RU2349813C1 - Two-shaft connecting rod gear - Google Patents
Two-shaft connecting rod gear Download PDFInfo
- Publication number
- RU2349813C1 RU2349813C1 RU2007136889/11A RU2007136889A RU2349813C1 RU 2349813 C1 RU2349813 C1 RU 2349813C1 RU 2007136889/11 A RU2007136889/11 A RU 2007136889/11A RU 2007136889 A RU2007136889 A RU 2007136889A RU 2349813 C1 RU2349813 C1 RU 2349813C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- rocker
- crankshafts
- shafts
- rod
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
- F02B75/048—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke length
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/06—Engines with means for equalising torque
- F02B75/065—Engines with means for equalising torque with double connecting rods or crankshafts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
- F02B75/18—Multi-cylinder engines
- F02B75/22—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
- F02B75/225—Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement having two or more crankshafts
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B9/00—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
- F04B9/02—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical
- F04B9/04—Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being mechanical the means being cams, eccentrics or pin-and-slot mechanisms
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16H—GEARING
- F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
- F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
- F16H21/16—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
- F16H21/18—Crank gearings; Eccentric gearings
- F16H21/20—Crank gearings; Eccentric gearings with adjustment of throw
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, насосах, компрессорах и механизмах для передачи возвратно-поступательного движения какой-либо детали во вращательное движение коленвалов и с вращательного движения коленвалов в возвратно-поступательное движение какой-либо детали, с возможностью задавания и изменения во время работы параметров характеристики этого возвратно-поступательного движения.The invention relates to mechanical engineering and can be used in internal combustion engines, pumps, compressors and mechanisms for transferring the reciprocating movement of a part to the rotational movement of the crankshafts and from the rotational movement of the crankshafts to the reciprocating motion of any part, with the possibility of setting and changes during operation of the characteristics parameters of this reciprocating motion.
Применение двухвального кривошипно-шатунного механизма (далее по тексту ДКШМ) в приводе рабочего поршня двигателя внутреннего сгорания (далее по тексту ДВС) позволяет обеспечить максимальный крутящий момент механизма в самом начале расширения рабочего заряда, когда его давление близко к максимальному, что в свою очередь дает возможность увеличить удельную мощность и коэффициент полезного действия ДВС, повысить его экономичность.The use of a two-shaft crank mechanism (hereinafter referred to as DCSHM) in the drive of the working piston of an internal combustion engine (hereinafter referred to as ICE) allows to provide the maximum torque of the mechanism at the very beginning of the expansion of the working charge, when its pressure is close to the maximum, which in turn gives the ability to increase the specific power and efficiency of the internal combustion engine, to increase its efficiency.
Наличие в нем устройства изменения угла установки коленвалов механизма относительно друг друга позволяет изменять в процессе работы двигателя рабочий ход одного или нескольких рабочих поршней, что в свою очередь позволит изменять рабочий объем камеры сгорания, тем самым изменять степень сжатия и обеспечить возможность настройки ДВС на различные режимы работы, а также при необходимости его работу на различных видах топлива (газ, бензин, дизтопливо и др.).The presence in it of a device for changing the angle of installation of the crankshafts of the mechanism relative to each other allows you to change the working stroke of one or more working pistons during engine operation, which in turn will allow you to change the working volume of the combustion chamber, thereby changing the compression ratio and providing the ability to configure the engine for various modes work, and also, if necessary, its work on various types of fuel (gas, gasoline, diesel fuel, etc.).
Близким аналогом заявленного устройства является техническое решение, описанное в патенте РФ №2275519 от 07.12.2004 г. Недостатком которого является то, что через коромысло на штангу в данном устройстве действуют большие поперечные силы, которые воспринимаются направляющей, в которой перемещается сама штанга и, соответственно, в узле штанга-направляющая возникают большие потери на трение и узел имеет малую надежность. Отсутствие возможности изменения хода поршня в процессе работы также является недостатком данного механизма.A close analogue of the claimed device is the technical solution described in the patent of the Russian Federation No. 2275519 dated 12/07/2004. The disadvantage of this is that through the beam on the rod in this device there are large transverse forces that are perceived by the guide in which the rod itself moves and, accordingly , in the node rod-guide there are large friction losses and the node has low reliability. The inability to change the piston stroke during operation is also a disadvantage of this mechanism.
В предлагаемом ДКШМ все перпендикулярные штанге силы, действующие через шатуны на коромысло, воспринимает маятник, шарнирно прикрепленный своим одним концом к коромыслу и своим другим концом шарнирно к корпусу ДВС или механизма. Применение маятника позволит применить штангу меньших весогабаритных показателей, избежать больших потерь на трение, повысить надежность механизма, а реакция маятника создает дополнительный положительный крутящий момент на валах механизма.In the proposed DKShM, all the forces perpendicular to the rod acting through the connecting rods on the beam are absorbed by the pendulum pivotally attached at one end to the beam and at its other end pivotally to the engine or mechanism body. The use of the pendulum will make it possible to use a rod of smaller overall dimensions, avoid large friction losses, increase the reliability of the mechanism, and the reaction of the pendulum creates an additional positive torque on the shafts of the mechanism.
