RU2042039C1 - Crank mechanism for internal combustion engine - Google Patents

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: crank mechanism is made up as a housing constructed as cylindrical gear having inner engagement interacting with gear-satellite pivotally connected with the piston and crank. The gear ratio of the gear-satellite and cylindrical gear is 1:2. The axis of the pivot connection of the gear-satellite and piston and initial circumferences of teeth of the gear are coincidence at extreme top and bottom positions. The piston transmits force to the gear-satellite through the pivot which in turn transmit force to the crank owing to decreasing inner engagement of housing with pivot connection. The force obtained converts reciprocation of the piston to rotation of crank. The gear-satellite serves as a connecting rod, and, hence, side connecting rod reaction on the cylinder is absent and friction force are decreased. EFFECT: improved design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к автомобильной промышленности, в частности к двигателям внутреннего сгорания, устанавливаемым на автомобилях, и может быть также использовано для поршневых насосов. The invention relates to the automotive industry, in particular to internal combustion engines mounted on cars, and can also be used for piston pumps.

Известен кривошипно-шатунный механизм одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, содержащий цилиндр, поршень, шарнирно соединенный с верхней головкой шатуна, а нижняя головка шатуна подвижно закреплена на шейке коленчатого вала. При вертикальном перемещении поршня вместе с шатуном вращается коленчатый вал. При этом прямолинейное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленвала. Силы трения поршня о цилиндр очень значительны и срок службы таких двигателей сокращается[1]
Известен также кривошипно-шатунный механизм многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания, содержащий несколько цилиндров, в каждом из которых поршень соединен с верхней головкой шатуна, а нижняя головка шатуна подвижно закреплена на шейке коленчатого вала. В многоцилиндровых двигателях при движении поршней в одну сторону в разных цилиндрах происходит различные процессы в строго определенной последовательности. При этом возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. В таких двигателя потери на трение в цилиндро-поршневой группе составляют 60% а габариты двигателя и вес очень значительны [2]
Задача изобретения уменьшение потерь на трение поршня и цилиндра, кроме того, упрощение конструкции, уменьшение габаритов и веса конструкции.Known crank mechanism of a single cylinder internal combustion engine containing a cylinder, a piston pivotally connected to the upper head of the connecting rod, and the lower head of the connecting rod is movably mounted on the neck of the crankshaft. When the piston moves vertically, the crankshaft rotates with the connecting rod. In this case, the rectilinear motion of the piston is converted into rotational motion of the crankshaft. The friction forces of the piston on the cylinder are very significant and the service life of such engines is reduced [1]
A crank mechanism of a multi-cylinder internal combustion engine is also known, comprising several cylinders, in each of which a piston is connected to the upper head of the connecting rod, and the lower head of the connecting rod is movably fixed to the neck of the crankshaft. In multi-cylinder engines, when the pistons move in one direction in different cylinders, various processes occur in a strictly defined sequence. In this case, the reciprocating motion of the piston is converted into rotational motion of the crankshaft. In such an engine, the friction loss in the cylinder-piston group is 60% and the dimensions of the engine and weight are very significant [2]
The objective of the invention is to reduce friction losses of the piston and cylinder, in addition, simplifying the design, reducing the size and weight of the structure.

Это достигается тем, что кривошипно-шатунный механизм представляет собой корпус, выполненный в виде цилиндрической шестерни с внутренним зацеплением, которое взаимодействует с шестерней-сателлитом, соединенной шарнирно с поршнем и кривошипом, причем соотношение количества зубьев шестерни-сателлита к количеству зубьев цилиндрической шестерни составляет 1:2, а оси шаpниpного соединения шестерни-сателлита и поршня и начальных окружностей зубьев шестерен в крайнем верхнем и нижнем положениях совпадают. Поршень передает усилие через шарнир на шестерню-сателлит, которая в свою очередь за счет внутреннего зацепления корпуса и шарнирного соединения передает усилие на кривошип, преобразуя полученное усилие возвратно-поступательного движения поршня во вращательное движение кривошипа. При этом шестерня-сателлит выполняет роль шатуна, и поэтому отсутствие боковой реакции шатуна на цилиндр уменьшает силы трения до минимума. Количество зубьев шестерни-сателлита к количеству зубьев цилиндрической шестерни составляет 1:2. Такое соотношение зубьев является необходимым, так как при этом поршень будет двигаться по прямой. На фиг. 1 изображен разрез по оси цилиндрической шестерни кривошипно-шатунного механизма с соосным расположением двух цилиндров с поршнями на одной шейке шестерни-сателлита; на фиг. 2 графически движение шестерни-сателлита и цилиндрической шестерни; на фиг. 3 зацепление шестерни-сателлита с шестерней с внутренним зацеплением в одном из крайних положений. This is achieved by the fact that the crank mechanism is a housing made in the form of a cylindrical gear with internal gearing, which interacts with the pinion gear, pivotally connected to the piston and crank, and the ratio of the number of teeth of the pinion gear to the number of teeth of the spur gear is 1 : 2, and the axes of the spherical connection of the pinion gear-satellite and the piston and the initial circles of the gear teeth in the extreme upper and lower positions coincide. The piston transfers the force through the hinge to the satellite gear, which, in turn, transfers the force to the crank due to the internal gearing of the housing and the swivel, converting the received reciprocating force of the piston into the rotational movement of the crank. In this case, the satellite gear acts as a connecting rod, and therefore the lack of lateral reaction of the connecting rod to the cylinder reduces friction forces to a minimum. The number of teeth of the gear-satellite to the number of teeth of the cylindrical gear is 1: 2. Such a ratio of teeth is necessary, as in this case the piston will move in a straight line. In FIG. 1 shows a section along the axis of the cylindrical gear of the crank mechanism with the coaxial arrangement of two cylinders with pistons on the same pinion of the satellite gear; in FIG. 2 graphically the movement of a gear-satellite and a cylindrical gear; in FIG. 3 gearing of the satellite gear with the gear with internal gearing in one of the extreme positions.

