RU2239076C1 - Crank-and-piston internal combustion engine - Google Patents
Crank-and-piston internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2239076C1 RU2239076C1 RU2003110289A RU2003110289A RU2239076C1 RU 2239076 C1 RU2239076 C1 RU 2239076C1 RU 2003110289 A RU2003110289 A RU 2003110289A RU 2003110289 A RU2003110289 A RU 2003110289A RU 2239076 C1 RU2239076 C1 RU 2239076C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- disk
- hole
- crank
- stroke
- crankshaft
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
Description
Изобретение относиться к области машиностроения, в частности к четырехтактным двигателям внутреннего сгорания как стационарных, так и мобильных энергетических установок.The invention relates to the field of engineering, in particular to four-stroke internal combustion engines of both stationary and mobile power plants.
Широко известен четырехтактный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), у которого топливо сгорает непосредственно в цилиндре. В результате сгорания образуются газообразные продукты, имеющие высокие давление и температуру. Давление данных газообразных продуктов сгорания воздействует на поршень, находящийся в цилиндре, и приводит его в прямолинейное движение, которое преобразуется во вращательное движение коленчатого вала двигателя посредством кривошипно-шатунного механизма (см. Политехнический словарь, издание третье. - М.: Советская энциклопедия, 1989, с.141-142).The four-stroke internal combustion engine (ICE) is widely known, in which the fuel burns directly in the cylinder. As a result of combustion, gaseous products are formed having high pressure and temperature. The pressure of these gaseous products of combustion acts on the piston located in the cylinder and causes it to move in a rectilinear motion, which is converted into rotational motion of the engine crankshaft by means of a crank mechanism (see Polytechnical Dictionary, third edition. - M.: Soviet Encyclopedia, 1989 , p. 141-142).
Данный двигатель имеет довольно низкую скорость протекания процессов, что связано с тем, что линейная скорость у центра вала невелика. Очевидно, чтобы осуществить полный цикл в четырехтактном двигателе, приходиться совершать два оборота, т.е. 720° поворота коленчатого вала, а это в свою очередь снижает агрегатную мощность двигателя.This engine has a fairly low rate of processes, due to the fact that the linear speed at the center of the shaft is low. Obviously, in order to complete a full cycle in a four-stroke engine, you have to make two turns, i.e. 720 ° crankshaft rotation, and this in turn reduces the aggregate power of the engine.
Известен также ДВС, у которого топливо также сгорает непосредственно в цилиндре. В результате сгорания образуются газообразные продукты, имеющие высокие давление и температуру. Давление данных газообразных продуктов сгорания воздействует на поршень, находящийся в цилиндре, но прямолинейное движение поршня преобразуется во вращательное движение вала двигателя с помощью внутренней части обода колеса (см. патент Великобритании №474674, МПК F 01 В 1/06, 01.11.1937).ICE is also known, in which the fuel also burns directly in the cylinder. As a result of combustion, gaseous products are formed having high pressure and temperature. The pressure of these gaseous products of combustion acts on the piston located in the cylinder, but the linear motion of the piston is converted into rotational motion of the engine shaft using the inside of the wheel rim (see UK patent No. 474674, IPC F 01 B 1/06, 11/01/1937).
Это позволило удалить точку приложения силы от центра вала на значительное расстояние и тем самым увеличить линейную скорость механизма, осуществляющего управление процессами, таким образом производить несколько полных циклов каждым рабочим цилиндром за один оборот вала, что в итоге несколько повысило КПД двигателя, но значительно усложнило конструкцию. Однако и у данного ДВС рабочий такт в процессе протекает медленно, поэтому большая часть внутренней энергии рабочего тела превращается в тепловую и переходит в охлаждающую жидкость, а известно, что отношение теплоты, превращенной в полезную работу, к теплоте, которая могла бы выделиться при сгорании топлива в двигателе, называется эффективным коэффициентом полезного действия (КПД), что является важной характеристикой двигателя.This made it possible to remove the point of application of force from the center of the shaft by a considerable distance and thereby increase the linear speed of the mechanism that controls the processes, thus producing several complete cycles with each working cylinder in one revolution of the shaft, which ultimately increased the engine efficiency slightly, but significantly complicated the design . However, for this ICE, the working cycle in the process proceeds slowly, so most of the internal energy of the working fluid turns into heat and passes into the coolant, and it is known that the ratio of heat converted into useful work to heat that could be released during fuel combustion in the engine, called the effective coefficient of performance (COP), which is an important characteristic of the engine.
