RU2230207C2 - Аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания - Google Patents
Аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230207C2 RU2230207C2 RU2002119666/06A RU2002119666A RU2230207C2 RU 2230207 C2 RU2230207 C2 RU 2230207C2 RU 2002119666/06 A RU2002119666/06 A RU 2002119666/06A RU 2002119666 A RU2002119666 A RU 2002119666A RU 2230207 C2 RU2230207 C2 RU 2230207C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- eccentric
- crankshaft
- radius
- connecting rod
- small gear
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, в частности к моторостроению, и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Технический результат заключается в возможности создания нового поколения более мощных, экономичных и экологичных двигателей с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ), который позволит более эффективно использовать максимальную и последующие силы от давления газов, выделяемых при сгорании топлива. Аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания содержит коленчатый вал с шатунной шейкой, шатун и поршень, а также дополнительно содержит эксцентрик, малую и большую шестерни. Причем шатунная шейка коленчатого вала соединена с шатуном посредством эксцентрика, а эксцентрик снабжен малой шестерней, выполненной с ним заодно, и имеет с ней общую ось вращения. При этом эксцентрик с малой шестерней расположены на оси шатунной шейки коленчатого вала таким образом, что малая шестерня эксцентрика входит в постоянное зацепление с большой шестерней, неподвижно установленной в блоке двигателя. Большая шестерня имеет радиус вдвое больше, чем радиус малой шестерни, а радиус эксцентрика относится к радиусу коленчатого вала в соотношении 1:5. 4 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к моторостроению, и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания.
Из существующего уровня техники известен аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал с шатунной шейкой, шатун и поршень, шарнирно связанные друг с другом (Роговцев В.Л. Автомобили и тракторы. - М.: Транспорт, 1986, с.288, рис.273) - [1].
Основным недостатком указанного механизма является то, что он не может использовать для выполнения полезной работы максимальную силу от давления газов, поскольку в этот момент плечо для передачи этой силы равняется нулю, а последующее увеличение плеча сопровождается быстрым уменьшением силы. Это снижает крутящий момент и мощность двигателя, увеличивает износ деталей, предъявляет повышенные требования к прочности коленчатого вала, увеличивает расход топлива, ухудшает запуск, увеличивает токсичность выхлопных газов, что снижает эксплуатационные характеристики двигателя.
Известен сдвоенный кривошипно-шатунно-серьговый двигатель, содержащий корпус с цилиндром, двухсторонний поршень, коленчатые валы, синхронизирующие конические шестерни. В поршне выполнены пазы, в которых расположены валы, на шейках которых своими серединами установлены серьги, концами соединенные с шатунами; валы установлены на подшипниках с возможностью разворота на 40-45° в мертвых точках. В этом двигателе достигается увеличение плеча приложения силы в верхней мертвой точке (патент РФ №2178085, МПК-7 F 01 B 9/02, опубл. 10.01.2002) - [2].
Однако это сопровождается следующими недостатками.
- Конструкция насыщена большим количеством взаимосвязанных промежуточных рычагов, шатунов, шарнирных соединений и подшипников, снижающих надежность и долговечность механизма.
- Сложная конструкция и большой относительный вес поршня осложняют динамическую балансировку подвижных деталей.
- Сложность создания надежных уплотнений в системах смазки и охлаждения.
Все вышесказанное ограничивает использование данного двигателя в практике машиностроения.
Известен кривошипно-ползунный механизм, содержащий основные кривошипы с центральными выводными валами, соединительный вал с шестернями, фиксирующими относительное положение основных кривошипов, дополнительный четырехколенный вал, концевые шейки которого выполнены с возможностью передвижения по кругу при равенстве радиусов основного кривошипа и дополнительного четырехколенного вала. Оси плеч четырехколенного вала повернуты на 45° от вертикальной оси против часовой стрелки. Шатуны, сочлененные с поршнями, сочленены с плечами через шейки. Технический результат заключается в повышении эффективности работы двигателя за счет увеличения плеча приложения максимальной силы давления газов (патент РФ №2163680, МПК-7 F 02 B 75/32, опубл. 27.02.2001) - [3].
Недостатками данной конструкции являются:
- громоздкость,
- большое количество подвижных деталей,
- сложность практического уравновешивания трех коленчатых валов, вращающихся по сложной траектории движения.
Все это является препятствием для массового производства и практического использования двигателя.
Наиболее близким аналогом изобретения является двигатель по патенту Германии №3233314, МПК-7 F 02 B 75/32, опубл. 08.03.1984. - [4].
Задачей настоящего изобретения является создание такого кривошипно-шатунного механизма (КШМ) поршневого двигателя внутреннего сгорания, который позволяет более эффективно использовать максимальную и последующие силы от давления газов, выделяемых при сгорании топлива, что значительно улучшит эксплуатационные характеристики двигателя.
