RU2519128C1 - Supercharged internal combustion engine - Google Patents
Supercharged internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2519128C1 RU2519128C1 RU2013102949/06A RU2013102949A RU2519128C1 RU 2519128 C1 RU2519128 C1 RU 2519128C1 RU 2013102949/06 A RU2013102949/06 A RU 2013102949/06A RU 2013102949 A RU2013102949 A RU 2013102949A RU 2519128 C1 RU2519128 C1 RU 2519128C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- piston
- engine
- pair
- diameter
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к отрасли машиностроения, точнее к поршневым двигателям внутреннего сгорания, и предназначено для тепловозов, путевых машин, автомобилей, тракторов, электростанций и других энергетических установок карбюраторных, эжекторных, дизельных.The invention relates to the field of mechanical engineering, more specifically to reciprocating internal combustion engines, and is intended for diesel locomotives, track machines, automobiles, tractors, power plants and other power plants of carburetor, ejector, diesel.
Известен традиционный двигатель внутреннего сгорания, содержащий головку блока с размещенным в ней механизмом газораспределения; поршневой цилиндр с поршнем, который кинематически связан одним шатуном с шатунной шейкой одного коленчатого вала [1, С.14, рис.1.1]. Достоинством двигателя является наибольшая простота его конструкции и приемлемая эффективность при его изготовлении и эксплуатации. Традиционный двигатель имеет следующие недостатки.A conventional internal combustion engine is known, comprising a block head with a gas distribution mechanism located therein; a piston cylinder with a piston that is kinematically connected by one connecting rod to the connecting rod neck of one crankshaft [1, С.14, Fig.1.1]. The advantage of the engine is the greatest simplicity of its design and acceptable efficiency in its manufacture and operation. A traditional engine has the following disadvantages.
1. При работе двигателя формируется боковое давление поршня на зеркало цилиндра, вызывающее его неравномерный износ и потери механической энергии на преодоление сил трения, что снижает ресурс двигателя, его механический КПД, исключает форсирование двигателя по скорости вращения коленчатого вала [2].1. When the engine is running, lateral pressure of the piston is formed on the cylinder mirror, causing its uneven wear and loss of mechanical energy to overcome friction forces, which reduces the engine resource, its mechanical efficiency, eliminates engine forcing by the crankshaft rotation speed [2].
2. Двигатель подвержен вибрации, периодически возникающей вследствие воздействия вертикальных и горизонтальных сил от вращения кривошипов коленчатого вала [3].2. The engine is subject to vibration periodically resulting from the action of vertical and horizontal forces from rotation of the crankshaft crankshaft [3].
Известен поршневой двигатель без бокового давления поршня на зеркало цилиндра, который имеет лучшую уравновешенность кривошипно-шатунного механизма [4]. Двигатель содержит однорядный блок цилиндров; пару параллельно установленных в картере коленчатых валов, синхронизированных соответствующей парой шестерен и пару шатунов на каждый поршень. Двигатель снабжен турбонаддувом, турбина которого может иметь несколько ступеней и быть связана передачей с одним из коленчатых валов для передачи избыточной нагрузки на маховик. При турбонаддуве энергия отработавших газов используется для вращения турбины, которая вращает центробежный компрессор, обеспечивающий подачу воздуха в двигатель. Увеличенная масса воздуха, поступающая под избыточным давлением в двигатель из компрессора, повышает удельную мощность двигателя, снижает расход топлива и позволяет получить высокий индикаторный КПД двигателя. Преимущества турбонаддува столь велики, что в настоящее время турбокомпрессор является основным, наиболее распространенным агрегатом наддува в двигателях внутреннего сгорания [5, С.71, 104]. Турбонаддув имеет следующие недостатки.Known piston engine without lateral pressure of the piston on the mirror of the cylinder, which has the best balance of the crank mechanism [4]. The engine contains a single-row cylinder block; a pair of crankshafts parallel to the crankcase, synchronized with a corresponding pair of gears and a pair of connecting rods for each piston. The engine is equipped with a turbocharger, the turbine of which can have several stages and be connected by transmission with one of the crankshafts to transfer excess load to the flywheel. In turbocharging, the energy of the exhaust gases is used to rotate the turbine, which rotates a centrifugal compressor that provides air to the engine. The increased mass of air entering the engine from the compressor under excessive pressure increases the specific power of the engine, reduces fuel consumption and allows to obtain a high indicator engine efficiency. The advantages of turbocharging are so great that at present the turbocharger is the main, most common unit of pressurization in internal combustion engines [5, P.71, 104]. Turbocharging has the following disadvantages.
1. При изменении работы двигателя наблюдается значительное отставание разгона турбокомпрессора вследствие его инерции от разгона коленчатого вала, что приводит к возрастанию дымности выхлопа и резкой потери приемистости двигателя [2, C.106].1. When the engine is changing, there is a significant lag in the acceleration of the turbocharger due to its inertia from the acceleration of the crankshaft, which leads to an increase in exhaust smoke and a sharp loss in engine throttle response [2, C.106].