Установка устройства изменения угла установки кривошипов между собой позволит изменять величину хода поршня в процессе работы.Installation of a device for changing the crank angle between each other will allow changing the magnitude of the piston stroke during operation.
Заявленный ДКШМ состоит из двух синхронно вращающихся коленчатых валов (кривошипов) 1 и 2, расположенных параллельно или соосно и связанных друг с другом шестернями 3 и 4 с передаточным отношением, равным единице, коромысла 9, соединенного с одноименными шатунными шейками двух указанных коленчатых валов шатунами 7 и 8, штанги 10, одним концом соединенной с коромыслом, а другим концом соединенной с деталью или поршнем 12, расположенным в цилиндре 13, маятника 11, одним концом соединенного с коромыслом, а другим концом соединенного с корпусом механизма или корпусом двигателя 14, при этом все соединения в двухвальном кривошипно-коромысло-шатунном механизме выполнены шарнирно.Declared DKShM consists of two synchronously rotating crankshafts (cranks) 1 and 2 located parallel or coaxially and connected to each other by
Заявленный двухвальный кривошипно-шатунный механизм поясняется чертежами.The claimed two-shaft crank mechanism is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображена кинематическая схема ДКШМ, где 1 и 2 - параллельные коленчатые валы, 3 и 4 - шестерни, 5 и 6 - шарниры шатунов, 7 и 8 - шатуны соответствующих валов, 9 - коромысло, 10 - штанга, 11 - маятник, 12 - рабочий орган или поршень, 13 - цилиндр или направляющая рабочего органа, 14 - корпус механизма или двигателя, 15 - устройство изменения угла установки кривошипов относительно друг друга;Figure 1 shows the kinematic diagram of the DKShM, where 1 and 2 are parallel crankshafts, 3 and 4 are gears, 5 and 6 are the hinges of the rods, 7 and 8 are the rods of the corresponding shafts, 9 is the rocker arm, 10 is the rod, 11 is the pendulum 12 - a working body or piston, 13 - a cylinder or a guide of a working body, 14 - a case of a mechanism or engine, 15 - a device for changing the angle of installation of cranks relative to each other;
На фиг.2 - вид снизу кинематической схемы ДКШМ.Figure 2 is a bottom view of the kinematic diagram of the DCSM.
На фиг.3 - вид снизу кинематической схемы ДКШМ, где применяется две штанги 10, между которыми перемещаются шатуны 7 и 8.Figure 3 is a bottom view of the kinematic scheme DKShM, where two
На фиг.4 - кинематическая схема заявляемого ДКШМ в ДВС, при перемещении поршня в цикле расширения, где шатуны 7 и 8 расположены перекрестно друг к другу, а коромысло 9 и поршень 12 лежат по разные стороны плоскости, в которой лежат оси коленвалов 1 и 2, штанга 10 пересекает эту плоскость.Figure 4 is a kinematic diagram of the inventive DCM in the internal combustion engine, when moving the piston in the expansion cycle, where the connecting
На фиг.5 - кинематическая схема ДВС с заявляемым ДКШМ при перемещении поршня в цикле сжатия, где шатуны 7 и 8 расположены перекрестно друг к другу, а коромысло 9 и поршень 12 лежат по разные стороны плоскости, в которой лежат оси коленвалов 1 и 2, штанга 10 пересекает эту плоскость.Figure 5 - kinematic diagram of the internal combustion engine with the claimed DKShM when moving the piston in a compression cycle, where the connecting
Ни фиг.6 - вариант кинематической схемы ДКШМ, в которой коромысло 9 и рабочий орган 12 находятся по одну сторону от плоскости, в которой лежат оси коленвалов, а шатуны 7 и 8 перекрещиваются между собой.6 is a variant of the kinematic scheme of the crankshaft, in which the
На фиг.7 - вариант кинематической схемы ДКШМ, в которой шатуны 7 и 8 не перекрещиваются между собой, а рабочий орган или поршень расположены по разные стороны плоскости, в которой лежат оси коленвалов, а штанга 10 пересекает эту плоскость.7 is a variant of the kinematic scheme of the crankshaft in which the connecting
На фиг.8 - вариант кинематической схемы ДКШМ, в которой шатуны 7 и 8 не перекрещиваются между собой, а рабочий орган или поршень расположены по одну сторону плоскости, в которой лежат оси коленвалов.On Fig - a variant of the kinematic scheme of the crankshaft in which the connecting
На фиг.9 показан вариант кинематической схемы ДКШМ, в которой одноопорные коленчатые валы 1 и 2 соосны между собой и связаны между собой коническими шестернями 3 и 4 через промежуточную шестерню 16, а коромысло и поршень или рабочий орган лежат по разные стороны от оси, через которую проходят оси коленвалов 1 и 2, где 5 и 6 - шарниры шатунов, 7 и 8 - шатуны соответствующих валов, 9 - коромысло, 10 - штанга, 11 - маятник, 12 - рабочий орган или поршень, 13 - цилиндр или направляющая рабочего органа, 14 - корпус механизма или двигателя, 15 - устройство изменения угла установки кривошипов относительно друг друга.Figure 9 shows a variant of the kinematic scheme of the crankshaft in which the single-bearing
На фиг.10 - то же, что и на фиг.9, вид А сбоку.In Fig.10 - the same as in Fig.9, a side view A.
