RU32834U1

RU32834U1 - VOLUME VALVE MULTI-CYLINDER PISTON MACHINE

Info

Publication number: RU32834U1
Application number: RU2003117166U
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Вергун
Original assignee: Вергун Александр Юрьевич
Priority date: 2003-06-17
Filing date: 2003-06-17
Publication date: 2003-09-27

Description

Многоцилиндровая поршневая машина объёмного действия.Multi-cylinder reciprocating machine volumetric action.

Техническое решение относится к поршневым двигателям, в частности, к двигателям внутреннего сгорания (ДВС).The technical solution relates to piston engines, in particular, to internal combustion engines (ICE).

К основному недостатку, возникаюшему при работе четырёхтактных четырёхцилиндровых ДВС, построенных по традиционной схеме, можно отнести потери энергии на трение и ускоренный износ цилиндро-поршневых групп, связанных с перекосом поршней в процессе эксплуатации.The main disadvantage arising from the operation of four-stroke four-cylinder internal combustion engines built according to the traditional scheme can be attributed to friction energy loss and accelerated wear of cylinder-piston groups associated with piston misalignment during operation.

Известен патент СССР - «Многоцилиндровая поршневая машина объёмного действия, содержашая четырёхцилиндровый блок, имеюший попарно расположенные соосные цилиндры, оси которых расположены в одной плоскости, поршни, установленные в цилиндрах и попарно связанные между собой штоками, и главный вал, расположенный перпендикулярно плоскости осей цилиндров. На главном валу установлен двуплечий рычаг, концы плеч которого соединены со штоками с помощью сферических опор. Отбор или подвод крутящего момента производится через выходной вал, который связан с одним из плеч двуплечего рычага с помощью шатунов, установленных на кривошипах, выполненных в виде эксцентриков и закреплённых на выходном валу. С другим плечом рычага связано устройство для уравновешивания, выполненное в виде дополнительного вала с кривошипами и шатунами, причём оно размешено так, что обший центр тяжести всех движушихся частей расположен на оси главного вала. При работе машины, например, в качестве ДВС, поршни, перемещаясь в цилиндрах, под действием давления в них через штоки передают усилие на двуплечий рьшаг, качательное перемещение которого преобразуется во вращательное движение выходного вала через шатуны и кривошипыThe USSR patent is known - “A multi-cylinder reciprocating machine of volumetric action, containing a four-cylinder block having pairwise arranged coaxial cylinders, the axes of which are located in the same plane, pistons installed in the cylinders and pairwise connected by rods, and the main shaft located perpendicular to the plane of the axes of the cylinders. A two-arm lever is installed on the main shaft, the ends of the shoulders of which are connected to the rods using spherical bearings. The selection or supply of torque is carried out through the output shaft, which is connected to one of the shoulders of the two shoulders of the lever using connecting rods mounted on cranks, made in the form of eccentrics and mounted on the output shaft. A balancing device is connected to the other lever arm, made in the form of an additional shaft with cranks and connecting rods, and it is placed so that the common center of gravity of all moving parts is located on the axis of the main shaft. When the machine is operating, for example, as an internal combustion engine, the pistons moving in the cylinders, under the influence of pressure in them, transmit the force through the rods to the two-armed rhag, the oscillating movement of which is converted into the rotational movement of the output shaft through the connecting rods and cranks

Данный двигатель имеет усложнённзто по сравнению с рядным четырёхтактным ДВС систему преобразования возвратнопоступательного движения поршней во вращательное движениеThis engine has a complicated system of converting reciprocating motion of pistons into rotational motion compared to a four-stroke internal combustion engine

МКИ 6 F 02В 53/00 MKI 6 F 02V 53/00

выходного вала. Кроме того, в процессе работы двигателя шток, соединяющий поршни, должен испытывать значительные боковые нагрузки, передаваемые от двуплечего рычага через сферические опоры, что должно вызывать повышенный износ поршней и цилиндров. Как следствие, такой двигатель не может обладать высоким коэффициентом полезного действия и надёжностью.output shaft. In addition, during the operation of the engine, the piston connecting rod must experience significant lateral loads transmitted from the two shoulders lever through spherical bearings, which should cause increased wear on the pistons and cylinders. As a result, such an engine cannot have a high efficiency and reliability.