2. Применение турбокомпрессора в двигателе с малым рабочим объемом имеет ряд трудностей, связанных с необходимостью получения таких же давлений, как и в двигателе большой мощности, но при малом расходе воздуха. Поэтому используются колеса малого диаметра, при высокой частоте вращения, доходящей до 240000 об/мин. Для изготовления и балансировки такой конструкции требуются специальные материалы, подшипники, высокоточное оборудование [6, C.173], что значительно усложняет и удорожает массовое производство транспортных двигателей.2. The use of a turbocompressor in an engine with a small displacement has a number of difficulties associated with the need to obtain the same pressures as in a high-power engine, but with a low air flow rate. Therefore, small diameter wheels are used, with a high speed of up to 240,000 rpm. For the manufacture and balancing of this design, special materials, bearings, and high-precision equipment are required [6, C.173], which greatly complicates and increases the cost of mass production of transport engines.
Известен двигатель внутреннего сгорания с наддувом, который снабжен центробежным компрессором с приводом от коленчатого вала двигателя с применением повышающей шестеренчатой передачи [7, С.260, 8]. Центробежный компрессор работает при высокой окружной скорости, чтобы обеспечить требуемый уровень повышения давления. Ротор такого компрессора вращается с частотой (15000 … 200000) об/мин. К преимуществам центробежного компрессора относятся: низкая масса и малые габариты, отсутствие отставания в снабжении двигателя воздухом при его частичных нагрузках, предельная компактность вследствие его высокой быстроходности. Однако ненадежность привода и повышенная шумность агрегата при работе снижают его достоинства [1, С.407]. Приводные центробежные компрессоры используются для наддува четырехтактных двигателей. В двухтактных двигателях наибольшее распространение имеют объемные нагнетатели типа Рут. Центробежные газодувки имеют худшие показатели в транспортных установках, работающих при сильно меняющейся скорости вращения коленчатого вала по сравнению с объемными роторно-шестеренчатыми нагнетателями. Такие газодувки небольших размеров имеют низкие экономические показатели, а для повышения скорости вращения требуется громоздкий повышающий редуктор [9, С.67]. Необходимо отметить, что при удачной конструкции центробежного нагнетателя он обеспечивает хорошее протекание рабочего процесса транспортного двигателя, но преимущество все же остается за объемным роторно-шестеренчатым нагнетателем [10, С.536].Known internal combustion engine with supercharging, which is equipped with a centrifugal compressor driven by the crankshaft of the engine using a boost gear transmission [7, C.260, 8]. The centrifugal compressor operates at high peripheral speed to provide the required level of pressure increase. The rotor of such a compressor rotates at a frequency of (15000 ... 200000) rpm. The advantages of a centrifugal compressor include: low weight and small dimensions, no lag in the supply of air to the engine at its partial loads, extreme compactness due to its high speed. However, the unreliability of the drive and the increased noise of the unit during operation reduce its advantages [1, P.407]. Drive centrifugal compressors are used to boost four-stroke engines. In two-stroke engines, the most common are Ruth type superchargers. Centrifugal gas blowers have the worst performance in transport installations operating at a very variable speed of rotation of the crankshaft compared to volumetric rotary gear superchargers. Such small-sized blowers have low economic indicators, and to increase the speed of rotation, a bulky step-up gearbox is required [9, P.67]. It should be noted that with the successful design of the centrifugal supercharger it provides a good flow of the working process of the transport engine, but the advantage still remains with the volumetric rotary gear supercharger [10, P.536].
Известен двигатель внутреннего сгорания, который снабжен роторно-шестеренчатым нагнетателем [11, С.51]. Двигатель с таким нагнетателем обеспечивает вращение ротора нагнетателя воздуха строго пропорционально скорости вращения коленчатого вала, что практически исключает отставание в снабжении воздухом двигателя при интенсивных разгонах и возрастании нагрузки. Благодаря механическому приводу нагнетателя от коленчатого вала исключается контакт деталей нагнетателя с выпускными газами с высокой температурой, что имеет место при турбонаддуве. Детали нагнетателя не нагреваются, поэтому проблемы смазки и охлаждения отсутствуют. Такие нагнетатели отличаются высокой надежностью, долговечностью и несложностью в изготовлении при массовом производстве. Объемные роторно-шестеренчатые с механическим приводом от коленчатого вала предпочтительны для наддува бензиновых автомобильных двигателей, благодаря высоким показателям ускорения, которое они обеспечивают двигателю и автомобилю [5, С.94]. Известный двигатель с объемным нагнетателем имеет следующие недостатки.A known internal combustion engine, which is equipped with a rotary gear supercharger [11, C.51]. An engine with such a supercharger provides rotation of the rotor of the supercharger of air in strict proportion to the speed of rotation of the crankshaft, which virtually eliminates the lag in the supply of air to the engine during intensive acceleration and increasing load. Thanks to the mechanical drive of the supercharger from the crankshaft, the contact of the supercharger parts with the exhaust gases with a high temperature is excluded, which occurs during turbocharging. The supercharger parts do not heat up, so there are no lubrication or cooling problems. Such superchargers are characterized by high reliability, durability and ease of manufacture in mass production. Volumetric rotary-gear with a mechanical drive from the crankshaft are preferred for boosting gasoline automobile engines, due to the high acceleration rates that they provide to the engine and the car [5, P.94]. The known engine with a positive displacement has the following disadvantages.