На фиг.11 - то же, что и на фиг.9, вид Б снизу.In Fig.11 - the same as in Fig.9, view B from below.
На фиг.12 показан вариант кинематической схемы ДКШМ, в которой одноопорные коленчатые валы 1 и 2 соосны между собой, где 5 и 6 - шарниры шатунов, 7 и 8 - шатуны соответствующих валов, 9 - коромысло, 10 - штанга, 11 - маятник, 12 - рабочий орган или поршень, 13 - цилиндр или направляющая рабочего органа, 14 - корпус механизма или двигателя, 15 - устройство изменения угла установки кривошипов относительно друг друга, а коромысло 9 и поршень 12 или рабочий орган расположены по одну сторону от оси, через которую проходят оси коленвалов 1 и 2.On Fig shows a variant of the kinematic scheme DKShM, in which the single-bearing
На фиг.13 - упрощенная кинематическая схема однопоршневого ДВС, выполненного на основе заявленного ДКШМ с расположениями поршня, где показаны расстояния от верхней мертвой точки до поршня через каждые 30 градусов поворота коленвалов.In Fig.13 is a simplified kinematic diagram of a single-piston ICE made on the basis of the declared DKShM with the locations of the piston, which shows the distance from the top dead center to the piston every 30 degrees of crankshaft rotation.
На фиг.14 - упрощенная кинематическая схема традиционного одновального однопоршневого ДВС, где показаны углы, на которые поворачивается традиционный коленчатый вал при положениях поршня, повторяющего положения поршня ДНС выполненного на основе заявленного ДКШМ через каждые 30 градусов поворота коленвалов.On Fig - a simplified kinematic diagram of a traditional single-shaft single-piston engine, which shows the angles that the traditional crankshaft rotates at the positions of the piston, repeating the position of the piston CSN made on the basis of the declared DKShM every 30 degrees of crankshaft rotation.
На фиг.15 - упрощенная кинематическая схема однопоршневого ДВС, выполненного на основе заявленного ДКШМ с расположением поршня, где показаны положения шатунов и коромысла при повороте коленвалов на 30 градусов от верхней мертвой точки поршня и показаны тангенциальные силы Тэкс, действующие на валы экспериментального ДВС через каждые 30 градусов поворота коленвалов при Рраб=1.On Fig - a simplified kinematic diagram of a single-piston ICE, made on the basis of the declared DKShM with the location of the piston, which shows the position of the connecting rods and rocker when crankshaft is turned 30 degrees from the top dead center of the piston and shows the tangential forces Tex acting on the shafts of the experimental ICE every 30 degrees of crankshaft rotation with Rrab = 1.
На фиг.16 - графики изменения крутящих моментов за один рабочий цикл расширения рабочего газа традиционного одноцилиндрового ДВС - кривая А и заявляемого одноцилиндрового ДВС - кривая БOn Fig - graphs of changes in torque for one working cycle of expansion of the working gas of a traditional single-cylinder internal combustion engine - curve A and the inventive single-cylinder internal combustion engine - curve B
Заявленный ДКШМ имеет несколько вариантов исполнения.Declared DKShM has several options.
Вариант исполнения ДКШМ, использованного в конструкции ДВС. Предлагаемый механизм состоит из двух параллельно расположенных коленчатых валов (кривошипов) 1 и 2 с установленными на них шестернями 3 и 4. Коленчатые валы 1 и 2 имеют возможность синхронного вращения в любых направлениях и связаны посредством шарниров 5 и 6 с шатунами 7 и 8. Шатуны 7 и 8 находятся в разных плоскостях и шарнирно связаны с корпусом коромысла 9. Коромысло 9 шарнирно связано с шатунами 7 и 8 и со штангой 10. Коромысло 9 имеет форму и размеры, позволяющую шарнирно связать его корпус с соответствующим валом посредством как минимум одного шатуна, а один или более рабочие органы шарнирно связать с коромыслом через, как минимум, одну штангу, при этом шатуны 7 и 8 имеют возможность перемещения каждый в своей плоскости, а шарнирные соединения выполнены в необходимом по параметрам месте корпуса коромысла. Одна или более штанга 10 шарнирно связана своим одним концом с рабочим органом, а другим своим концом, как указано выше, шарнирно связана с корпусом коромысла. Штанга 10 имеет форму, позволяющую беспрепятственно перемещаться шатунам 7 и 8, может быть, как один из вариантов, выполнена в виде вилки или применяется две штанги. В качестве рабочего органа в данном варианте использован поршень 12, который подвижно установлен в цилиндре 13. Корпус коромысла так же шарнирно крепится к одному концу маятника 11, который в свою очередь другим своим концом шарнирно прикреплен к корпусу механизма 14. При работе механизма все возникающие перпендикулярные штанге силы, действующие на коромысло, будут восприниматься маятником и не будут оказывать изгибающего воздействия на штангу.Variant of the DKShM used in the design of the internal combustion engine. The proposed mechanism consists of two parallel located crankshafts (cranks) 1 and 2 with
Если предлагаемый механизм применить в двигателе внутреннего сгорания, то он работает следующим образом.If the proposed mechanism is used in an internal combustion engine, then it works as follows.