Это достигается тем, что аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал с шатунной шейкой, шатун и поршень, дополнительно содержит эксцентрик, а также малую и большую шестерни. Причем шатунная шейка коленчатого вала соединена с шатуном посредством эксцентрика, а эксцентрик снабжен малой шестерней, выполненной с ним заодно, и имеет с ней общую ось вращения. При этом эксцентрик с малой шестерней расположены на оси шатунной шейки коленчатого вала таким образом, что малая шестерня эксцентрика входит в постоянное зацепление с большой шестерней, неподвижно установленной в блоке двигателя. Большая шестерня имеет радиус вдвое больше, чем радиус малой шестерни, а радиус эксцентрика относится к радиусу коленчатого вала в соотношении 1:5. Введение эксцентрика в соединение шатунная шейка - шатун, а также его кинематическая связь посредством малой шестерни с неподвижно закрепленной к блоку двигателя большой шестерней позволяют шатуну вместе с поршнем совершить дополнительное поступательное движение к верхней мертвой точке (ВМТ) после прохождения шатунной шейкой коленчатого вала нулевого положения. Поворачивание коленчатого вала на определенный угол после нулевого положения к моменту достижения поршнем ВМТ позволяет увеличить плечо для приложения возникающей в это время максимальной силы от давления газов. Это значительно увеличит крутящий момент и мощность двигателя, улучшит приемистость, запуск, уменьшит нагрузку на все детали КШМ и, соответственно, их износ, снизит расход топлива и токсичность выхлопных газов, уменьшит отрицательное влияние на окружающую среду.
На фиг.1 показана кинематическая схема КШМ в момент начального положения шатунной шейки коленчатого вала.
На фиг.2 показана кинематическая схема КШМ в момент поворота шатунной шейки коленчатого вала на 20°.
На фиг.3 - графики движения поршня в заявляемом изобретении (график 1) и в аналоге [1] (график 2).
На фиг.4 - графики изменения плеча в заявляемом изобретении (график 1) и в аналоге [1] (график 2).
Кривошипно-шатунный механизм содержит коленчатый вал 1 с шатунной шейкой 2, шатун 3, соединенный с поршнем 4. Шатунная шейка 2 соединена с шатуном 3 посредством эксцентрика 5. Радиус (r’) эксцентрика 5 относится к радиусу (r) коленчатого вала 1 в соотношении 1:5. Эксцентрик 5 снабжен малой шестерней 6, выполнен с ней заодно и они расположены на оси шатунной шейки 2 коленчатого вала 1. Малая шестерня 6 входит в постоянное зацепление с большой шестерней 7, радиус которой вдвое больше, чем радиус малой шестерни 6. Большая шестерня 7 неподвижно установлена в блоке двигателя 8.
Кривошипно-шатунный механизм работает следующим образом.
В начальном положении шатунной шейки 2 коленчатого вала 1 эксцентрик 5 смещен по горизонтали в сторону вращения коленчатого вала, поэтому поршень 4 находится в положении, не достигшем верхней мертвой точки (фиг.1).
При вращении коленчатого вала 1 по часовой стрелке шатунная шейка 2 увлекает за собой находящиеся на своей оси эксцентрик 5 и малую шестерню 6. Поскольку шестерня 6 состоит в постоянном зацеплении с неподвижной большой шестерней 7, то она будет поворачиваться против часовой стрелки вокруг своей оси, а равно и оси шатунной шейки 2 вместе с эксцентриком 5. В свою очередь эксцентрик 5, поворачиваясь против часовой стрелки, продвигает шатун 3 и поршень 4 в направлении к ВМТ (фиг.2).
В соответствии с заданными относительными размерами большой шестерни 7 и малой шестерни 6 изменение угла поворота коленчатого вала 1 сопровождается изменением угла положения эксцентрика 5 в соотношении 1:2. Т.е. за один оборот коленчатого вала 1 эксцентрик 5 совершит два оборота.
Перемещение поршня при любом положении коленчатого вала можно определить по формуле
где Х - перемещение поршня (мм);
φ - угол поворота коленчатого вала (град.);
r - радиус кривошипа (мм);
r’ - радиус эксцентрика (мм);
λ - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна (0,3).
На фиг.3 (график 1) показано перемещение поршня в зависимости от угла поворота коленчатого вала, из которого следует, что поршень достигает ВМТ при 20° поворота коленчатого вала. Для сравнения приводится график 2 (аналог [1]), где поршень достигает ВМТ при нуле градусов поворота коленчатого вала.
На фиг.4 показаны графики изменения плеча (L) для приложения силы давления газов в зависимости от угла поворота коленчатого вала для заявляемого КШМ (график 1) и аналога [1] (график 2), сравнение которых позволяет определить относительное изменение плеча двух рассматриваемых механизмов. Графики построены по данным, полученным из формулы
L=rsin φ+r’cos 2φ,
где L - плечо (мм);
φ - угол поворота коленчатого вала (град.);
r - радиус кривошипа (мм);
r’ - радиус эксцентрика (мм).
