RU2018009C1

RU2018009C1 - Piston internal combustion engine

Info

Publication number: RU2018009C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Белкин
Original assignee: Анатолий Александрович Белкин
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1991-06-17
Publication date: 1994-08-15

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: mechanism for converting motion of the engine has connecting rod 2, pin 4 pivotally connected to bottom head of connecting rod 2 and slide mounted in guides of link 5 made of a hollow provided in crank of shaft 7. Pin 4 is received in inner race of a bearing whose outer race is secured in the case and axis of the bearing is shifted with respect to axis of shaft 7. EFFECT: improved design. 4 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к поршневым двигателям внутреннего сгорания с циклическим характером работы, с поршнем, совершающим возвратно-поступательное движение. Может быть использовано как в дизельном двигателе, так и в двигателе с искровым зажиганием, в двухтактном и четырехтактном двигателе, в транспортных и стационарных средствах. The invention relates to mechanical engineering, namely to reciprocating internal combustion engines with a cyclic nature of operation, with a piston reciprocating. It can be used both in a diesel engine and in a spark ignition engine, in a two-stroke and four-stroke engine, in vehicles and stationary vehicles.

Известны и широко распространены двигатели внутреннего сгорания с кривошипно-шатунным механизмом, преобразующим возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение вала. Internal combustion engines with a crank mechanism that transforms the reciprocating motion of the piston into rotational motion of the shaft are known and widely used.

Известный кривошипно-шатунный механизм имеет существенный недостаток - с его помощью невозможно получить прирост КПД и мощности. Увеличение КПД и мощности двигателя достижимо только за счет изменения режима термохимических процессов, протекающих в цилиндре. The known crank mechanism has a significant drawback - with its help it is impossible to obtain an increase in efficiency and power. The increase in efficiency and engine power is achievable only by changing the regime of thermochemical processes in the cylinder.

Целью изобретения является устранение этого недостатка, т.е. увеличение КПД и мощности двигателя без изменения индикаторной работы с помощью предлагаемого преобразующего механизма. The aim of the invention is to eliminate this drawback, i.e. increase in efficiency and engine power without changing indicator operation using the proposed conversion mechanism.

Сущность изобретения состоит в том, что механизм преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение вала имеет две оси вращения, вал при этом расчленен. Механизм содержит удлиненный нижний палец шатуна, связанный с внутренним кольцом ограничивающего подшипника. Ось нижнего пальца является образующей, которая совершает круговое вращение, диаметр окружности которого равен величине хода поршня. Это первая ось вращения. На обоих концах нижнего пальца помещены кулисные камни, которые заходят в прорези кулис, являющихся коленами вала и жестко связанных с расчлененными частями вала. Ось вала является второй осью вращения. Ось вала находится внутри окружности вращения нижнего пальца шатуна. Вследствие смещения оси вала относительно первой оси вращения в процессе работы двигателя кулисные камни перемещаются в прорезях кулис, создавая таким образом плечо переменной длины. В такт рабочего хода плечо увеличивается, в такт сжатия - уменьшается, в результате чего суммарный крутящий момент, а, следовательно, КПД и выходная мощность двигателя, возрастает в сравнении с двигателем с известным кривошипно-шатунным механизмом. The essence of the invention lies in the fact that the mechanism for converting the reciprocating motion of the piston into rotational motion of the shaft has two axis of rotation, while the shaft is dissected. The mechanism comprises an elongated lower pin of the connecting rod connected with the inner ring of the limiting bearing. The axis of the lower finger is the generatrix, which performs a circular rotation, the diameter of the circle of which is equal to the magnitude of the piston stroke. This is the first axis of rotation. At both ends of the lower finger, rocker stones are placed that go into the slot of the wings, which are the knees of the shaft and rigidly connected with the dismembered parts of the shaft. The shaft axis is the second axis of rotation. The axis of the shaft is inside the circle of rotation of the lower pin of the connecting rod. Due to the displacement of the axis of the shaft relative to the first axis of rotation during operation of the engine, the rocker stones move in the slots of the rocker, thereby creating a shoulder of variable length. In step with the stroke, the shoulder increases, in compression, it decreases, as a result of which the total torque, and, consequently, the efficiency and output of the engine, increases in comparison with an engine with a known crank mechanism.