При сгорании топливно-воздушной смеси расширяющиеся газы воздействуют с силой Р на поршень 12, что приводит его в движение внутри цилиндра 13 (см фиг.3). Поршень 12 толкает штангу 10, которая посредством коромысла 9 и шатунов 7 и 8 приводит коленчатые валы (кривошипы) 1 и 2 во вращение. При достижении поршнем 12 нижней мертвой точки (далее по тексту НМТ) далее на коромысло 9 через шатуны 7 и 8 воздействует сила инерции от вращающихся коленвалов 1 и 2, которая через штангу перемещает поршень 12 в положение ВМТ, происходит выпуск и выталкивание продуктов сгорания, после чего поршень 12 возвращается в НМТ и производят подачу новой порции топливо-воздушной смеси (см. фиг.4). Далее на коромысло 9 через шатуны 7 и 8 воздействует сила инерции от вращающихся коленвалов 1 и 2, которая через штангу перемещает поршень 12 в положение ВМТ, производя при этом сжатие топливно-воздушной смеси (см. фиг.5). Далее цикл повторяется. Характеристика крутящего момента на коленвалах 1, 2 и скорость перемещения поршня 12 в прямом и обратном направлении, при неизменном радиусе кривошипов, могут быть различными и зависят от угла α установки одного кривошипа относительно другого. Также характеристики крутящего момента на коленвалах 1, 2 и скорость перемещения поршня 12 можно задавать и геометрическими размерами шатунов 7 и 8, коромысла 9, межосевого расстояния валов 1 и 2, а также изменением их пропорций. Изменения характеристики крутящего момента на коленвалах 1, 2 и скоростной характеристики возвратно-поступательного движения поршня 12 как в прямом, так и в обратном направлении без изменения радиусов коленвалов 1 и 2 и их заданной угловой скорости можно осуществить за счет изменения длины шатунов 7 и 8. Чем больше длина шатунов 7 и 8 при неизменяемых других геометрических параметрах механизма, тем меньше соотношение угла поворота коленвалов 1 и 2 при движении поршня от НМТ к ВМТ к углу поворота при движении от ВМТ к НМТ и, соответственно, так же будет меняться соотношение скорости при движении поршня 12 от НМТ к ВМТ к скорости поршня 12 от ВМТ к НМТ. Такой же закономерности подчиняются и соотношения значений максимальных крутящих моментов на валах в данных диапазонах. Чем больше длина шатунов, тем меньше соотношение этих величин и, наоборот, чем меньше длина шатунов, тем соотношение скоростей и максимальных крутящих моментов больше и минимальная величина длины шатунов ограничена конструктивными соотношениями остальных геометрических параметров механизма, обеспечивающими его работоспособность, беспрепятственное вращение валов 1 и 2 и исключающими заклинивание механизма.During the combustion of the fuel-air mixture, the expanding gases act with a force P on the
Необходимые параметры механизма можно рассчитать по следующим формуламThe necessary parameters of the mechanism can be calculated using the following formulas
Крутящий момент механизма определяется по формуле: Мкр=М1+М2, где:The torque of the mechanism is determined by the formula: Mkr = M1 + M2, where:
M1 - крутящий момент коленвала 1;M1 -
М2 - крутящий момент коленвала 2.M2 -
Крутящий момент вала 1 определяется по формуле: М1=Т1×R1, где:The torque of the
T1 - тангенциальная сила коленвала 1;T1 - tangential force of the
R1 - радиус коленвала (кривошипа) 1.R1 - radius of the crankshaft (crank) 1.
Крутящий момент вала 2 определяется по формуле: M2=T2×R2, где:The torque of the
Т2 - тангенциальная сила коленвала 2;T2 - tangential force of the
R2 - радиус коленвала 2.R2 -
Тангенциальная сила, действующая на вал 1, определяется по формуле:The tangential force acting on the
T1=P×Sinγ1/Cosβ1, где:T1 = P × Sinγ1 / Cosβ1, where:
Р - давление газов на поршень.P is the pressure of the gases on the piston.
Тангенциальная сила, действующая на вал 2, определяется но формуле:The tangential force acting on the
T2=P×Sinγ2/Cosβ2, где:T2 = P × Sinγ2 / Cosβ2, where:
Р - давление газов на поршень.P is the pressure of the gases on the piston.
Работа при вращательном движении находится по формуле:Work with rotational motion is found by the formula:
где: Мкр - крутящий момент на валах ДВС, действующий за угол от 0 до φ2 - угол, на который поворачиваются валы при расширении рабочего газа и ходе поршня от ВМТ к НМТ.where: MKR is the torque on the ICE shafts, acting over an angle from 0 to φ2 is the angle by which the shafts rotate when the working gas expands and the piston travels from TDC to BDC.
Работа за один цикл расширения рабочего заряда равна сумме крутящих моментов, действующих за время поворота валов, за который произошло расширение рабочих газов. Из этого следует: площадь под кривыми будет равняться совершенной работе действительного цикла.Work in one cycle of expansion of the working charge is equal to the sum of the torques acting during the rotation of the shafts, during which the expansion of the working gases occurred. It follows: the area under the curves will be equal to the perfect work of the actual cycle.
