RU2597703C1

RU2597703C1 - Crank mechanism with offset crank neck

Info

Publication number: RU2597703C1
Application number: RU2015137351/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Алексеевич Семенов
Original assignee: Александр Алексеевич Семенов
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2016-09-20

Abstract

FIELD: engines.

SUBSTANCE: invention relates to propulsion engineering and can be used in crank mechanisms of internal combustion engines. Crank mechanism with offset crank neck containing operating cylinder, piston pivotally interconnected with piston pin, piston-rod and crankshaft throw, in which the axis of the crank head is rigidly connected with the crank, displaced from the axis of the piston and the crank symmetry axis through at the angle equal to 10°.

EFFECT: technical result consists in improvement of power per weight unit, increase of engine torque.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания (тепловых машинах). Предлагаемое устройство применимо в автомобильном, водном и воздушном транспорте.The invention relates to mechanical engineering and can be used in internal combustion engines (heat engines). The proposed device is applicable in automobile, water and air transport.

Известен дезаксиальный кривошипно-шатунный механизм, содержащий кривошип и ползун с направляющей осью, не проходящей через ось вращения кривошипа, шарнирно соединенные с шатуном (Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 2. Динамика и конструирование: Учебник для вузов / В.Н. Луканин, И.В. Алексеев и др. - М.: Высш. шк., 2007. - 400 с.).Known deaxial crank mechanism containing a crank and a slider with a guide axis that does not pass through the axis of rotation of the crank pivotally connected to the connecting rod (Internal combustion engines. Book 2. Dynamics and design: Textbook for universities / VN Lukanin, I .V. Alekseev et al. - M.: Higher school, 2007. - 400 p.).

Недостатком известного дезаксиального кривошипно-шатунного (КШМ) механизма является низкий КПД (эффективность) передачи сил на вращательное движение кривошипа по причине не выполнения механизма с определенными параметрами, в пределах которых выявлены ранее не известные для него положительные признаки.A disadvantage of the known deaxial crank mechanism (KSHM) is the low efficiency (efficiency) of the transfer of forces to the rotational movement of the crank due to the failure of the mechanism with certain parameters, within which positive features previously unknown to it were revealed.

Наиболее близким по конструкции аналогом к заявленному относится устройство «Аксиальный кривошипно-шатунный механизм поршневого двигателя внутреннего сгорания», описанное в патенте (RU 2230207 МПК F02B 75/32 от 27.01.2004), содержащее, 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.The closest analogous design to the claimed one is the device “Axial crank mechanism of a reciprocating internal combustion engine” described in the patent (RU 2230207 IPC F02B 75/32 of 01/27/2004), comprising a crankshaft with a connecting rod journal, connecting rod, piston, an eccentric, small and large gears, and the connecting rod neck of the crankshaft is connected to the connecting rod by means of an eccentric, and the eccentric is equipped with a small gear made integral with it and has a common axis of rotation with it, while an eccentric with a small gear is located on axis of the crankshaft journal so that the small gear of the eccentric is in constant engagement with the large gear fixedly mounted in the engine block and having a radius twice that of the small gear, characterized in that the radius of the eccentric refers to the radius of the crankshaft in a ratio of 1 :5.

Однако данный кривошипно-шатунный механизм при работе не позволяет обеспечить высокую надежность двигателя и ресурс КШМ, потому что обладает сложным механизмом.However, this crank mechanism during operation does not allow for high engine reliability and CWM resource, because it has a complex mechanism.

Техническим результатом данного изобретения является повышение ресурса КШМ, вращающего момента на валу двигателя и упрощение конструкции механизма.The technical result of this invention is to increase the resource of the crankshaft, torque on the motor shaft and simplify the design of the mechanism.

Это достигается тем, что кривошипно-шатунный механизм выполнен со смещением оси кривошипной головки от оси поршня и оси симметрии кривошипа на угол, равный 10°.This is achieved by the fact that the crank mechanism is made with the displacement of the axis of the crank head from the axis of the piston and the axis of symmetry of the crank by an angle equal to 10 °.

