RU60140U1

RU60140U1 - CRANK MECHANISM

Info

Publication number: RU60140U1
Application number: RU2006133610/22U
Authority: RU
Inventors: Олег Григорьевич Гордиенко
Original assignee: Олег Григорьевич Гордиенко
Priority date: 2006-09-20
Filing date: 2006-09-20
Publication date: 2007-01-10

Abstract

Полезная модель относится к машиностроению, и может быть использовано в двухтактных, четырехтактных двигателях внутреннего сгорания, паровых машинах, двигателях Стирлинга, детандорах, бензиновых и керамических двигателях, поршневых компрессорах и т д. Технический результат: увеличение удельной мощности двигателя из-за повышения его максимального числа оборотов и отсутствия паразитных пространств, повышение надежности и долговечности благодаря тому, что силы, действующие на поршень при его работе, направлены вдоль оси цилиндров, а боковая составляющая стремится к нулю, уменьшение габаритов и снижение массы за счет уменьшения размеров шатуна, поршня, коленчатого вала и зубчатого зацепления, а также повышение экономичности двигателя в результате уменьшения трущихся поверхностей вращающихся и движущихся масс. Кривошипно-шатунный механизм состоит из цилиндров 1 и 10, оппозитно расположенных по отношению к друг другу, где поршни 2 и 9 жестко соединены общим штоком 3. Коленчатые валы 4 и 5 расположены симметрично относительно оси цилиндров и связаны между собой зубчатым зацеплением 6. Шатуны 7 связаны со штоком 3 и с соответствующим коленчатым валом. Коленчатые валы 4 и 5 расположены на таком расстоянии от оси штока 3, что кривошипы 8 и шатуны 7 могут занимать одновременно или поочередно положение, перпендикулярное оси штока 3. За два хода поршня - коленчатый вал совершает два полных оборота 720°, что дает возможность повысить максимальное число оборотов у серийного двигателя до 10000 оборотов в минуту бензинового двигателя, а дизельного до 8000 оборотов в минуту. В данном механизме ось цилиндров совпадает с осью поршня и штока.The utility model relates to mechanical engineering, and can be used in two-stroke, four-stroke internal combustion engines, steam engines, Stirling engines, expanders, gasoline and ceramic engines, reciprocating compressors, etc. Technical result: increase in specific power of the engine due to increase of its maximum the number of revolutions and the absence of parasitic spaces, increasing reliability and durability due to the fact that the forces acting on the piston during its operation are directed along the axis of the cylinders, and Wai component tends to zero, downsizing and weight reduction by reducing the size of the connecting rod, piston, crankshaft and gearing, as well as increase engine efficiency by reducing the friction surfaces of the rotating and moving masses. The crank mechanism consists of cylinders 1 and 10, opposed to each other, where the pistons 2 and 9 are rigidly connected by a common rod 3. Crankshafts 4 and 5 are located symmetrically with respect to the axis of the cylinders and are connected by gearing 6. Cranks 7 connected with the rod 3 and with the corresponding crankshaft. Crankshafts 4 and 5 are located at such a distance from the axis of the rod 3 that the cranks 8 and connecting rods 7 can occupy simultaneously or alternately a position perpendicular to the axis of the rod 3. In two piston strokes - the crankshaft makes two full revolutions of 720 °, which makes it possible to increase the maximum number of revolutions of a production engine is up to 10,000 revolutions per minute of a gasoline engine, and that of a diesel engine is up to 8,000 revolutions per minute. In this mechanism, the axis of the cylinders coincides with the axis of the piston and rod.

Description

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использовано в двухтактных, четырехтактных двигателях внутреннего сгорания, паровых машинах, двигателях Стирлинга, детандорах, бензиновых и керамических двигателях, поршневых компрессорах и т.д.The utility model relates to mechanical engineering and can be used in two-stroke, four-stroke internal combustion engines, steam engines, Stirling engines, expanders, gasoline and ceramic engines, reciprocating compressors, etc.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий картер с установленным на нем цилиндром с системой газораспределения, шток поршня цилиндра через кулису связан с двумя коленчатыми валами, которые размещены в картере параллельно один другому и кинематически связаны между собой для синхронного вращения в противоположные стороны (СССР, а.с №1281700, пл. Р 02 В 75/32 опубл. 1987 г.)A known internal combustion engine containing a crankcase mounted on it with a gas distribution system, the piston rod of the cylinder through the wings is connected to two crankshafts that are placed in the crankcase parallel to one another and kinematically connected to each other for synchronous rotation in opposite directions (USSR, a. with No. 1281700, pl. R 02 B 75/32 publ. 1987)

Однако, двигатель с таким кривошипно-шатунным механизмом металлоемок и имеет большие габариты.However, an engine with such a crank mechanism is metal-consuming and has large dimensions.