Наиболее близким по конструкции аналогом к заявленному двигателю относится устройство, описанное в патенте Великобритании №348163, МПК F 16 Н 31/32, 07.05.1931), содержащее цилиндр с поршнем, передающим крутящий момент на вал посредством кривошипно-шатунного механизма, в отверстии нижней головки шатуна которого установлен составной из двух частей эксцентриковый диск со смещенным от его центром отверстием, охватывающим кривошип коленчатого вала и соединенный посредством штифта с телом нижней головки шатуна.The closest in design analogue to the claimed engine is the device described in UK patent No. 348163, IPC F 16 H 31/32, 05/07/1931) containing a cylinder with a piston that transmits torque to the shaft via a crank mechanism in the lower hole the connecting rod head of which an eccentric disk with a hole offset from its center, covering the crankshaft crank and connected by means of a pin to the body of the lower connecting rod head, is installed in two parts.
Однако и данный двигатель при работе не позволяет обеспечить высокий эффективный КПД, так как соединение эксцентрикового диска с головкой шатуна не позволяет уменьшить скорость движения поршня во время такта впуска относительно скорости такта рабочего хода, что не обеспечивает высокую полноту сгорания топлива.However, this engine also does not allow for high effective efficiency during operation, since the connection of the eccentric disk to the connecting rod head does not reduce the speed of the piston during the intake stroke relative to the stroke rate of the stroke, which does not provide a high degree of fuel combustion.
Задачей изобретения является повышение эффективного КПД четырехтактного ДВС при одновременном снижении шума при его работе.The objective of the invention is to increase the effective efficiency of a four-stroke internal combustion engine while reducing noise during its operation.
Указанный технический результат достигается за счет того, что кривошипно-поршневой двигатель внутреннего сгорания, содержит, по меньшей мере, один цилиндр, снабженный впускным и выпускным клапанами и размещенным внутри него поршнем, соединенным посредством шатуна, имеющего нижнюю головку, с кривошипом коленчатого вала, при этом в отверстии нижней головки шатуна размещен составной из двух частей эксцентриковый диск со смещенным относительно его центра отверстием, охватывающим кривошип коленчатого вала, причем диск установлен с возможностью вращения относительно кривошипа коленчатого вала и нижней головки шатуна, плоскость разъема диска расположена в горизонтальной или вертикальной плоскости сечения, проходящей через центр его отверстия, а диаметр диска расчитывают, используя равенство: D=2L+d+S-Sn, где D - диаметр диска; d - диаметр кривошипа коленчатого вала; L - наименьшее расстояние от наружного диаметра диска до края его отверстия; S - полный ход поршня при такте рабочий ход; Sn - короткий ход поршня при такте впуск. Расстояние L в зависимости от мощности двигателя выбирают равным от 3 до 4 мм, все другие указанные выше величины равенства также должны измеряться в миллиметрах. В диске симметрично его отверстию может быть выполнено дополнительное серповидное отверстие для облегчения диска и снижения инерционной силы.The specified technical result is achieved due to the fact that the crank-piston internal combustion engine contains at least one cylinder equipped with inlet and outlet valves and a piston placed inside it, connected by means of a connecting rod having a lower head with a crank of the crankshaft, with this in the hole of the lower head of the connecting rod is placed a two-part eccentric disk with a hole offset relative to its center, covering the crank of the crankshaft, and the disk is installed with possible rotation axis relative to the crank of the crankshaft and lower connecting rod head, the plane of the disk connector is located in the horizontal or vertical plane of the section passing through the center of its hole, and the diameter of the disk is calculated using the equation: D = 2L + d + S-Sn, where D is the diameter disk d is the diameter of the crank of the crankshaft; L is the smallest distance from the outer diameter of the disk to the edge of its hole; S - full piston stroke at the stroke of the stroke; Sn - short piston stroke at intake stroke. The distance L, depending on the engine power, is chosen equal to from 3 to 4 mm, all other equality values indicated above should also be measured in millimeters. An additional crescent hole can be made symmetrically to its hole in the disk to facilitate the disk and reduce inertial force.
Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 представлен общий вид ДВС, на фиг.2 изображен поэлементно эксцентриковый диск вокруг кривошипа коленчатого вала, на фиг.3 и 4 изображены промежуточные положения двигателя во время такта впуск, на фиг.5 - в момент окончания такта впуск и начала такта сжатия, на фиг.6 - промежуточное положение во время такта сжатия, на фиг.7 - в момент окончания такта сжатия и начала такта рабочий ход, на фиг.8 - промежуточное положение во время такта рабочий ход, на фиг.9 - в момент завершения такта рабочий ход, а на фиг.10 - во время такта выпуск.The invention is illustrated in graphic material, in which Fig. 1 shows a general view of the internal combustion engine, in Fig. 2, an eccentric disk around the crankshaft crank is shown elementwise, Figs. 3 and 4 show the intermediate positions of the engine during the intake stroke, Fig. 5 - at the moment the end of the intake stroke and the beginning of the compression stroke, in Fig.6 - the intermediate position during the compression stroke, in Fig.7 - at the end of the compression stroke and the start of the stroke, the stroke, in Fig.8 - the intermediate position during the stroke of the stroke, Fig.9 - at the time of completion of the clock working ho , And 10 - during the exhaust stroke.
Двигатель содержит кривошип 1 коленчатого вала, цилиндр 2, головку 3 цилиндра 2 с впускным клапаном 4 и выпускным клапаном 5, поршень 6, шатун 7, нижнюю головку 8 шатуна 7, разъемный эксцентриковый диск 9, выполненный в виде втулки, со смещенным от центра отверстием, причем в теле диска 9 симметрично его отверстию может быть выполнено дополнительное серповидное отверстие. Кривошип 1 коленчатого вала размещен в отверстии диска 9 с возможностью свободного вращения, а сам диск 9 расположен в отверстии нижней головки 8 шатуна 7 также с возможностью вращения. Диск 9 выполняют составным из двух частей, причем плоскость их разъема располагают в горизонтальной или вертикальной плоскости, а соединение и фиксацию частей относительно друг друга осуществляют, например, посредством штифтового соединения.The engine contains a crank 1 of the crankshaft, cylinder 2,
На чертежах также обозначены размеры: D - диаметр диска 9; d - диаметр кривошипа 1 коленчатого вала; L - наименьшее расстояние от наружного диаметра диска 9 до края его отверстия; S - полный ход поршня 6 при такте рабочий ход; Sn - короткий ход поршня 6 при такте впуск; Vn - рабочий объем цилиндра 2 при такте впуск; Vc - объем цилиндра 2 в конце такта сжатия, являющийся объемом камеры сгорания; Ve - объем цилиндра 2 в конце такта рабочий ход, являющийся эффективным объемом; О - ось коленчатого вала.The drawings also indicate the dimensions: D - diameter of the disk 9; d is the diameter of the crank 1 of the crankshaft; L is the smallest distance from the outer diameter of the disk 9 to the edge of its hole; S - full piston stroke 6 at the stroke of the stroke; Sn - short stroke of the piston 6 at the intake stroke; Vn is the working volume of cylinder 2 at the intake stroke; Vc is the volume of cylinder 2 at the end of the compression stroke, which is the volume of the combustion chamber; Ve is the volume of cylinder 2 at the end of the stroke; the stroke, which is the effective volume; About - an axis of a cranked shaft.
Уплотнительные кольца, каналы для охлаждения, подшипники, болты, штифты и т.п. элементы, в силу их широкой известности и не имеющие прямого отношения к существу изобретения выносных позиций не имеют.O-rings, cooling ducts, bearings, bolts, pins, etc. elements, due to their wide popularity and not directly related to the essence of the invention, do not have remote positions.
Диаметр диска 9 рассчитывается в зависимости от параметров двигателя для чего используется равенство: D=2L+d+S-Sn, где D - диаметр диска; d - диаметр кривошипа коленчатого вала; L - наименьшее расстояние от наружного диаметра диска до края его отверстия; S - полный ход поршня при такте рабочий ход; Sn - короткий ход поршня при такте впуск. Расстояние L в зависимости от мощности двигателя выбирают выполненным равным от 3 до 4 мм, все другие указанные выше величины равенства также измеряются в миллиметрах.The diameter of the disk 9 is calculated depending on the parameters of the engine for which equality is used: D = 2L + d + S-Sn, where D is the diameter of the disk; d is the diameter of the crank of the crankshaft; L is the smallest distance from the outer diameter of the disk to the edge of its hole; S - full piston stroke at the stroke of the stroke; Sn - short piston stroke at intake stroke. The distance L, depending on the engine power, is chosen to be made equal to from 3 to 4 mm, all other equality values indicated above are also measured in millimeters.