Предлагаемое смещение позволяет в верхней мертвой точке получить вращающий момент коленчатого вала за счет разложения сил в шатунной шейке коленчатого вала, образующих вращающий момент относительно оси коленчатого вала.The proposed offset allows you to get the crankshaft torque at top dead center due to the decomposition of the forces in the crank pin of the crankshaft, which generate torque relative to the axis of the crankshaft.

На чертеже схематически изображен общий вид устройства кривошипно-шатунного механизма со смещенной шатунной шейкой. Устройство содержит: рабочий цилиндр 1, шарнирно связанные между собой поршень 2 с поршневым пальцем 4, шатун 7 и кривошип коленчатого вал 5, в котором ось кривошипной головки 6 жестко связана с кривошипом, смещена от оси поршня 3 и оси симметрии кривошипа на угол, равный 10°, обеспечивающий силовое воздействие на ось кривошипа в мертвых точках.The drawing schematically shows a General view of the device of the crank mechanism with an offset connecting rod neck. The device comprises: a working cylinder 1, a piston 2 articulated between a piston pin 4, a connecting rod 7 and a crank shaft 5, in which the axis of the crank head 6 is rigidly connected to the crank, offset from the axis of the piston 3 and the axis of symmetry of the crank by an angle equal to 10 °, providing force on the crank axis at dead points.

Работа предложенного кривошипно-шатунного механизма со смещенной шатунной шейкой четырехтактного ДВС осуществляется следующим образом.The work of the proposed crank mechanism with an offset connecting rod neck of a four-stroke ICE is as follows.

Известно, что кривошипно-шатунный механизм предназначен для преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное коленчатого вала. Во время рабочего хода на поршень воздействует суммарная сила P_s от сил давления газов и инерциальных сил, которая на оси поршневого пальца разлагается на две составляющие: силу N действующую перпендикулярно оси цилиндра, и силу S действующую по оси шатуна.It is known that the crank mechanism is designed to convert the reciprocating motion of the piston into a rotary crankshaft. During the working stroke, the piston is affected by the total force P _s from gas pressure and inertial forces, which decomposes on the axis of the piston pin into two components: force N acting perpendicular to the cylinder axis, and force S acting along the connecting rod axis.

В верхней мертвой точке шатун становится в вертикальное положение, при этом вдоль оси шатуна действует только сила P_s, которая на шатунной шейке будет разлагаться по прямой, соединяющей шатунную шейку с кривошипом T₁ и перпендикулярную ей силу К₁, действующую по радиусу. Сила Т₁, действуя по касательной, образует с радиусом кривошипа вращающий момент М_кр.At the top dead center, the connecting rod becomes in vertical position, while along the connecting rod axis only force P _s acts, which will decompose on the connecting rod neck in a straight line connecting the connecting rod neck with crank T ₁ and the force K ₁ perpendicular to it, acting along the radius. The force T ₁ , acting tangentially, forms a torque M _cr with a radius of the crank.

Таким образом, в положении поршня в верхней мертвой точке образуется вращающий момент, в то же время действие суммарной силы по оси поршня не вызывает бокового износа, который наблюдается в дезаксиальных двигателях со смещенным поршневым пальцем. Отсюда и износ поршня будет равномерным и, соответственно, больше его ресурс.Thus, in the position of the piston at the top dead center torque is generated, at the same time, the action of the total force along the axis of the piston does not cause lateral wear, which is observed in deaxial engines with an offset piston pin. Hence, the piston wear will be uniform and, accordingly, its resource will be longer.

Кроме того, по сравнению с прототипом устройство КШМ проще: имеется смещенная шатунная шейка и нет никаких дополнительных деталей, усложняющих конструкцию.In addition, in comparison with the prototype, the KShM device is simpler: there is an offset crank pin and there are no additional parts that complicate the design.

Claims

A crank mechanism with a displaced connecting rod neck, comprising a working cylinder, a piston with a piston pin pivotally connected to each other, a connecting rod and crank of the crankshaft, characterized in that the axis of the crank head is rigidly connected to the crank, offset from the axis of the piston and the axis of symmetry of the crank by an angle equal to 10 °.