Известны двигатели внутреннего сгорания, содержащие, по меньшей мере, один цилиндр, размещенный в нем поршень, два параллельных коленчатых вала, расположенных симметрично относительно оси цилиндра и связанных между собой с возможностью вращения в противоположные стороны при помощи механизма передач, два шатуна, каждый из которых шарнирно соединен со штоком цилиндра и с соответствующим коленчатым валом (СССР, а.с. №1733654, Р 02 В 75/32, опубл. 15.05.92, США, патент №2885855 кл. Р 02 В 75/32, опубл. 1959 г.)Internal combustion engines are known, comprising at least one cylinder, a piston disposed therein, two parallel crankshafts arranged symmetrically about the axis of the cylinder and interconnected to rotate in opposite directions by a gear mechanism, two connecting rods, each of which pivotally connected to the cylinder rod and to the corresponding crankshaft (USSR, AS No. 1733654, P 02 B 75/32, publ. 05/15/92, USA, patent No. 2885855 C. R 02 B 75/32, publ. 1959 g.)

Двигатели имеют недостаточно высокий ресурс и большое количество деталей, подверженных воздействию трения.Engines do not have a high enough resource and a large number of parts subject to friction.

Известен двигатель, в котором оппозитно расположенные цилиндры соединены общим штоком, на котором выполнен кулачок с зубчатым A known engine in which the opposed cylinders are connected by a common rod on which a cam with a gear is made

зацеплением, посредством которого передается вращение рабочему валу (Франция, заявка №2264187, кл. Р 02 В 75/32, 1975 г.)gearing by which rotation is transmitted to the working shaft (France, application No. 2264187, CL 02 02/75/32, 1975)

Двигатель имеет недостаточно высокую удельную мощность.The engine has not enough high specific power.

Наиболее известным является двигатель, содержащий два оппозитно размещенных цилиндра, поршни которых соединены общим штоком, два коленчатых вала, расположенных симметрично оси цилиндров и связанных между собой зубчатым зацеплением, два шатуна, связанных со штоком и с соответствующим коленчатым валом (Швейцария патент №187502, кл. Р 01 В 75/32, опубл. 1937 г.)The most famous is an engine containing two opposed cylinders, the pistons of which are connected by a common rod, two crankshafts located symmetrically to the axis of the cylinders and connected by gearing, two connecting rods connected to the rod and the corresponding crankshaft (Switzerland patent No. 187502, cl R 01 B 75/32, publ. 1937)

В данном двигателе коленчатые валы расположены на таком расстоянии от оси штока, что кривошип и шатун каждого, коленчатого вала не могут занимать положение, перпендикулярное оси штока, а каждый коленчатый вал совершает один оборот 360° и пространство под поршнем не используется для получения полезной мощности, а вследствие этого удельная мощность двигателя не достаточно высокая.In this engine, the crankshafts are located at such a distance from the axis of the rod that the crank and connecting rod of each crankshaft cannot occupy a position perpendicular to the axis of the rod, and each crankshaft makes one 360 ° revolution and the space under the piston is not used to obtain useful power, and as a result, the specific power of the engine is not high enough.

Из-за большой площади боковой трущейся поверхности поршня и цилиндров снижается надежность работы двигателя, а также уменьшается ресурс двигателя.Due to the large area of the lateral friction surface of the piston and cylinders, the reliability of the engine is reduced, and the engine resource is also reduced.

Из-за шарнирного закрепления штока с поршнем невозможно уменьшить высоту поршня, а соответственно двигатель имеет большие габариты.Due to the articulation of the rod with the piston, it is impossible to reduce the height of the piston, and accordingly the engine has large dimensions.