1. Геометрические размеры нагнетателя с механическим приводом назначаются без учета геометрических размеров конструкции двигателя, что исключает размещение нагнетателя в габаритах двигателя без наддува. Такой нагнетатель выполняется в виде отдельного двигателя самостоятельного конструктивного узла и присоединяется к двигателю с применением индивидуального крепежа, что увеличивает массогабаритные характеристики силовой установки.1. The geometric dimensions of the supercharger with a mechanical drive are assigned without taking into account the geometric dimensions of the engine design, which excludes the placement of the supercharger in the dimensions of the engine without pressurization. Such a supercharger is made in the form of a separate engine of an independent structural unit and is connected to the engine using individual fasteners, which increases the overall dimensions of the power plant.
2. Размещение на двигателе объемного нагнетателя с учетом его габаритов и необходимости механического крепления к двигателю, является так же сложной проблемой и, соответственно, недостатком такого двигателя [5, С.95].2. The placement of a volumetric supercharger on the engine, taking into account its dimensions and the need for mechanical fastening to the engine, is also a difficult problem and, accordingly, a drawback of such an engine [5, P.95].
За основной прототип принимается двигатель внутреннего сгорания с объемным компрессором, который приводится от коленчатого вала двигателя с применением двух зубчатых шкивов или двух конических шестерен, зубчатой цепи или вала с парой конических шестерен и пары синхронизирующих шестерен для сопряженных роторов [12]. Принцип действия такого компрессора не отличается от принципа действия шестеренчатого насоса [9, С.69, Рис.51]. По сравнению с компрессором, имеющим пеэвольвентный профиль ротора, шестеренчатый эвольвентный ротор изготовляется более простым и точным способом обкатки. При вращении роторов газообразное рабочее тело поступает в полости, образованные впадинами между зубьями, и переносится без сжатия в сторону нагнетательной полости. Внешнее сжатие газообразного тела происходит при сообщении впадин с объемом нагнетательной полости. Основной прототип имеет следующие недостатки.The main prototype is an internal combustion engine with a volume compressor, which is driven from the crankshaft of the engine using two gear pulleys or two bevel gears, a gear chain or shaft with a pair of bevel gears and a pair of synchronizing gears for mating rotors [12]. The principle of operation of such a compressor does not differ from the principle of operation of a gear pump [9, P.69, Fig.51]. Compared to a compressor having an evolute rotor profile, a gear involute rotor is manufactured in a simpler and more precise way to break-in. When the rotors rotate, the gaseous working fluid enters the cavities formed by the cavities between the teeth and is transferred without compression to the side of the injection cavity. External compression of the gaseous body occurs when the depressions communicate with the volume of the injection cavity. The main prototype has the following disadvantages.
1. Геометрические размеры шестеренчатых роторов выполнены без учета геометрических размеров поршневого двигателя, что исключает компактное размещение нагнетателя на поршневом двигателе и снижает его габаритно-массовые показатели.1. The geometric dimensions of the gear rotors are made without taking into account the geometric dimensions of the piston engine, which eliminates the compact placement of the supercharger on the piston engine and reduces its overall mass indicators.
2. Компрессор по прототипу включает длинную цепь последовательно связанных деталей-посредников: шкивы или конические шестерни коленчатого вала, зубчатая цепь или соединительный шестеренный вал, пара синхронизирующих шестерен. Такой компрессор снижает механический КПД двигателя, ухудшает качество передаваемого движения на выходе в виде проскальзывания и наличия дополнительных неустранимых пульсаций нагнетаемого воздуха, придает сложность и громоздкость конструкции двигателя.2. The compressor of the prototype includes a long chain of sequentially connected intermediary parts: pulleys or bevel gears of the crankshaft, a gear chain or a connecting gear shaft, a pair of synchronizing gears. Such a compressor reduces the mechanical efficiency of the engine, worsens the quality of the transmitted movement at the output in the form of slippage and the presence of additional unrecoverable pulsations of the injected air, and adds complexity and cumbersomeness to the engine design.