Рассмотрим, например, кинематическую схему 107-кубового одноцилиндрового четырехтактного ДВС, устанавливаемого на мини-мотороллер марки «REGGI». Фиг.14. Цилиндропоршневая группа (далее по тексту ЦПГ) и кривошипно-шатунный механизм (далее по тексту КШМ) которого имеют следующие геометрические размеры: радиус кривошипа Кст=25 мм, ход поршня соответственно = 50 мм, длина шатуна L=80 мм, диаметр цилиндра и поршня D=52 мм. Для сравнения спроектируем и рассмотрим двухвальный кривошипно-коромысло-шатунный механизм (далее по тексту ДКШМ) с близким по значению ходом поршня. Получаются следующие значения: радиусы коленвалов К1=К2=22 мм, межосевое расстояние = 96 мм, ход поршня = 52 мм, длина штанги = 200 мм, угол установки между валами = 60 градусов. Фиг.13. Применяя вышеприведенные геометрические параметры ДКШМ и КШМ, используя в расчетах данные одной ЦПГ, а также вышеприведенные формулы и используя одинаковые данные по давлению на поршень, есть возможность произвести расчет работы одного рабочего цикла для обоих двигателей.Consider, for example, the kinematic diagram of a 107cc single-cylinder four-stroke ICE mounted on a REGGI mini-scooter. Fig.14. The cylinder-piston group (hereinafter referred to as CPG) and the crank mechanism (hereinafter referred to as KShM) which have the following geometric dimensions: crank radius Kst = 25 mm, piston stroke = 50 mm, respectively, connecting rod length L = 80 mm, cylinder and piston diameters D = 52 mm. For comparison, we will design and consider a two-shaft crank-beam-rocker-connecting rod mechanism (hereinafter referred to as DKShM) with a similar piston stroke. The following values are obtained: crankshaft radii K1 = K2 = 22 mm, center distance = 96 mm, piston stroke = 52 mm, rod length = 200 mm, angle between shafts = 60 degrees. Fig.13. Applying the above geometric parameters DKShM and KShM, using the data of one CPG in the calculations, as well as the above formulas and using the same data on the pressure on the piston, it is possible to calculate the operation of one duty cycle for both engines.
Для примера рассмотрим положение поршня на экспериментальном ДВС, когда его коленчатые валы повернулись на 30 градусов от положения поршня, когда он занимает ВМТ, и поршень переместился на 5 мм. На такое же расстояние переместим поршень на стандартном ДВС «REGGI». Так как у обоих двигателей рассматриваем одинаковое положение поршней, одинаковый надпоршневой объем, то давление в них будет одинаковым, тогда для упрощения расчета можем принять расчетное рабочее давление за условную единицу Рраб=1 и, используя вышеприведенные формулы, находим тангенциальную силу Т для экспериментального ДВС:As an example, consider the position of a piston on an experimental internal combustion engine when its crankshafts rotate 30 degrees from the position of the piston when it occupies the TDC and the piston moves 5 mm. At the same distance we move the piston on a standard REGGI ICE. Since both engines consider the same position of the pistons, the same over-piston volume, the pressure in them will be the same, then to simplify the calculation, we can take the calculated working pressure as the standard unit Prab = 1 and using the above formulas, we find the tangential force T for the experimental ICE:
на коленвале 1 - T1=P×Sinγ1/Cosβ1;on crankshaft 1 - T1 = P × Sinγ1 / Cosβ1;
на коленвале 2 - T2=PxSinγ2/Cosβ2,on crankshaft 2 - T2 = PxSinγ2 / Cosβ2,
для каждого положения поршня с T1 по T5. Далее, умножая эти значения на реальные значения уменьшающегося давления Рраб, получаем действующие значения тангенциальной силы Т для каждого положения поршня и коленвалов. Результаты заносим в таблицу 1. Умножим эти значения на радиусы используемых кривошипов, получим действующие крутящие моменты на валах ДКШМ.for each piston position T1 through T5. Further, multiplying these values by the real values of the decreasing pressure Prab, we obtain the effective values of the tangential force T for each position of the piston and crankshafts. The results are listed in table 1. We multiply these values by the radii of the cranks used, and we obtain the actual torques on the shafts of the crankshaft.
M1=T1R1; M2=T2R2M1 = T1R1; M2 = T2R2
Далее находим суммарный крутящий момент Мкр.экс на валах экспериментального ДВС. Крутящий момент экспериментального ДВС складывается из крутящих моментов на его валахNext, we find the total torque Mkr.ex on the shafts of the experimental engine. The torque of the experimental internal combustion engine is the sum of the torques on its shafts
Мкр.экс=М1+М2Microex = M1 + M2
Результаты заносим в таблицу 1.The results are listed in table 1.
Производим такие же расчеты для стандартного традиционного ДВС «REGGI», находим Тст - тангенциальную силу на коленвале:We make the same calculations for the standard traditional REGGI ICE, we find Tst - the tangential force on the crankshaft:
Тст=Рст×Sinγ/Cosβ,Tst = Pst × Sinγ / Cosβ,
умножая на радиус вала стандартного ДВС Кст=25 мм, находим крутящий момент на валу стандартного ДВС Мкр.ст,multiplying by the radius of the shaft of the standard ICE Kst = 25 mm, we find the torque on the shaft of the standard ICE Mkr.st,
Мкр.ст=Тст*RстMicr.st = Tst * Rst
Результаты заносим в таблицу 1.The results are listed in table 1.