Технический результат: увеличение удельной мощности двигателя из-за повышения его максимального числа оборотов и отсутствия паразитных пространств, повышение надежности и долговечности благодаря тому, что силы, действующие на поршень при его работе, направлены вдоль оси цилиндров, а боковая составляющая стремится к нулю, уменьшение габаритов и снижение массы за счет уменьшения размеров шатуна, поршня, коленчатого вала и зубчатого зацепления, а также повышение экономичности двигателя в результате уменьшения трущихся поверхностей, вращающихся и движущихся масс.Technical result: increase in specific power of the engine due to an increase in its maximum speed and lack of spurious spaces, increased reliability and durability due to the fact that the forces acting on the piston during its operation are directed along the axis of the cylinders, and the side component tends to zero, decreasing dimensions and weight reduction by reducing the size of the connecting rod, piston, crankshaft and gearing, as well as increasing the efficiency of the engine by reducing friction surfaces, rotation moving and moving masses.

Это достигается тем, что кривошипно-шатунный механизм состоящий из цилиндров, коленчатых валов, расположенных симметрично относительно оси цилиндров и связанных между собой зубчатым зацеплением, шатунов, связанных со штоком и с соответствующим коленчатым валом, имеет поршни цилиндров, жестко соединенные между собой штоком. При жестком соединении поршней со штоком отсутствует опрокидывающий момент поршня, что позволяет уменьшить его высоту до минимума и обеспечить уплотнение во избежание утечки газов между поршнем и цилиндром. Расположение коленчатых валов на расстоянии от оси штока, которое позволяет кривошипу и шатуну занимать положение, перпендикулярное оси штока при совершении каждым коленчатым валом 720° за два хода поршняThis is achieved by the fact that the crank mechanism consisting of cylinders, crankshafts located symmetrically with respect to the axis of the cylinders and connected by gearing, connecting rods connected with the rod and with the corresponding crankshaft, has pistons of cylinders rigidly connected to each other by the rod. With a rigid connection of the pistons to the piston rod, there is no tipping moment of the piston, which allows its height to be reduced to a minimum and sealing to prevent gas leakage between the piston and cylinder. The location of the crankshafts at a distance from the axis of the rod, which allows the crank and connecting rod to occupy a position perpendicular to the axis of the rod when each crankshaft completes 720 ° in two piston strokes

дает возможность повысить максимальное число оборотов двигателя. При этом, высота поршня уменьшается в 2-2,5 раза, а длина шатуна в 3-4 раза. Увеличение хода поршня более, чем в два раза приводит к более полному сгоранию топлива.makes it possible to increase the maximum engine speed. At the same time, the piston height is reduced by 2-2.5 times, and the length of the connecting rod by 3-4 times. An increase in the piston stroke by more than two times leads to a more complete combustion of fuel.

Сущность полезной модели поясняется фигурами.The essence of the utility model is illustrated by figures.

На фиг.1 показан кривошипно-шатунный механизм в момент расположения поршня в верхней мертвой точке (ВМТ), которая соответствует началу рабочего хода.Figure 1 shows the crank mechanism at the time the piston is located at top dead center (TDC), which corresponds to the beginning of the stroke.

На фиг.2 показан кривошипно-шатунный механизм, когда кривошип и шатун каждого коленчатого вала одновременно занимают положение, перпендикулярное оси штока, не создавая препятствие движению штока.Figure 2 shows the crank mechanism, when the crank and connecting rod of each crankshaft simultaneously occupy a position perpendicular to the axis of the rod, without creating an obstacle to the movement of the rod.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из цилиндров 1 и 10, оппозитно расположенных по отношению к друг другу, где поршни 2 и 9 жестко соединены общим штоком 3. Коленчатые валы 4 и 5 расположены симметрично относительно оси цилиндров и связаны между собой зубчатым зацеплением 6. Шатуны 7 связаны со штоком 3 и с соответствующим коленчатым валом. Коленчатые валы 4 и 5 расположены на таком расстоянии от оси штока 3, что кривошипы 8 и шатуны 7 могут занимать одновременно или поочередно положение, перпендикулярное оси штока 3. За два хода поршня - коленчатый вал совершает два полных оборота 720°, что дает возможность повысить максимальное число оборотов у серийного двигателя до 10000 оборотов в минуту бензинового двигателя, а дизельного до 8000 оборотов в минуту. В данном механизме оси цилиндров совпадают с осью поршня и штока.The crank mechanism consists of cylinders 1 and 10, opposed to each other, where the pistons 2 and 9 are rigidly connected by a common rod 3. Crankshafts 4 and 5 are located symmetrically with respect to the axis of the cylinders and are connected by gearing 6. Cranks 7 connected with the rod 3 and with the corresponding crankshaft. Crankshafts 4 and 5 are located at such a distance from the axis of the rod 3 that the cranks 8 and connecting rods 7 can occupy simultaneously or alternately a position perpendicular to the axis of the rod 3. In two piston strokes - the crankshaft makes two full revolutions of 720 °, which makes it possible to increase the maximum number of revolutions of a production engine is up to 10,000 revolutions per minute of a gasoline engine, and that of a diesel engine is up to 8,000 revolutions per minute. In this mechanism, the axis of the cylinders coincides with the axis of the piston and rod.

