ползунов 7 на направляющих 19 ось кривошипов смещена с оси цилиндра 1 в сторону оси другого цилиндра на величину (0,58 - 0,62)А, где А - расстояние между осями цилиндров. Это смещение учитывает и возникающий перепад давлений между цилиндрами в процессе сгорания, составляющий не более 0,02 - 0,03 МПа. Процесс расширения газов осуществляется в обоих цилиндрах. Давление газов через поршни 5, штоки 6 и ползуны 7 передает усилие на штоковые шейки коленчатого вала 8 и далее на кривошипы 10 и 11, заставляя их вращаться. Часть мощности с переднего кривошипа 10 передается на кривошип 11 через шестерни 12 - 15 и соединительный вал 16, одновременно синхронизирующий взаимное положение кривошипов. Боковые усилия с поршней перенесены с поршней на ползуны 7 и балансир 9, работающие по направляющим 18 и 19 в условиях жидкостного трения. Массы балансира 9 и противовесов 17 выбраны таким образом, что полностью уравновешены силы инерции поступательно и вращательно движущихся масс силового механизма. А симметричное расположение пар совместно работающих цилиндров относительно балансира исключает появление неуравновешенного момента. The workflow is carried out in each pair of cylinders. In the cylinder 1 with the spark plug 4, a mixture is supplied from a carburetor (not shown) within a stable spark ignition. In the cylinder 2, with a smaller volume of the compression chamber, the mixture is supplied ranging from the enriched composition to clean air (variable depending on the load). With the synchronous movement of the pistons in cylinders 1 and 2 during compression, part of the charge of cylinder 2 flows through channel 3 into cylinder 1 due to the difference in the volumes of the compression chambers. The charge of cylinder 1 after its ignition from candle 4 is intensively turbulized by the flowing charge, which ensures fast and perfect combustion of fuel in cylinder 1. With the development of combustion, a flame in the form of a torch is ejected through channel 3 into the combustion chamber of cylinder 2. As a result, the conditions of detonation-free operation of the engine are ensured when high compression ratio on low-octane fuel, as well as depletion of the mixture under partial load conditions to an excess air coefficient α = 2.5. To ensure minimal friction loss of the sliders 7 on the guides 19, the axis of the cranks is shifted from the axis of the cylinder 1 to the axis of the other cylinder by (0.58 - 0.62) A, where A is the distance between the axes of the cylinders. This displacement also takes into account the resulting pressure drop between the cylinders during the combustion process, which is no more than 0.02 - 0.03 MPa. The gas expansion process is carried out in both cylinders. The gas pressure through the pistons 5, rods 6 and sliders 7 transfers the force to the rod necks of the crankshaft 8 and then to the cranks 10 and 11, forcing them to rotate. Part of the power from the front crank 10 is transmitted to the crank 11 through the gears 12 - 15 and the connecting shaft 16, simultaneously synchronizing the relative position of the cranks. Lateral forces from the pistons are transferred from the pistons to the sliders 7 and the balancer 9, operating along the guides 18 and 19 in the conditions of liquid friction. The masses of the balancer 9 and the balances 17 are selected in such a way that the inertia forces of the translationally and rotationally moving masses of the power mechanism are fully balanced. A symmetrical arrangement of pairs of working cylinders relative to the balancer eliminates the appearance of an unbalanced moment.

Использование схемы с одним коленчатым валом уменьшает число трущихся пар и при синхронном движении поршней позволяет повысить механический КПД на 7% в сравнении с прототипом, а новая совокупность взаимного положения оси кривошипов, соединительного вала и уменьшение смещения центра тяжести балансира с оси штоковой шейки уменьшает предельные поперечные размеры корпуса двигателя на 20%. Дополнительное преимущество заявляемого двигателя - упрощение сборки и разборки бесшатунного силового механизма. Using a scheme with one crankshaft reduces the number of rubbing pairs and with synchronous movement of the pistons allows to increase mechanical efficiency by 7% compared with the prototype, and a new set of relative positions of the axis of the cranks, the connecting shaft and a decrease in the displacement of the center of gravity of the balancer from the axis of the rod neck reduces the transverse dimensions of the engine housing by 20%. An additional advantage of the claimed engine is the simplification of the assembly and disassembly of the rodless power mechanism.

Claims

1. An internal combustion engine with a two-row parallel arrangement in the case of paired cylinders, the piston chambers of which are connected by a bypass channel, a spark plug in one of the chambers, a rodless mechanism for converting reciprocating pistons into rotational motion of the working shaft with cranks and crank ends installed in them a shaft, a connecting shaft synchronizing by means of gears the relative position of the cranks, pistons, rods, sliders and a balancer, distinguishing the fact that, in order to reduce mechanical losses and reduce the size of the engine, the crankshaft is made common for twin cylinders with a rigid connection of each pair of rods with pistons on one slider, the axis of the cranks is shifted from the cylinder axis to the axis of the twin cylinder by the value (0, 48 - 0.52) A, where A is the distance between the axes of the cylinders, and the connected shaft is located at the side wall of the housing in the area directly adjacent to the slide rails.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the center of gravity of the balancer is offset from the axis of the rod neck by the amount of (0.03 - 0.15) L, where L is the length of the balancer.