Работа предложенного четырехтактного ДВС осуществляется следующим образом.The work of the proposed four-stroke ICE is as follows.
Кривошипно-шатунный механизм ДВС раскручивают с помощью стартера (не показан), причем в исходном положении поршень 6 находится в верхней мертвой точке (ВМТ), кривошип 1 - в наименьшем удалении от цилиндра 2, а диск 9 - в положении, при котором центр его отверстия расположен в верхней его части.The ICE crank mechanism is untwisted using a starter (not shown), with the piston 6 in the initial dead center (TDC) in the initial position, the crank 1 at the least distance from cylinder 2, and the disk 9 in the position at which its center holes located in its upper part.
Первый такт впуск осуществляется следующим образом. Коленчатый вал поворачивается вокруг своей оси “О” и посредством кривошипа 1 поворачивает диск 9 внутри отверстия нижней головки шатуна 7 на 180°, перемещая последний, а вместе с ним и поршень 6 вниз на расстояние Sn (Фиг.3, 4, 5). В цилиндре 2 образуется объем Vn, который за счет разряжения заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан 4. Vn можно назвать рабочим объемом цилиндра 2.The first intake stroke is as follows. The crankshaft rotates around its axis “O” and through the crank 1 rotates the disk 9 inside the hole of the lower head of the connecting rod 7 by 180 °, moving the latter, and with it the piston 6 down to a distance Sn (Figs. 3, 4, 5). A volume Vn is formed in the cylinder 2, which due to the discharge is filled with a combustible mixture through the
Во втором такте сжатие впускной клапан 4 закрывается и коленчатый вал, поворачиваясь вокруг оси “О”, поворачивает диск 9 внутри отверстия головки 8 шатуна 7 на 180° и в то же время перемещает его вместе с поршнем 6 в исходное положение (ВМТ), образуя камеру сгорания Vc цилиндра 2 (фиг.5, 6, 7), в которой смесь сжимается, причем степень сжатия (ε) определяется отношением Vc+Vn/Vc (ε=Vc+Vn/Vc).In the second cycle, the compression of the
В третьем такте рабочий ход, начинающемся в конце такта сжатия, горючая смесь воспламеняется и быстро сгорает, в результате чего температура газов, а следовательно, и давление в камере сгорания Vc повышаются. Давление газов передается на поршень 6 и далее через шатун 7 на диск 9. В данном случае диск 9 остается в исходном положении и давит на кривошип 1, посредством которого поворачивает коленчатый вал на 180° (фиг.7, 8, 9). Так как в данном случае диск 9 не поворачивается в отверстии головки 8 шатуна 7, поршень 6 перемещается в цилиндре 2 на расстояние S, которое не менее чем в два раза больше расстояния Sn. Объем цилиндра 2, образующийся в конце этого такта, можно назвать эффективным объемом Ve, a отношение данного объема к рабочему объему (Ve/Vn) - степенью эффективности (Ve/Vn=S/Sn). Данная величина выбирается в зависимости от назначения двигателя.In the third cycle, the working stroke, beginning at the end of the compression cycle, the combustible mixture ignites and quickly burns, as a result of which the temperature of the gases, and therefore the pressure in the combustion chamber Vc, increase. The gas pressure is transmitted to the piston 6 and then through the connecting rod 7 to the disk 9. In this case, the disk 9 remains in its original position and presses on the crank 1, through which the crankshaft rotates 180 ° (Figs. 7, 8, 9). Since in this case, the disk 9 does not rotate in the hole of the head 8 of the connecting rod 7, the piston 6 moves in the cylinder 2 by a distance S, which is not less than two times the distance Sn. The volume of cylinder 2, formed at the end of this measure, can be called the effective volume Ve, and the ratio of this volume to the working volume (Ve / Vn) - the degree of efficiency (Ve / Vn = S / Sn). This value is selected depending on the purpose of the engine.