За вспомогательный прототип принимается двухвальный дезаксиальный поршневой двигатель, содержащий корпус с картером; размещенные в цилиндрах поршни, которые соединены серповидными шатунами с парой параллельных коленчатых валов с соблюдением принципа "правый с правым, а левый с левым" [13, 14]. В известном двигателе синхронизация скорости вращения пары коленчатых валов обеспечивается парой шестерен, установленных на их хвостовиках. Недостатком такого двигателя является то, что его компоновка выполнена без учета геометрических размеров объемного шестеренного компрессора, что исключает эффективное размещения компрессора в габаритах двигателя, например, без наддува.An auxiliary prototype is a twin-shaft de-axial piston engine containing a housing with a crankcase; pistons placed in the cylinders, which are connected by crescent rods to a pair of parallel crankshafts in compliance with the principle of “right with right and left with left” [13, 14]. In the known engine, the synchronization of the rotational speed of a pair of crankshafts is provided by a pair of gears mounted on their shanks. The disadvantage of this engine is that its layout is made without taking into account the geometric dimensions of the volumetric gear compressor, which eliminates the effective placement of the compressor in the dimensions of the engine, for example, without pressurization.
Задача новой разработки предусматривает создание наддува для поршневого двигателя с парой синхронизированных коленчатых валов при упрощении конструкции двигателя и улучшения его компактности.The task of the new development involves the creation of boost for a piston engine with a pair of synchronized crankshafts while simplifying the design of the engine and improving its compactness.
Поставленная задача решается тем, что для синхронизации скорости вращения пары шестеренчатых роторов компрессора используются пара синхронизированных коленчатых валов поршневого двигателя, что исключает применение дополнительных синхронизирующих шестерен для роторов компрессора.The problem is solved in that in order to synchronize the speed of rotation of a pair of compressor gear rotors, a pair of synchronized crankshafts of a piston engine is used, which eliminates the use of additional synchronization gears for compressor rotors.
Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции двигателя, улучшения его компактности и повышения механического КПД за счет сокращения количества деталей в конструкции шестеренчатого компрессора и определения его геометрических размеров с учетом параметров и размеров поршневого двигателя.The technical result of the invention is to simplify the design of the engine, improve its compactness and increase mechanical efficiency by reducing the number of parts in the design of the gear compressor and determining its geometric dimensions, taking into account the parameters and dimensions of the piston engine.
Указанный технический результат достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий корпусной блок с одним, как минимум, поршневым цилиндром и с одним поршнем в нем, связанным парой шатунов с парой параллельных коленчатых валов, синхронизированных парой шестерен; компрессор выполнен в виде пары соосно посаженных на пару синхронизированных коленчатых валов, например, на их хвостовики, зубчатых компрессорных дисков с диаметром 2r начальной окружности их зубьев, равным диаметру DC начальной окружности синхронизирующих шестерен, и с длиной b зуба таких дисков, установленной в зависимости от рабочего объема двигателя, степени е наддува и диаметра DC в следующем соотношенииThe specified technical result is achieved in that the internal combustion engine, comprising a housing block with one at least a piston cylinder and with one piston in it, connected by a pair of connecting rods with a pair of parallel crankshafts, synchronized by a pair of gears; the compressor is made in the form of a pair of synchronized crankshafts coaxially mounted on a pair of synchronized shafts, for example, on their shanks, gear compressor disks with a
где n - показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре,where n is the indicator of the polytropic compression of air in the compressor,
RX - радиус наружной окружности поршня,R X is the radius of the outer circumference of the piston,
X - ход поршня,X is the piston stroke
m - модуль зуба компрессорных дисков, m is the tooth module of the compressor discs,
ηV - объемный КПД компрессора.η V - volumetric efficiency of the compressor.
Для снижения дисбаланса масс зубчатых дисков зубья их выполнены полыми.To reduce the imbalance of the mass of the gear discs, their teeth are made hollow.
При 2r<DC нарушается требуемое сопряжение компрессорных дисков, возрастают зазоры между их сопрягаемыми поверхностями, что приводит к недопустимому снижению объемного КПД компрессора. При 2r>DC разместить компрессорные диски на синхронизированных коленчатых валах при сохранении габаритов двигателя не представляется возможным.At 2r <D C, the required mating of the compressor disks is violated, the gaps between their mating surfaces increase, which leads to an unacceptable decrease in the volumetric efficiency of the compressor. At 2r> D C , it is not possible to place compressor disks on synchronized crankshafts while maintaining engine dimensions.