Известен ДВС, описанный в заявке Японии. Данный двигатель наиболее близок к заявляемому решению по технической сущности. ДВС содержит корпус, в котором размещён двухцилиндровый блок, выполненный в виде половины кольца, на противоположных концах которого расположены порщни, жёстко связанные друг с другом. Поршни свободно скользят относительно внутренней поверхности кольца и приводят во вращение общий коленчатый вал посредством кривошипно-шатунного механизма. В верхней части корпуса установлено устройство газораспределения (2).Known ICE described in the application of Japan. This engine is closest to the claimed solution in technical essence. ICE contains a housing in which a two-cylinder block is placed, made in the form of a half ring, at the opposite ends of which there are pistons rigidly connected to each other. The pistons slide freely relative to the inner surface of the ring and rotate the common crankshaft by means of a crank mechanism. A gas distribution device (2) is installed in the upper part of the housing.

В описанном ДВС имеются недостатки, присущие рядному двигателю, т.е. при свободно скользящих в цилиндрах поршнях воздействие боковых (несоосных с направлением движения) сил, передающихся от коленчатого вала через шатун, создаёт дополнительное трение поршней о стенки цилиндров и вызывает повышенный износ цилиндров и поршней. Кроме того, при работе двигателя на поршни и шток при такой конструкции двигателя воздействуют центробежные силы, также вызывающие дополнительное трение поршней о стенки цилиндров. Поэтому, несмотря на то, что с использованием штока, жёстко соединяющего поршни, устранена возможность перекоса поршней, попеременное воздействие центробежной и направленной под углом к ней силы со стороны шатуна неизбежно вызовет ускоренный износ цилиндро-поршневой гр5шпы. Трение скольженри, вызванное действием этих сил, приводит к дополнительному нагреву двигателя и снижению его КПД.In the described engine there are disadvantages inherent in the in-line engine, i.e. with pistons freely sliding in the cylinders, the influence of lateral forces (not coaxial with the direction of movement) transmitted from the crankshaft through the connecting rod creates additional friction of the pistons against the cylinder walls and causes increased wear of the cylinders and pistons. In addition, when the engine is running, centrifugal forces act on the pistons and rod with this engine design, which also cause additional friction of the pistons against the cylinder walls. Therefore, despite the fact that the use of a piston rod that connects the pistons firmly eliminates the possibility of piston misalignment, the alternating action of the centrifugal force directed at an angle to it from the connecting rod side will inevitably cause accelerated wear of the cylinder-piston group. Sliding friction caused by the action of these forces leads to additional heating of the engine and a decrease in its efficiency.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надёжности работы заявляемой машины, снижение её массы и з еньшение габаритных размеров, а техническим результатом исключение перекоса поршней и сведение к минимуму трения их о стенки цилиндров.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of the inventive machine, reduce its weight and reduce overall dimensions, and the technical result is the elimination of distortion of the pistons and minimizing their friction against the cylinder walls.

Для этого предложена многоцилиндровая поршневая машина объёмного действия, в частности , двигатель внутреннего сгорания, содержашая двухцилиндровый блок, выполненный в виде половины кольца, установленные в цилиндрах поршни, жёстко связанные между собой и соединённые с общим коленчатым валом с помощью кривошипно-шатунного механизма, характеризуюшаяся тем, что она дополнительно снабжена по крайней мере одним двухцилиндровым блоком, расположенным симметрично в одной плоскости с первым блоком, при этом оба блока размещены в общем корпусе, поршни цилиндров каждого блока соединены попарно между собой и объединены посредством единого маятникового механизма, в центре которого расположена ось качания.For this, a multi-cylinder reciprocating machine of volumetric action is proposed, in particular, an internal combustion engine containing a two-cylinder block made in the form of a half ring, pistons installed in the cylinders, rigidly interconnected and connected to a common crankshaft using a crank mechanism, characterized by that it is additionally equipped with at least one two-cylinder block located symmetrically in the same plane with the first block, while both blocks are placed in a common housing , the pistons of the cylinders of each block are interconnected in pairs and combined by means of a single pendulum mechanism, in the center of which the swing axis is located.

Многоцилиндровая поршневая машина объёмного действия характеризуется также тем, что маятниковый механизм выполнен в виде двуплечего рычага, установленного на центральной оси машины, пары поршней соединены элементом, вьшолненным в виде сегмента кольца и закреплённым на концах плечей рычага, на одном из плечей которого выполнен элемент для соединения с шатуном, а камеры сгорания расположены по окрз жности кольца.The multi-cylinder piston machine of volumetric action is also characterized by the fact that the pendulum mechanism is made in the form of a two-shouldered lever mounted on the central axis of the machine, the pairs of pistons are connected by an element made in the form of a ring segment and fixed to the ends of the lever arms, on which one element is made for connecting with a connecting rod, and the combustion chambers are located at the circumference of the ring.