В последнем четвертом такте выпуск коленчатый вал, поворачиваясь вокруг своей оси “О”, посредством кривошипа 1 перемещает диск 9, а вместе с ним через шатун 7 поршень 6 в исходное положение (ВМТ), а отработавшие газы вытесняются под действием последнего через открытый выпускной клапан 5 в атмосферу (фиг.10, 3).In the last fourth cycle, the crankshaft, turning around its axis “O”, moves the disk 9 through the crank 1, and with it through the connecting rod 7 the piston 6 to its original position (TDC), and the exhaust gases are displaced by the latter through an open exhaust valve 5 into the atmosphere (Fig. 10, 3).
В конце такта рабочий ход давление в цилиндре 2 пониженное по сравнению с известными ДВС, вследствие чего на открытие выпускного клапана 5 не требуется большого усилия, поэтому нагрузка на распределительный вал уменьшается. Кроме того, уровень шума при выходе отработавших газов становится в несколько раз ниже, а это значит, что можно использовать менее мощный глушитель или не устанавливать его совсем, что приведет к увеличению мощности двигателя.At the end of the stroke, the working stroke of the pressure in the cylinder 2 is reduced in comparison with the known ICEs, as a result of which a lot of effort is not required to open the exhaust valve 5, so the load on the camshaft is reduced. In addition, the noise level at the exhaust gas outlet becomes several times lower, which means that you can use a less powerful muffler or not install it at all, which will lead to an increase in engine power.
Таким образом, разъемный эксцентриковый диск 9 является по своей сути редуктором, который позволяет уменьшить скорость движения поршня 6 во время такта впуск относительно скорости такта рабочий ход, что способствует более полному сгоранию топлива в цилиндре и повышению эффективного КПД двигателя.Thus, the detachable eccentric disk 9 is inherently a reducer, which allows to reduce the speed of the piston 6 during the intake stroke relative to the stroke speed of the stroke, which contributes to a more complete combustion of fuel in the cylinder and increase the effective engine efficiency.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110289A RU2239076C1 (en) | 2003-04-10 | 2003-04-10 | Crank-and-piston internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003110289A RU2239076C1 (en) | 2003-04-10 | 2003-04-10 | Crank-and-piston internal combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003110289A RU2003110289A (en) | 2004-10-10 |
RU2239076C1 true RU2239076C1 (en) | 2004-10-27 |
Family
ID=33537852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003110289A RU2239076C1 (en) | 2003-04-10 | 2003-04-10 | Crank-and-piston internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2239076C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597703C1 (en) * | 2015-09-01 | 2016-09-20 | Александр Алексеевич Семенов | Crank mechanism with offset crank neck |
-
2003
- 2003-04-10 RU RU2003110289A patent/RU2239076C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2597703C1 (en) * | 2015-09-01 | 2016-09-20 | Александр Алексеевич Семенов | Crank mechanism with offset crank neck |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101238194B1 (en) | Epitrochoidal Crankshaft Mechanism and Method | |
US5927236A (en) | Variable stroke mechanism for internal combustion engine | |
CA2490405C (en) | Split four stroke cycle internal combustion engine | |
CN105114170B (en) | high efficiency internal explosion engine | |
US6230671B1 (en) | Variable compression and asymmetrical stroke internal combustion engine | |
US3312206A (en) | Reciprocating engines | |
KR20040032970A (en) | An improved reciprocating internal combustion engine | |
EP2893166A1 (en) | Variable stroke mechanism for internal combustion engine | |
RU2239076C1 (en) | Crank-and-piston internal combustion engine | |
CN100434657C (en) | Four stroke top placed cam-type engine | |
US6279518B1 (en) | Rotary engine having a conical rotor | |
US9074527B2 (en) | Counterpoise engine | |
WO2006128332A1 (en) | Constant volume combustion ic engine | |
RU52936U1 (en) | CRANK-PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
RU2053391C1 (en) | Internal combustion engine with extended working stroke | |
Wardznski et al. | Variable R/L research engine-design and preliminary investigations | |
KR101858467B1 (en) | Engine | |
CN201027572Y (en) | Four-stroke overhead cam engine | |
US1390416A (en) | Gas-engine | |
RU2232279C2 (en) | Rotary internal combustion engine | |
US1450810A (en) | Internal-combustion engine | |
KR100667575B1 (en) | The improve method and the equipment for the efficiency of internal combustion engine | |
JPS6232331B2 (en) | ||
JP2000136728A (en) | Rotary piston engine | |
GB2227522A (en) | Opposed piston twin crankshaft I.C. engine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050411 |