На фиг. 1 изображен продольный разрез двигателя; на фиг.2 - поперечный разрез двигателя с кулисой; на фиг.3 - поперечный разрез двигателя с ограничивающим подшипником; на фиг.4 - диаграммах крутящих моментов для тактов рабочего хода и сжатия с известным кривошипно-шатунным механизмом и предлагаемым механизмом. In FIG. 1 shows a longitudinal section of an engine; figure 2 is a transverse section of the engine with the wings; figure 3 is a transverse section of an engine with a limiting bearing; figure 4 - diagrams of torques for strokes of the stroke and compression with a known crank mechanism and the proposed mechanism.

Двигатель содержит поршень 1, шатун 2, корпус двигателя 3, нижний палец шатуна 4, кулисы 5, кулисные камни 6, вал 7, катки кулисного камня 8, катки кулис 9, противовесы кулис 10, наружное неподвижное кольцо ограничивающего подшипника 11, внутреннее вращающееся кольцо ограничивающего подшипника 12, противовесы ограничивающего подшипника 13, стенка крепления ограничивающего подшипника 14, ось вращения ограничивающего подшипника 15, ось вращения вала 16, разделительная стенка 17. По диаграмме крутящих моментов: площади ACDB и AEFB - величины для тактов рабочего хода и сжатия с известным механизмом, площади AGKB и LPB - величины для тактов рабочего хода и сжатия с предлагаемым механизмом. The engine comprises a piston 1, a connecting rod 2, an engine housing 3, a lower pin of a connecting rod 4, a link 5, a rocker 6, a shaft 7, a rocker 8 rollers, a link 9 rollers, a link 10 balances, an outer stationary ring of the limiting bearing 11, an inner rotary ring of limiting bearing 12, counterweights of limiting bearing 13, mounting wall of limiting bearing 14, axis of rotation of limiting bearing 15, axis of rotation of shaft 16, separation wall 17. According to the diagram of torques: areas ACDB and AEFB - values for working cycles and a compression stroke with a known mechanism, and the area AGKB LPB - values for stroke and compression strokes of the proposed mechanism.

Шатун 2 связан с нижним пальцем 4. Нижняя часть шатуна 2 раздвоена, поскольку с целью уменьшения длины двигателя каждый цилиндр имеет один ограничивающий подшипник 11,12, помещенный между раздвоенными частями шатуна 4. Неподвижное кольцо подшипника 11 жестко посажено на поперечную стенку крепления 14, жестко связанную с корпусом двигателя 3. Вращающееся кольцо подшипника 12 связано с нижним пальцем 4 и обеспечивает расчетную величину хода поршня 1. На обоих концах нижнего пальца 4 помещены кулисные камни 6, входящие в прорези кулис 5 и имеющие в последних возможность перемещения. Кулисы 5 являются коленами вала 7, выполненным расчлененными. Для снижения трения кулисные камни 6 обеспечены катками 8. Для большей жесткости кулисы 5 выполнены в виде швеллера. The connecting rod 2 is connected with the lower pin 4. The lower part of the connecting rod 2 is bifurcated, since in order to reduce the length of the engine each cylinder has one limiting bearing 11,12 placed between the bifurcated parts of the connecting rod 4. The stationary bearing ring 11 is rigidly seated on the transverse wall of the mount 14, rigidly connected with the engine housing 3. The rotating ring of the bearing 12 is connected with the lower pin 4 and provides the estimated value of the stroke of the piston 1. At both ends of the lower pin 4 are placed the rocker stones 6 included in the slots of the rocker 5 and having ednih ability to move. The wings 5 are the knees of the shaft 7, made dissected. To reduce friction, the rocker stones 6 are provided with rollers 8. For greater rigidity, the rocker 5 is made in the form of a channel.