Отличительные признаки предлагаемого двигателя позволяют выполнить компрессорную часть в виде четырех конструктивных элементов: пары хвостовиков коленчатых валов и пары зубчатых компрессорных дисков. Компрессорная часть по прототипу [12, Fig.1a] выполняется в виде 12 конструктивных элементов: хвостовика и шкива 11 коленчатого вала, шкива 10а ведущего ротора 10, пары синхронизирующих шестерен компрессора, пары компрессорных дисков 6, ведомого вала и трех, как минимум, подшипников и одной сборки 12.Distinctive features of the proposed engine allow the compressor part to be made in the form of four structural elements: a pair of shanks of crankshafts and a pair of gear compressor disks. The compressor part according to the prototype [12, Fig.1a] is made in the form of 12 structural elements: a shank and a
Компрессор предлагаемого двигателя в отличие от компрессора прототипа [12] работает без повышающей передачи, что повышает надежность привода, его механический КПД и снижает шумность наддува.The compressor of the proposed engine, unlike the prototype compressor [12], works without an overdrive, which increases the reliability of the drive, its mechanical efficiency and reduces the noise of the boost.
Признаки, указанные выше, являются необходимыми и достаточными для достижения указанного результата, то есть являются существенными. Наличие отличительных признаков по отношению к выбранному прототипу свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию "новизна" по действующему законодательству.The signs mentioned above are necessary and sufficient to achieve the specified result, that is, they are significant. The presence of distinctive features in relation to the selected prototype indicates the compliance of the claimed technical solution with the criterion of "novelty" according to current legislation.
Возможность осуществления предлагаемого изобретения с получением вышеуказанного технического результата поясняются чертежами.The possibility of implementing the invention with obtaining the above technical result is illustrated by drawings.
На Фиг.1 изображен вертикальный вид спереди в сечении по поршню и коленчатому валу; на Фиг.2 - сечение А-А на Фиг.1; на Фиг.3, 4, 5 - сечение Б-Б на Фиг.1 при различных углах поворота компрессорных дисков; на Фиг.6 - изометрия общего вида предлагаемого двигателя внутреннего сгорания.Figure 1 shows a vertical front view in section along the piston and crankshaft; figure 2 is a section aa in figure 1; figure 3, 4, 5 - section bB in figure 1 at different angles of rotation of the compressor discs; figure 6 is an isometric General view of the proposed internal combustion engine.
Двигатель содержит корпусной блок 1 с одной, как минимум, гильзой 2 и с одним поршнем 3 в ней, связанным парой шатунов 4,5 с парой коленчатых валов 6 и 7, синхронизированных парой шестерен 8, 9 с диаметром начальной окружности DC и известную головку 10 блока 1, например, по патенту [15]. Пара зубчатых компрессорных дисков 11, 12 с диаметром начальной окружности 2r=DC соосно посажена на пару синхронизированных коленчатых валов 6 и 7, например, на их хвостовики, с применением, например, шлицевого соединения. Конструкция дополняется полостью всасывания 13 с всасывающим трубопроводом 14 и полостью нагнетания 15 с нагнетательным трубопроводом 16 и с впускным коллектором 17 головки 10. При такой конструкции отпадает необходимость в применении синхронизирующих шестерен, с их валами, шкивами и подшипниками.The engine comprises a
Двигатель работает в соответствии с традиционными двухтактными или четырехтактными циклами. При сгорании топлива над поршнем 3 продукты сгорания, воздействуя на него, приводят в движение шатуны 4 и 5, которые, воздействуя на кривошипы коленчатых валов 6 и 7, обеспечивают их вращение, синхронность вращения которых поддерживается парой шестерен 8, 9. Вместе с вращением синхронизированных коленчатых валов 6,7 вращаются синхронизировано зубчатые компрессорные диски 11, 12 в противоположных направлениях. При выходе зуба из впадины в полости 13 создается пониженное давление и в нее поступает атмосферный воздух из всасывающего трубопровода 14. Для примера на Фиг.3, 4, 5 показывается положение компрессорных дисков 11 и 12 с модулем m=16 мм, с радиусами основной окружности ro=50 мм, начальной окружности r=66 мм и окружности головки зуба re=82 мм при различных углах поворота коленчатого вала двигателя. На Фиг.3 показывается положение компрессорных дисков, при котором угол al поворота коленчатого вала условно принимается равным нулю. При угле al=0 полость всасывания 13 отделяется от полости 15 нагнетания боковыми поверхностями сопряженных зубьев компрессорных дисков 11, 12. С увеличением угла al впадина SV1 заполняется атмосферным воздухом с одновременным перемещением к полости нагнетания 15. При al~111° (Фиг.4) фиксируется полный рабочий объем одного компрессорного диска. При таком угле зона всасывания 13 отделяется от зоны нагнетания 15 поверхностью основной окружности диск 12 и поверхностью окружности головки диска 11. При al>111° зуб диска 12 входит во впадину SV1 диска 11, вытесняя из нее атмосферный воздух, который поступает в нагнетательный трубопровод 16 и во впускной коллектор 17. При al>291° (Фиг.5) заканчивается вытеснение воздуха из впадины SV1 диска 11 и начинается вытеснение воздуха из впадины SV2 диска 12. Процессы всасывания и нагнетания происходят непрерывно в течение вращения зубчатых дисков 11, 12. Находящиеся во впадинах зубья представляют собой подвижное уплотнение, разделяющее всасывающую и нагнетательную полости компрессора. Зазоры между боковыми поверхностями зубьев и между ними и корпусом незначительные и транспортируемый воздух перетекает из нагнетательной полости 15 во всасывающую 13 в малых объемах, величина которого определяется объемным КПД компрессора ηV.The engine operates in accordance with traditional push-pull or four-stroke cycles. When fuel is combusted above the
Рабочий объем VK (производительность) компрессора за один оборот коленчатого вала определяется выражением [16, С.73]The working volume V K (productivity) of the compressor per revolution of the crankshaft is determined by the expression [16, C.73]
где z - число зубьев, равное 1. С учетом m*z=2r=DC из (1) следует.where z is the number of teeth equal to 1. Given m * z = 2r = D C from (1) follows.