Техническое решение иллюстрируется на чертежах: на фиг.1 приведена заявляемая конструкция в разрезе, на фиг. 2 - рабочий цикл машины. На фигурах изображено: 1 - первый двухцилиндровый блок, 2 поршень, 3 - коленчатый вал, 4 - шатун, 5 - второй двухцилиндровый блок, 6 - корпус машины, 7 - маятниковый механизм, 8 - ось качания, 9 - цилиндр.The technical solution is illustrated in the drawings: in Fig.1 shows the inventive design in section, in Fig. 2 - the duty cycle of the machine. The figures show: 1 - the first two-cylinder block, 2 piston, 3 - the crankshaft, 4 - the connecting rod, 5 - the second two-cylinder block, 6 - the machine body, 7 - the pendulum mechanism, 8 - the swing axis, 9 - the cylinder.

Поршневая машина в предпочтительном варианте содержит два двухцилиндровых блока 1 и 5, каждый из которых выполнен в виде половины кольца. Блоки объединены в общем корпусе 6. Цилиндры могут быть выполнены, например, в виде стаканов 9, размещённых внутри корпуса 6, как показано на фиг.1. Внутри цилиндрических блоков 1 и 5 попарно установлены поршни 2, жёстко связанные между собой. Поршневые группыобъединены маятниковым механизмом 7, которыйThe piston machine in the preferred embodiment contains two two-cylinder blocks 1 and 5, each of which is made in the form of a half ring. The blocks are combined in a common housing 6. The cylinders can be made, for example, in the form of glasses 9, placed inside the housing 6, as shown in figure 1. Inside the cylindrical blocks 1 and 5, pistons 2 are mounted in pairs, rigidly interconnected. The piston groups are connected by a pendulum mechanism 7, which

может быть выполнен, например, в виде двуплечего рычага. В центре двуплечего рычага расположена ось качания 8. Двуплечий рычаг установлен на центральной оси машины с помощью подшипника. Преобразование колебательного движения во вращательное производится обычным способом - с помощью шатуна 4 и коленчатого вала 3. Один конец шатуна связан с коленчатым валом, другой конец установлен на двуплечем рычаге с помощью подшипника.can be made, for example, in the form of a two-shouldered lever. In the center of the two-armed lever is the swing axis 8. The two-armed lever is mounted on the central axis of the machine using a bearing. The vibrational motion is converted into rotational motion in the usual way - using a connecting rod 4 and a crankshaft 3. One end of the connecting rod is connected to the crankshaft, the other end is mounted on a two-arm lever using a bearing.

Точка крепления шатуна к рычагу и способ крепления (шатун перемещается в плоскости колебаний рычага или вне этой плоскости) определяется конкретной конструкцией машины. Возможно, например, конструктивное решение, когда центральная ось установлена на подшипниках, закреплённых в теле блока цилиндров. Во всяком случае констрз ция должна исключить возможность перемещения поршневой группы в любом направлении, кроме движения по окружности, вокруг центральной оси.The connecting point of the connecting rod to the lever and the method of attachment (the connecting rod moves in the plane of oscillation of the lever or outside this plane) is determined by the specific design of the machine. It is possible, for example, a constructive solution when the central axis is mounted on bearings mounted in the body of the cylinder block. In any case, the design should exclude the possibility of moving the piston group in any direction, except for circular motion around the central axis.

В предлагаемом решении поршни жёстко связаны между собой попарно и объединены в единую конструкцию жёсткой связью, выполненной в виде двуплечего рычага, в центре которого расположена ось качания. Камеры сгорания расположены по окружности кольца. При работе две колебательное движение двуплечего рычага преобразуется во вращательное движение коленчатого вала с помощью щатуна.In the proposed solution, the pistons are rigidly interconnected in pairs and combined into a single structure by a rigid connection, made in the form of a two-shouldered lever, in the center of which the swing axis is located. Combustion chambers are located around the circumference of the ring. During operation, the two oscillatory motion of the two shoulders of the lever is converted into rotational motion of the crankshaft using a connecting rod.