Сравнивая полученные значения, видим: крутящий момент в данном положении поршня на валах экспериментального ДВС в 1,5 раза больше крутящего момента на валу стандартного ДВС. Считая крутящие моменты для разных положения поршня, получаем значения, которые отражены в таблице и графиках под буквами А и Б фиг.16.Comparing the obtained values, we see: the torque in this position of the piston on the shafts of the experimental ICE is 1.5 times greater than the torque on the shaft of the standard ICE. Considering the torques for different positions of the piston, we obtain the values that are reflected in the table and graphs under the letters A and B of Fig. 16.
Кривая, обозначенная буквой А - значения крутящего момента на коленчатом вале стандартного двигателя «REGGI», а площадь фигуры под кривой - это работа, выполненная стандартным ДВС за один рабочий цикл расширения. Кривая, обозначенная буквой Б - значения суммы крутящего момента на коленчатых валах заявляемого экспериментального двигателя, а площадь фигуры под кривой - это работа, выполненная экспериментальным ДВС за один рабочий цикл расширения. Площадь фигуры под кривой, обозначенной буквой Б, больше площади фигуры под кривой, обозначенной буквой А, на 17%, это показывает, что за один рабочий цикл экспериментальный ДВС произвел работы больше на такую же величину, чем стандартный ДВС. Но за счет усложнения конструкции, из-за замены одновального КШМ на ДКШМ, стал ниже механический КПД заявляемого ДВС, поэтому часть повышения КПД экспериментального ДВС потратится на преодоление возросших механических потерь.The curve indicated by the letter A is the torque value on the crankshaft of the standard REGGI engine, and the area under the curve is the work performed by the standard ICE in one working expansion cycle. The curve indicated by the letter B is the sum of the torque on the crankshafts of the inventive experimental engine, and the area under the curve is the work performed by the experimental internal combustion engine in one working expansion cycle. The area of the figure under the curve indicated by the letter B is 17% larger than the area of the figure under the curve indicated by the letter A, which shows that in one working cycle the experimental ICE performed the same amount of work as the standard ICE. But due to the complexity of the design, due to the replacement of a single-shaft KShM by DKShM, the mechanical efficiency of the claimed ICE has become lower, therefore, part of the increase in the efficiency of the experimental ICE will be spent on overcoming the increased mechanical losses.
На основе заявляемого ДКШМ был построен экспериментальный ДВС на базе 107 см кубового четырехтактного ДВС, устанавливаемого на мини-мотороллер марки «REGGI», и были проведены сравнительные тесты по расходу горючего. На стандартный двигатель указанной марки и кубатуры был установлен электрогенератор и с помощью этой установки был доведен до кипения один литр воды в электрочайнике и был проведен замер расхода топлива. Далее цилиндропоршневая группа с этого двигателя «REGGI», со стандартным газораспределительным механизмом, с той же системой питания и зажигания, была установлена на ДКШМ, с таким же ходом поршня и был произведен такой же эксперимент. Замеры расхода топлива показали, что по сравнению со стандартным ДВС экспериментальный ДВС на одну и ту же произведенную работу потребляет меньше топлива на 7%, а 10% из 17% потратились на преодоление трения в более сложном механизме и подтвердили теоретический расчет повышения КПД ДВС и его экономичности.Based on the claimed DKShM, an experimental internal combustion engine was built on the basis of 107 cm cubic four-stroke internal combustion engine installed on a REGGI mini-scooter, and comparative tests were conducted on fuel consumption. An electric generator was installed on a standard engine of the indicated brand and cubic capacity, and with this installation one liter of water was brought to a boil in an electric kettle and fuel consumption was measured. Further, the cylinder-piston group from this REGGI engine, with a standard gas distribution mechanism, with the same power and ignition system, was installed on the DKShM, with the same piston stroke, and the same experiment was performed. Measurements of fuel consumption showed that, compared with a standard internal combustion engine, an experimental internal combustion engine for the same work performed consumes less fuel by 7%, and 10% of 17% spent on overcoming friction in a more complex mechanism and confirmed the theoretical calculation of increasing the internal combustion engine efficiency and its profitability.
На показанном примере можно убедиться, что установка максимума собственной характеристики крутящего момента ближе к началу поворота валов от ВМТ поршня за счет установки одного кривошипа относительно другого с углом α, позволяет более эффективно использовать энергию расширяющегося заряда, повысить крутящий момент на его валах, мощность, КПД и экономичность ДВС.In the example shown, it can be verified that setting the maximum of the own torque characteristic closer to the start of the shaft rotation from the TDC of the piston due to the installation of one crank relative to the other with an angle α, allows more efficient use of the energy of the expanding charge, increase the torque on its shafts, power, efficiency and the economy of ICE.