Рабочий объем VD четырехтактного двигателя с четырьмя поршнями за один оборот коленчатого вала определяется выражениемThe working volume V D of a four-stroke engine with four pistons per revolution of the crankshaft is determined by the expression
Традиционно принимается, что сжатие газа в компрессоре происходит по политропе с постоянным ее показателем n [1, С.71]. В рассматриваемом варианте уравнение политропического сжатия воздуха принимает вид [17, С.139]It is traditionally accepted that gas compression in a compressor occurs according to a polytropic with its constant index n [1, P.71]. In this embodiment, the equation of polytropic air compression takes the form [17, S.139]
где PK - давление низкого наддува, PO - атмосферное давление воздуха; e=PK/PO. Из совместного решения уравнений (2, 3, 4) следует выражение для определения длины b зуба компрессорных дисковwhere P K - low boost pressure, P O - atmospheric air pressure; e = P K / P O. From the joint solution of equations (2, 3, 4) follows the expression for determining the length b of the tooth of the compressor discs
Для примера в таблице приводятся значения b, вычисленные по формуле (5) для автомобильного двигателя при постоянных значениях политропы n=1.6 [1, С.65]; радиус RX=45 мм; ход поршня X=70 мм; объемного КПД ηV=0,85 [18, С.63] компрессора; диаметра DC=132 мм.As an example, the table shows the values of b calculated by formula (5) for an automobile engine with constant values of polytropes n = 1.6 [1, P.65]; radius R X = 45 mm; piston stroke X = 70 mm; volumetric efficiency η V = 0.85 [18, C.63] of the compressor; diameter D C = 132 mm.
В таблице площадь SV впадины компрессорных дисков определена с применением системы автоматизированного проектирования "КОМПАС - 3D".In the table, the area S V of the depression of the compressor disks is determined using the computer-aided design system "KOMPAS - 3D".
Из таблице видно, что пара компрессорных дисков, например №3, может эффективно заменить габаритные и громоздкие известные компрессоры для низкого наддува.The table shows that a pair of compressor disks, for example No. 3, can effectively replace the bulky and bulky known compressors for low boost.
Таким образом, предложен поршневой двигатель с наддувом с улучшенной конструкцией при лучшем механическим КПД компрессора, при повышенной надежности его привода и меньшей шумности наддува, что особенно важно для современного автомобильного транспорта, в том числе легкового.Thus, a supercharged piston engine with an improved design with the best mechanical efficiency of the compressor, with increased reliability of its drive and lower noise of the boost is proposed, which is especially important for modern automobile transport, including passenger cars.
Из изложенного следует, что заявленное изобретение направлено на решение поставленной задачи с достижением качественно нового технического результата и соответствует требованиям патентоспособности по действующему Законодательству.From the above it follows that the claimed invention is aimed at solving the problem with the achievement of a qualitatively new technical result and meets the requirements of patentability under the current legislation.
Источники информацииInformation sources
1. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для вузов. - М.: Высшая ш., 2003 - 496 с.1. Kolchin A.I. Calculation of automobile and tractor engines: Textbook for universities. - M.: Higher Sh., 2003 - 496 p.
2. Стародетко Е.А., Стародетко Г.Е., Стародетко К.Е. и др. Поршневая машина (Ее варианты). Патент RU №2096638 C1, F02B 75/32. Оп.: 20.11.97. Бюл. №32.2. Starodetko EA, Starodetko G.E., Starodetko K.E. and others. Piston machine (Its variants). Patent RU No. 2096638 C1, F02B 75/32. Op .: 20.11.97. Bull. Number 32.
3. Дуглас Т., Карсон. Двигатель внутреннего сгорания. Патент US №4543919. Оп.: 01.10.1985.3. Douglas T., Carson. Internal combustion engine. US patent No. 4543919. Op .: 01.10.1985.