Для стабилизации вала 7 относительно оси вращения 16 на стенках кулис 5 помещены катки 9, крутящиеся по дорожкам на разделительной стенке 17. Для уравновешения центробежных сил, возникающих при движении шатуна 2, нижнего пальца 4, кулисных камней 6 и утолщения в точке связи с нижним пальцем 4 вращающегося кольца подшипника 12 последний обеспечен противовесами 13. Для собственного уравновешения кулисы 5 имеют противовесы 10. Ось вращения вала 16 находится внутри окружности с центром 15, описываемой осью нижнего пальца шатуна 4. To stabilize the shaft 7 relative to the axis of rotation 16, rollers 9 are placed on the walls of the wings 5, rotating along the tracks on the dividing wall 17. To balance the centrifugal forces arising from the movement of the connecting rod 2, lower pin 4, rocker stones 6 and thickening at the point of connection with the lower finger 4 of the rotating ring of the bearing 12, the latter is provided with counterweights 13. For their own balancing, the wings 5 have counterweights 10. The axis of rotation of the shaft 16 is inside the circle with the center 15 described by the axis of the lower pin of the connecting rod 4.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При движении поршня 1 вниз (рабочий ход) нижний палец шатуна 4 под действием вращающегося кольца ограничивающего подшипника 12 удаляется от оси вращения вала 16, смещая при этом кулисные камни 6 по прорезям кулис 5, вследствие чего плечо и соответственно крутящий момент двигателя увеличивается. При движении поршня 1 вверх (такт сжатия) под действием вращающегося кольца ограничивающего подшипник 12 нижний палец шатуна 4 приближается к оси вала 16, перемещая кулисные камни 6 по прорезям кулис 5, уменьшая плечо и тем самым снижая величину крутящего момента, необходимого для выполнения работы сжатия. При дальнейшем движении поршня вверх плечо увеличивается, необходимый для сжатия крутящий момент возрастает, но незначительно, так как тангенциальная сила ввиду смещенного центра вращения вала 7 не возрастает до значений, получаемых в двигателе с известным механизмом с неизменным плечом. When the piston 1 moves down (stroke), the lower pin of the connecting rod 4 under the action of the rotating ring of the limiting bearing 12 is removed from the axis of rotation of the shaft 16, while shifting the rocker stones 6 along the slots of the rocker 5, as a result of which the arm and, accordingly, the engine torque increases. When the piston 1 moves upward (compression stroke) under the action of a rotating ring restricting the bearing 12, the lower pin of the connecting rod 4 approaches the axis of the shaft 16, moving the rocker stones 6 along the slots of the rocker 5, reducing the shoulder and thereby reducing the amount of torque required to perform the compression work . With further movement of the piston upward, the shoulder increases, the torque required for compression increases, but not significantly, since the tangential force due to the shifted center of rotation of the shaft 7 does not increase to the values obtained in an engine with a known mechanism with an unchanged shoulder.

Взятые произвольно величины смещения оси вала относительно оси вращения ограничивающего подшипника - на 1/2 радиуса вращения оси шатуна по оси абсцисс (вправо) и на 1/4 радиуса по оси ординат вниз - и проведенные расчеты крутящих моментов для тактов рабочего хода и сжатия по действительной индикаторной диаграмме дизеля с известным и предлагаемым механизмами дают следующие цифровые отношения

=

,

=

,

=

,

=

т. е. предлагаемый механизм позволяет увеличить КПД и выходную мощность в 2,56 раза при той же индикаторной мощности.Arbitrary values of the displacement of the shaft axis relative to the axis of rotation of the limiting bearing - 1/2 of the radius of rotation of the connecting rod axis along the abscissa axis (to the right) and 1/4 of the radius along the ordinate down - and the calculations of the torques for the stroke and compression on the actual the indicator diagram of a diesel engine with known and proposed mechanisms give the following digital relationships

=

,

=

,

=

,

=

i.e., the proposed mechanism allows to increase the efficiency and output power by 2.56 times with the same indicator power.

Claims

1. PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE, comprising a housing with dividing walls, a cylinder, a piston, a connecting rod with a piston and crank heads, a pin pivotally connected to the crank head of the connecting rod and a slider interacting with the guide, the output shaft, the crank with the counterweight, is made in counterweight with internal guides interacting with the slider, characterized in that, in order to increase efficiency, the link is made in the form of a rectangular recess in the body of the crank, the guide is made in the form of a bearing, uzhnaya clip which is fixed in the housing, while the inner race eccentrically mounted finger.

2. The engine according to claim 1, characterized in that the inner race of the bearing is made with a counterweight.

3. The engine according to claim 1, characterized in that the cranks are made with rolling elements in contact with the dividing walls.