Данный механизм имеет возможность изменения различных параметров, таких как: увеличение крутящего момента без увеличения радиуса кривошипов, увеличение и смещение к началу угла поворота (при положении поршня в ВМТ) максимального значения собственной несимметричной механической характеристики передачи крутящего момента механизма при движения поршня от ВМТ к НМТ, изменение хода поршня без изменения радиуса кривошипов, уменьшение заданных значений ускорений поршня при перемене направления движения в НМТ и ВМТ, соответственно, уменьшение инерционных нагрузок на детали механизма.This mechanism has the ability to change various parameters, such as: increasing the torque without increasing the radius of the cranks, increasing and shifting to the beginning of the rotation angle (when the piston is in the TDC) the maximum value of the intrinsic asymmetric mechanical characteristic of the transmission of torque of the mechanism when the piston moves from TDC to BDC , a change in the stroke of the piston without changing the radius of the cranks, a decrease in the set values of the acceleration of the piston when changing the direction of movement in the BDC and TDC, respectively, is reduced e inertial loads on the details of the mechanism.
Вышеуказанные параметры можно изменять в зависимости от поставленной задачи, варьируя величиной сдвига угла α между кривошипами и варьируя геометрическими размерами коромысла, шатунов, межосевого расстояния валов и изменением их пропорций, которые ограничиваются заданными весогабаритными показателями механизма и прочностью применяемых материалов.The above parameters can be changed depending on the task, varying the shift of the angle α between the cranks and varying the geometric dimensions of the rocker arm, connecting rods, axle spacing of the shafts and changing their proportions, which are limited by the specified weight and size indicators of the mechanism and the strength of the materials used.
ДКШМ также может быть выполнен в следующих вариантах.DKShM can also be performed in the following variants.
Возможен вариант кинематической схемы ДКШМ, в которой коромысло 9 и рабочий орган 12 находятся по одну сторону от плоскости, в которой лежат оси колен валов (см. фиг.6).A possible variant of the kinematic scheme of the bcc, in which the
Возможен вариант кинематической схемы ДКШМ, в которой шатуны 7 и 8 не перекрещиваются между собой, а рабочий орган или поршень расположены по разные стороны плоскости, в которой лежат оси коленвалов, а штанга 10 пересекает эту плоскость (см. фиг.7).A variant of the kinetic scheme of the crankshaft is possible, in which the connecting
Возможен вариант кинематической схемы ДКШМ, в которой шатуны 7 и 8 не перекрещиваются между собой, а рабочий орган или поршень расположены по одну сторону плоскости, в которой лежат оси коленвалов (см. фиг.8).A variant of the kinematic scheme of the crankshaft is possible, in which the connecting
Возможен вариант кинематической схемы ДКШМ, в которой одноопорные коленчатые валы 1 и 2 соосны между собой и связаны между собой коническими шестернями 3 и 4 через промежуточную шестерню 16, обеспечивающими встречное вращение валов, а коромысло и поршень или рабочий орган лежат по разные стороны от оси, через которую проходят оси коленвалов 1 и 2 (см. фиг.9).A variant of the DKShM kinematic scheme is possible, in which the single-bearing
Возможен вариант кинематической схемы ДКШМ, в которой одноопорные коленчатые валы 1 и 2 соосны между собой и связаны между собой коническими шестернями 3 и 4 через промежуточную шестерню 16, обеспечивающими встречное вращение валов, а коромысло 9 и поршень 12 или рабочий орган расположены по одну сторону от оси, через которую проходят оси коленвалов 1 и 2 (см. фиг.12).A variant of the DKShM kinematic scheme is possible, in which the single-bearing
Соосное расположение валов позволяет уменьшить длину шатунов и, соответственно, снизить массогабаритные характеристики ДВС при одинаковых технических характеристиках. Величина хода поршня в ДКШМ с параллельными валами зависит от радиуса кривошипов и их межосевого расстояния, а соосное расположение валов позволяет ход поршня сделать зависимым только от величины радиуса кривошипов и угла установки между валами. При этом для повышения крутящего момента с помощью увеличения радиуса кривошипов соосных валов мы незначительно увеличиваем ход поршня и его линейную скорость.The coaxial arrangement of the shafts allows to reduce the length of the connecting rods and, accordingly, to reduce the weight and size characteristics of the internal combustion engine with the same technical characteristics. The magnitude of the piston stroke in a DKShM with parallel shafts depends on the radius of the cranks and their center distance, and the coaxial arrangement of the shafts allows the piston stroke to be made dependent only on the magnitude of the radius of the cranks and the angle between the shafts. Moreover, to increase the torque by increasing the radius of the cranks of the coaxial shafts, we slightly increase the piston stroke and its linear speed.
Все варианты исполнения ДКШМ могут выполняться таким образом, при котором поршень 12 соединен с коромыслом 9 двумя штангами 10 (например, на фиг.3). Такая конструкция позволяет расположить шатуны 7 и 8 на минимальном расстоянии друг другу и сделать минимальными силы, которые будут оказывать изгибающее действие на шатуны.All versions of the DKShM can be performed in such a way that the
Устройство изменения угла установки валов относительно друг друга позволяет изменять угол установки валов относительно их симметричной установки относительно друг друга, тем самым изменять ход поршня. При симметричной установке валов относительно друг друга, когда угол будет равен нулю, ход поршня будет максимальным для данной конструкции, чем больше угол установки между валами, тем меньше ход поршня. При установке угла между валами равным 180 градусам ход поршня может быть равен нулю (поршень будет стоять на месте).A device for changing the angle of the shafts relative to each other allows you to change the angle of the shafts relative to their symmetrical installation relative to each other, thereby changing the piston stroke. With a symmetrical installation of the shafts relative to each other, when the angle is equal to zero, the piston stroke will be maximum for this design, the larger the installation angle between the shafts, the smaller the piston stroke. When setting the angle between the shafts equal to 180 degrees, the piston stroke can be zero (the piston will stand still).