4. Черногоров А.Д. Двигатель внутреннего сгорания с самовоспламенением (с впрыском топлива) со сверх высокими (более 19) регулируемыми степенями сжатия. Патент RU №2089739 C1, F02B 75/32. Оп.: 10.09.97. Бюл. №25.4. Chernogorov A.D. Self-ignition internal combustion engine (with fuel injection) with super high (over 19) adjustable degrees of compression. Patent RU No. 2089739 C1, F02B 75/32. Op .: 10.09.97. Bull. Number 25.
5. Патрахальцев Н.Н. Наддув двигателя внутреннего сгорания. М.: Изд-во РУДН, 2003, 319 с.5. Patrahaltsev N.N. Supercharging an internal combustion engine. M.: Publishing House of RUDN, 2003, 319 p.
6. Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.6. Matskerle Y. Modern economical car. - M.: Mechanical Engineering, 1987. - 320 p.
7. Ховах М.С.и др. Автомобильные двигатели. М.: Машиностроение, 1971, 456 с.7. Hovah M.S. et al. Automotive engines. M.: Mechanical Engineering, 1971, 456 p.
8. Енов М.И. Поршневой двигатель внутреннего сгорания "Русь". Патент RU №2132472. Оп.: 27.06.99. Бюл. №18.8. Enov M.I. Piston internal combustion engine "Rus". Patent RU No. 2132472. Op .: 06.27.99. Bull. Number 18.
9. Хлумский В. Ротационные компрессоры и вакуум-насосы. М.: Машиностроение, 1971, 128 с.9. Khlumsky V. Rotary compressors and vacuum pumps. M.: Mechanical Engineering, 1971, 128 pp.
10. Орлин А.С. и др. Двухтактные двигатели внутреннего сгорания. М.: Машгиз, 1960, 556 с.10. Orlin A.S. and other two-stroke internal combustion engines. M .: Mashgiz, 1960, 556 p.
11. Дмитриевский А.В. Автомобильные бензиновые двигатели. М.: ООО "Издательство ACT", 2005. - 127 с.11. Dmitrievsky A.V. Car gasoline engines. M .: LLC "Publishing house ACT", 2005. - 127 p.
12. Lindbrandt Benny, Saletti Haakan Combustion engine with supercharge. WO 00/68552. F02B 38/34. Оп. 16.11.2000.12. Lindbrandt Benny, Saletti Haakan Combustion engine with supercharge. WO 00/68552. F02B 38/34. Op. 11/16/2000.
13. Федоренко А.П. Двухвальный поршневой двигатель. А.с. SU, №1548471, F02B 75/32. Оп.: 07.03.90. Бюл. №9.13. Fedorenko A.P. Twin shaft piston engine. A.S. SU, No. 1548471, F02B 75/32. Op .: 07.03.90. Bull. No. 9.
14. Грабовский А.А., Грабовский А.А. Кривошипно-шатунный механизм со сдвоенными кинематическими связями. Патент RU №2382891 C1, F02B 75/32. Оп.: 27.02.2010. Бюл. №6.14. Grabovsky A.A., Grabovsky A.A. Crank mechanism with dual kinematic connections. Patent RU No. 2382891 C1, F02B 75/32. Op .: 02.27.2010. Bull. No. 6.
15. Маришкин А.К. Камера сгорания поршневого двигателя. Патент RU №2299337 C1, F02B 23/08. Оп.: 20.05.2007. Бюл. №14.15. Marishkin A.K. The combustion chamber of the piston engine. Patent RU No. 2299337 C1, F02B 23/08. Op .: May 20, 2007. Bull.
16. Скобельцин Ю.А. Громадский А.В. Объемные насосы: Учебное пособие. Краснодар. - 1987. 122 с.16. Skobeltsin Yu.A. Gromadsky A.V. Volumetric pumps: a training manual. Krasnodar. - 1987.122 p.
17. Андрющенко А.И. Основы технической термодинамики реальных процессов. Учеб. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1975, 264 с.17. Andryushchenko A.I. Fundamentals of technical thermodynamics of real processes. Textbook allowance for technical colleges. M .: Higher school, 1975, 264 p.
18. Кац A.M. Расчет, конструкция и испытание воздуходувки типа Руте. М.: Машгиз, 1946, 159 с.18. Katz A.M. Calculation, design and testing of Rute type blowers. M .: Mashgiz, 1946, 159 p.