Из указанных графиков следует, что в моменты:
- 10° до ВМТ, т.е. начало воспламенения смеси:
Lзаявл=14 мм,
Lаналога[1]=-8 мм;
- ВМТ, т.е. давление газов, близкое к максимуму:
Lзаявл=20 мм,
Lаналога[1]=0 мм;
- 10° после ВМТ, т.е. максимальное давление газов:
Lзaявл=24 мм,
Lаналога[1]=8 мм.
Соответственно, в такой же пропорции увеличится и крутящий момент двигателя, поскольку он прямо пропорционален плечу приложения силы.
Применение заявляемого КШМ в поршневых двигателях внутреннего сгорания позволяет улучшить следующие эксплуатационные показатели двигателя:
- увеличение мощности двигателя в 2-4 раза за счет увеличения крутящего момента,
- повышение приемистости и надежности запуска двигателя за счет согласованной работы элементов КШМ,
- значительное снижение расхода топлива за счет возможности более раннего воспламенения смеси,
- уменьшение износа деталей за счет уменьшения внутренней нагрузки на все детали КШМ,
- уменьшение токсичности выхлопных газов за счет уменьшения расхода топлива и более полного его сгорания, что позволит снизить отрицательное воздействие на окружающую среду.
Кроме того, конструктивная простота кривошипно-шатунного механизма обусловлена незначительными конструктивными изменениями, позволяет широко использовать его в массовом производстве поршневых двигателей внутреннего сгорания различного назначения без внесения изменений в технологию их изготовления.
Таким образом, заявляемый аксиальный кривошипно-шатунный механизм позволяет создать новое поколение более мощных, экономичных и экологичных поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Claims (1)
- Аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал с шатунной шейкой, шатун, поршень, эксцентрик, малую и большую шестерни, причем шатунная шейка коленчатого вала соединена с шатуном посредством эксцентрика, а эксцентрик снабжен малой шестерней, выполненной с ним заодно, и имеет с ней общую ось вращения, при этом эксцентрик с малой шестерней расположены на оси шатунной шейки коленчатого вала таким образом, что малая шестерня эксцентрика входит в постоянное зацепление с большой шестерней, неподвижно установленной в блоке двигателя и имеющей радиус вдвое больше, чем радиус малой шестерни, отличающийся тем, что радиус эксцентрика относится к радиусу коленчатого вала в соотношении 1:5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002119666/06A RU2230207C2 (ru) | 2002-07-19 | 2002-07-19 | Аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002119666/06A RU2230207C2 (ru) | 2002-07-19 | 2002-07-19 | Аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002119666A RU2002119666A (ru) | 2004-01-27 |
RU2230207C2 true RU2230207C2 (ru) | 2004-06-10 |
Family
ID=32845862
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002119666/06A RU2230207C2 (ru) | 2002-07-19 | 2002-07-19 | Аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2230207C2 (ru) |
-
2002
- 2002-07-19 RU RU2002119666/06A patent/RU2230207C2/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2002119666A (ru) | 2004-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5992356A (en) | Opposed piston combustion engine | |
US6526935B2 (en) | Cardioid cycle internal combustion engine | |
US4301695A (en) | Reciprocating piston machine | |
RU2580191C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
JP2011017329A (ja) | 遊星歯車複偏心盤を用いた2気筒1クランクピン型多気筒サイクロイド往復動機関 | |
US10590768B2 (en) | Engine crank and connecting rod mechanism | |
RU2230207C2 (ru) | Аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания | |
RU2742155C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия | |
RU2287071C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
RU2441995C2 (ru) | Бесшатунный планетарно-кривошипный преобразователь вращения для двигателей | |
KR970004671B1 (ko) | 올덤 구동 엔진 | |
SU118471A1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания с бесшатунныммеханизмом | |
US3853014A (en) | Improvement in the transmission mechanism of an oscillating engine | |
RU203414U1 (ru) | Планетарный кривошипно-шатунный механизм с зубчатыми колесами внутреннего зацепления | |
RU2704510C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
SU1705599A1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорани | |
RU1790689C (ru) | Двигатель внутреннего сгорани | |
RU2348845C1 (ru) | Бесшатунный механизм для поршневой машины | |
RU2270U1 (ru) | Бесшатунный механизм для двигателя внутреннего сгорания | |
RU2163680C2 (ru) | Кривошипно-ползунный механизм | |
WO2008098328A1 (en) | Rotary radial orbital motor | |
RU2178826C1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
RU2033543C1 (ru) | Поршневой двигатель | |
AU693714B2 (en) | Opposed piston combustion engine | |
WO2002016742A3 (fr) | Moteur a combustion interne a mecanisme sans bielles |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060720 |