Кривошипно-шатунный механизм работает следующим образом: в начале рабочего хода поршень 2 находится в верхней мертвой точке (ВМТ). При рабочем ходе усилие от поршня 9 передается через шток 3 и шатуны 7 на коленчатые валы 4 и 5, приводя их во вращение в направлении, указанном стрелками. Коленчатые валы 4 и 5 соединены между собой зубчатым зацеплением 6 с передаточным числом n=1, что обеспечивает их синхронное вращение в противоположные стороны. Прохождение среднего положения обеспечивается за счет кинетической энергии коленчатых валов и давления газов на поршень. Рабочие процессы протекают в цилиндрах попеременно. При рабочем процессе в цилиндре 10 при прохождении поршнем 9 путь от верхней мертвой точки до нижней The crank mechanism works as follows: at the beginning of the stroke, the piston 2 is at top dead center (TDC). During the working stroke, the force from the piston 9 is transmitted through the rod 3 and connecting rods 7 to the crankshafts 4 and 5, bringing them into rotation in the direction indicated by the arrows. Crankshafts 4 and 5 are interconnected by gearing 6 with a gear ratio n = 1, which ensures their synchronous rotation in opposite directions. The passage of the middle position is ensured by the kinetic energy of the crankshafts and the pressure of the gases on the piston. Workflows take place alternately in the cylinders. When the working process in the cylinder 10 when passing the piston 9, the path from top dead center to bottom

мертвой точки валы 4 и 5 вращаются в направлении, указанном стрелками, и совершают поворот на 480° каждый (прямой ход), а в цилиндре 1 коленчатые валы 4 и 5 совершают поворот на 240° каждый (обратный ход). Таким образом, за два хода поршня коленчатые валы совершают два полных оборота на 720° (изготовлен макет кривошипно-шатунного механизма и проведены измерения).dead center, the shafts 4 and 5 rotate in the direction indicated by the arrows and rotate each 480 ° (forward stroke), and in cylinder 1 the crankshafts 4 and 5 rotate 240 ° each (reverse). Thus, in two piston strokes, the crankshafts make two full turns of 720 ° (a prototype of the crank mechanism was made and measurements were taken).

Применение усовершенствованного кривошипно-шатунного механизма позволяет создавать новые двигатели с увеличенной удельной мощностью до 100%, уменьшенной массой до 10%, увеличенным ресурсом на 20-30%, увеличенным максимальным числом оборотов до 70% и крутящим моментом до 40%.The use of an improved crank mechanism allows you to create new engines with increased specific power up to 100%, reduced weight up to 10%, increased resource by 20-30%, increased maximum speed to 70% and torque up to 40%.

Claims

A crank mechanism consisting of cylinders, two crankshafts located symmetrically relative to the axis of the cylinders and interconnected by gearing, connecting rods connected to the rod and the corresponding crankshaft, characterized in that the pistons of the cylinders are rigidly interconnected by a rod and the crankshafts the shafts are located at such a distance from the axis of the rod that the crank and connecting rod of each crankshaft can occupy a position simultaneously or alternately perpendicular to the axis of the rod, while for two strokes of the piston the crankshaft makes two full revolutions of 720 °.