Устройство может размещаться на одной из шестерен, связывающих коленвалы между собой. На фиг.1 устройство обозначено цифрой 15. Работает устройство следующим образом: во время установки валов, а также во время работы механизма устройство обеспечивает поворот на нужный угол шестерни 4 относительно кривошипа 2, соответственно, на этот же угол будет изменяться положение валов 1 и 2 относительно друг друга.The device can be placed on one of the gears connecting the crankshafts to each other. In Fig. 1, the device is indicated by the
Claims (4)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007136889/11A RU2349813C1 (en) | 2007-10-05 | 2007-10-05 | Two-shaft connecting rod gear |
PCT/RU2008/000623 WO2009045127A1 (en) | 2007-10-05 | 2008-09-30 | Two-shaft crank mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007136889/11A RU2349813C1 (en) | 2007-10-05 | 2007-10-05 | Two-shaft connecting rod gear |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2349813C1 true RU2349813C1 (en) | 2009-03-20 |
Family
ID=40526429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007136889/11A RU2349813C1 (en) | 2007-10-05 | 2007-10-05 | Two-shaft connecting rod gear |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2349813C1 (en) |
WO (1) | WO2009045127A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2742155C1 (en) * | 2020-03-27 | 2021-02-02 | Александр Михайлович Рудник | Internal combustion engine with the variable compression rate |
WO2021033055A1 (en) * | 2019-08-20 | 2021-02-25 | Sopulis Juris | Antiparallelogram linkage mechanism and a wing drive mechanism using thereof |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20170284286A1 (en) * | 2014-09-23 | 2017-10-05 | Giuseppe Maria MICELI | Internal combustion engine and method to build it |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3137933A1 (en) * | 1981-09-24 | 1983-04-14 | Volkswagenwerk Ag, 3180 Wolfsburg | Arrangement for mass balancing in a reciprocating-piston crankshaft engine |
RU2184864C1 (en) * | 2001-07-20 | 2002-07-10 | Анашин Дмитрий Викторович | Internal combustion engine |
RU2262608C2 (en) * | 2003-12-02 | 2005-10-20 | Абрамов Борис Николаевич | Internal combustion engine |
RU2275519C1 (en) * | 2004-12-07 | 2006-04-27 | Павел Игнатьевич Загуменнов | Universal two-shaft crank-rocker-connecting rod mechanism and internal combustion engine employing such mechanism |
-
2007
- 2007-10-05 RU RU2007136889/11A patent/RU2349813C1/en not_active IP Right Cessation
-
2008
- 2008-09-30 WO PCT/RU2008/000623 patent/WO2009045127A1/en active Application Filing
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021033055A1 (en) * | 2019-08-20 | 2021-02-25 | Sopulis Juris | Antiparallelogram linkage mechanism and a wing drive mechanism using thereof |
RU2742155C1 (en) * | 2020-03-27 | 2021-02-02 | Александр Михайлович Рудник | Internal combustion engine with the variable compression rate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2009045127A1 (en) | 2009-04-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5673665A (en) | Engine with rack gear-type piston rod | |
US5406859A (en) | Device for transferring power between linear and rotary motion | |
JP7142096B2 (en) | Mechanisms for converting reciprocating motion to rotary motion and vice versa, and applications of this mechanism | |
AU637675B2 (en) | Crank mechanism | |
US20030183026A1 (en) | Apparatus for converting rotary to reciprocating motion and vice versa | |
RU2349813C1 (en) | Two-shaft connecting rod gear | |
KR20110097198A (en) | Power transmission assembly for improve on fuel efficiency of four cycle internal combustion engine | |
WO2010105278A9 (en) | Systems for transmitting drive force | |
US10781903B2 (en) | Slider-crank mechanism for eliminating side forces | |
EP3486453A1 (en) | Internal combustion engine with infinitely variable compression ratio mechanism | |
EP1905983A1 (en) | Kinetic energy generation device | |
CN201757002U (en) | Low-consumption internal combustion engine with simple harmonic reciprocating motion bi-directionally opposed structure | |
RU2382891C2 (en) | Con rod gear with double drive links (versions) | |
RU2348822C2 (en) | Crankshaft-rocker-coupler mechanism | |
KR970004671B1 (en) | Oldham drive engine | |
RU2134795C1 (en) | Method of and volumetric expansion (displacement) machine for conversion of motion | |
RU60140U1 (en) | CRANK MECHANISM | |
RU2798047C1 (en) | Oval-rhombic mechanism, device for converting reciprocal motion into rotary motion and rotary motion into reciprocating motion | |
CN113323737B (en) | Timing connecting rod component and horizontally opposed engine | |
RU2013606C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2026499C1 (en) | Heat engine | |
RU2163682C2 (en) | Axial-piston engine | |
RU2610626C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2228453C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2388918C2 (en) | Kinetic energy generation device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121006 |