При работе машины, например, в качестве ДВС поршни 2, перемещаясь в цилиндрических блоках 1 и 5 под действием давления в них передают усилие на двуплечий рычаг 7, качательное перемещение которого преобразуется во вращательное движение коленчатого вала 3. Рабочий цикл ДВС соответствует рабочему циклу обычного четырёхтактного двигателя. Па фиг.2 показаны четыре цилиндры двигателя «а, «б, «в, «г. Положение поршня в первом цилиндре соответствует концу первого такта - ВПУСК; во втором цилиндре - такт СЖАТИЕ; в третьем цилиндре - конец третьего такта РАБОЧИЙ ХОД; в четвёртом цилиндре - конец четвёртого такта ВЫПУСК.When the machine is operating, for example, as an internal combustion engine, the pistons 2, moving in cylindrical blocks 1 and 5 under pressure, transfer force to the two-arm lever 7, the oscillating movement of which is converted into the rotational movement of the crankshaft 3. The internal combustion engine's duty cycle corresponds to the duty cycle of a regular four-stroke engine. Pa figure 2 shows the four cylinders of the engine "a," b, "c," d. The position of the piston in the first cylinder corresponds to the end of the first cycle - INLET; in the second cylinder - the compression; in the third cylinder - the end of the third measure WORKING RUN; in the fourth cylinder - the end of the fourth measure ISSUE.

Возможный порядок работы цилиндров; 1-2-3-4 или 1 - 4 - 3 - 2. За один цикл, т.е. за четыре такта в двигателе, как и в обычном ДВС, совершается два оборота коленчатого вала.Possible cylinder operation; 1-2-3-4 or 1 - 4 - 3 - 2. In one cycle, i.e. for four cycles in the engine, as in a conventional ICE, two turns of the crankshaft are made.

Распределительный вал в данном двигателе может быть заменён на центрально расположенную распределительную шайбу, что может позволить существенно уменьшить габариты двигателя.The camshaft in this engine can be replaced by a centrally located camshaft, which can significantly reduce the size of the engine.

При определённой схеме построения двигатель может использоваться как двухтактный или дизель, а также в виде модуля при построении многоцилиндровой машины, где каждый модуль работает в противофазе.With a certain construction scheme, the engine can be used as a two-stroke or diesel engine, and also as a module in the construction of a multi-cylinder machine, where each module works in antiphase.

Так как поршни ДВС жёстко установлены на двуплечем рычаге, то при работе двигателя исключены их перекосы и соответственно трение их о стенки цилиндров сведено к минимому. Высота поршней может быть весьма малой, она определяется только возможностью установки 5пплотнительных колец м механической прочностью поршня.Since the internal combustion engine pistons are rigidly mounted on the two-arm lever, their distortions are excluded during engine operation and, accordingly, their friction against the cylinder walls is minimized. The height of the pistons can be very small, it is determined only by the ability to install 5 sealing rings and the mechanical strength of the piston.

Небольшое количество подвижных деталей и отсутствие пальцев, соединяющих в традиционных конструкциях поршень с шатуном, значительно повышают надёжность двигателя.A small number of moving parts and the absence of fingers connecting the piston to the connecting rod in traditional designs significantly increase engine reliability.

Снижается общая масса и уменьшаются габариты ДВС, а также повышается КПД. Источники информации;The total mass is reduced and the dimensions of the internal combustion engine are reduced, and the efficiency is also increased. Sources of information;

1.Патент СССР № 1190997, F 01В 5/00, F 02В 75/32, 1985. 2. Заявка Японии № 60-22027, F 02В 53/00, F 01С 9/00, 1985.1. USSR patent No. 1190997, F 01В 5/00, F 02В 75/32, 1985. 2. Japanese application No. 60-22027, F 02В 53/00, F 01С 9/00, 1985.

Claims

1. A multi-cylinder reciprocating machine of volumetric action, in particular an internal combustion engine, comprising a two-cylinder block made in the form of a half ring, pistons installed in the cylinders, rigidly interconnected and connected to a common crankshaft using a crank mechanism, characterized in that it is additionally equipped with at least one two-cylinder block located symmetrically in the same plane with the first block, while both blocks are placed in a common housing, the pistons of the cylinders of each About the block are connected in pairs among themselves and combined by means of a single pendulum mechanism, in the center of which the swing axis is located.

2. The multi-cylinder piston machine of volumetric action according to claim 1, characterized in that the pendulum mechanism is made in the form of a two-shouldered lever mounted on the central axis of the machine, pairs of pistons are connected by an element made in the form of a ring segment and mounted on the ends of the lever arms, on one of the shoulders of which an element is made for connecting to the connecting rod, and the combustion chambers are located around the circumference of the ring.