Claims (2)
где n - показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре,
RX - радиус наружной окружности поршня,
X - ход поршня,
m - модуль зуба компрессорных дисков,
ηV - объемный КПД компрессора.1. A supercharged internal combustion engine comprising a housing block with at least one piston cylinder and one piston in it, kinematically coupled by a pair of connecting rods and a pair of parallel crankshafts synchronized by a pair of gears; characterized in that the compressor is made in the form of a pair of synchronized crankshafts coaxially mounted on a pair of synchronized shafts, for example, on their shanks, gear compressor disks with a diameter 2r of the initial circumference of their teeth equal to the diameter D C of the initial circumference of the synchronizing gears, and with the tooth length b of such disks , established depending on the working volume of the piston cylinder of the engine, the degree of e boost and diameter D C in the following ratio
where n is the indicator of the polytropic compression of air in the compressor,
R X is the radius of the outer circumference of the piston,
X is the piston stroke
m is the tooth module of the compressor discs,
η V - volumetric efficiency of the compressor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013102949/06A RU2519128C1 (en) | 2013-01-24 | 2013-01-24 | Supercharged internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013102949/06A RU2519128C1 (en) | 2013-01-24 | 2013-01-24 | Supercharged internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2519128C1 true RU2519128C1 (en) | 2014-06-10 |
Family
ID=51216605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013102949/06A RU2519128C1 (en) | 2013-01-24 | 2013-01-24 | Supercharged internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2519128C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2671666C1 (en) * | 2016-05-17 | 2018-11-06 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Balancing device for internal combustion engine |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3000956A1 (en) * | 1980-01-12 | 1981-07-23 | Ferdinand 4300 Essen Heidenescher | Reciprocating internal combustion engine - has external eccentric rotor compressor to increase volume charged into cylinder |
JPS5799232A (en) * | 1980-12-11 | 1982-06-19 | Fuji Heavy Ind Ltd | Two-cycle engine |
JPH08246888A (en) * | 1995-03-10 | 1996-09-24 | Kiichi Taga | Variable supercharging compound engine |
RU2382891C2 (en) * | 2008-03-17 | 2010-02-27 | Александр Андреевич Грабовский | Con rod gear with double drive links (versions) |
WO2012013170A1 (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | Hyon Engineering Gmbh | Environmentally friendly internal combustion engine having an integrated compressor |
-
2013
- 2013-01-24 RU RU2013102949/06A patent/RU2519128C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3000956A1 (en) * | 1980-01-12 | 1981-07-23 | Ferdinand 4300 Essen Heidenescher | Reciprocating internal combustion engine - has external eccentric rotor compressor to increase volume charged into cylinder |
JPS5799232A (en) * | 1980-12-11 | 1982-06-19 | Fuji Heavy Ind Ltd | Two-cycle engine |
JPH08246888A (en) * | 1995-03-10 | 1996-09-24 | Kiichi Taga | Variable supercharging compound engine |
RU2382891C2 (en) * | 2008-03-17 | 2010-02-27 | Александр Андреевич Грабовский | Con rod gear with double drive links (versions) |
WO2012013170A1 (en) * | 2010-07-29 | 2012-02-02 | Hyon Engineering Gmbh | Environmentally friendly internal combustion engine having an integrated compressor |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2671666C1 (en) * | 2016-05-17 | 2018-11-06 | Тойота Дзидося Кабусики Кайся | Balancing device for internal combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102191996B (en) | Split-cycle internal combustion engine | |
US8210151B2 (en) | Volume expansion rotary piston machine | |
CA2261596C (en) | Opposed piston combustion engine | |
EP0708274A1 (en) | Crank device and machine device | |
AU2007209302B2 (en) | Pulling rod engine | |
JP2003518222A (en) | Reciprocating internal combustion engine with balancing and supercharging functions | |
JP2014503733A (en) | Rotary engine and its rotor unit | |
CN101205812A (en) | Four-piston cylinder engine | |
RU2519128C1 (en) | Supercharged internal combustion engine | |
US4834032A (en) | Two-stroke cycle engine and pump having three-stroke cycle effect | |
RU159483U1 (en) | "NORMAS" INTERNAL COMBUSTION ENGINE. OPTION - XB - 89 | |
JP3425736B2 (en) | Crank device | |
CN218624414U (en) | Axial plunger type six-cylinder four-stroke gasoline engine | |
RU2613753C1 (en) | Internal combustion engine | |
CN85108079A (en) | Interior wobble crank linkage mechanism and pressurized machine thereof | |
RU117507U1 (en) | "NORMAS-MX-02" INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
CN2603210Y (en) | Four-stroke internal combustion engine | |
RU73399U1 (en) | DIESEL PISTON UNLOADED COMBUSTION ENGINE | |
CN101375042A (en) | Pulling rod engine | |
RU154798U1 (en) | "NORMAS" INTERNAL COMBUSTION ENGINE. OPTION - XB - 73 | |
RU2483216C1 (en) | Semigear-and-rack piston machine | |
RU164941U1 (en) | "NORMAS" INTERNAL COMBUSTION ENGINE. OPTION - XB-98 | |
CN110594012A (en) | Gear rotary internal combustion engine | |
RU95749U1 (en) | ENGINE | |
CN116335817A (en) | Star-shaped opposed piston engine |