На чертеже видно, что в результате бесскользящего перекатывания внутренней окружности точка А, обозначенная на малой окружности, будет передвигаться по прямой линии, проходя расстояние диаметра большой окружности и обратно до начального положения. Точка К будет передвигаться аналогично, но в поперечном направлении. Одновременно центр малой окружности Е будет совершать вращательное движение по окружности вокруг точки О. The drawing shows that as a result of the non-slip rolling of the inner circle, point A, indicated on the small circle, will move in a straight line, passing the distance of the diameter of the large circle and back to its initial position. Point K will move in the same way, but in the transverse direction. At the same time, the center of the small circle E will rotate in a circle around the point O.

Ось шарнирного соединения шестерни-сателлита и поршня и начальные окружности зубьев шестерен в крайнем верхнем и нижнем положениях совпадают (фиг. 3). В случае невыполнения этих условий устройство становится неработоспособным. Точка А на чертеже является точкой соприкосновения двух зубьев, а также через эту точку проходят линии начальных окружностей обеих шестерен и осевая линия движения поршня. В случае отклонения осевой линии поршня или линий начальных окружностей обеих шестерен от точки А движение поршня будет происходить по прямой, но не по оси цилиндров. The axis of articulation of the pinion gear-satellite and the piston and the initial circumferences of the gear teeth in the extreme upper and lower positions coincide (Fig. 3). If these conditions are not met, the device becomes inoperative. Point A in the drawing is a point of contact between two teeth, and also through this point are the lines of the initial circles of both gears and the axial line of movement of the piston. In the case of a deviation of the axial line of the piston or the lines of the initial circles of both gears from point A, the movement of the piston will occur in a straight line, but not along the axis of the cylinders.

Использование предлагаемого кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего cгорания позволяет увеличить cрок cлужбы двигателя, уменьшить расход топлива, повысить КПД двигателя. Благодаря отсутствию боковой реакции шатуна на цилиндр силы трения также отсутствуют, а значит и уменьшаются потери на трение поршень-цилиндр, которые составят 5-7% вместо 60% уменьшается количество подшипников скольжения. При спаренном варианте цилиндров на два цилиндра приходится один подшипник скольжения и четыре подшипника качения, при этом потери на трение составят 4-5% против 10% Итого из 100% потерь на трение двигателя исключаются 52-60%
Кривошипно-шатунный механизм состоит из корпуса 1, выполненного в виде цилиндрической шестерни с внутренним зубчатым зацеплением, поршня 2, соединенного при помощи шарнирного соединения 3 с шестерней-сателлитом 4, которая через шарнирное соединение 5 соединена с кривошипом 6, установленным на подшипниках качения.Using the proposed crank mechanism in internal combustion engines can increase the service life of the engine, reduce fuel consumption, increase engine efficiency. Due to the absence of a side reaction of the connecting rod to the cylinder, the friction forces are also absent, which means that the friction losses of the piston-cylinder are reduced, which will be 5-7% instead of 60%, the number of sliding bearings decreases. In the twin cylinder version, two cylinders have one sliding bearing and four rolling bearings, with friction losses amounting to 4-5% versus 10%. Out of 100% of engine friction losses, 52-60% are excluded.
The crank mechanism consists of a housing 1, made in the form of a cylindrical gear with internal gearing, a piston 2, connected by a swivel 3 to a gear 4, which is connected via a swivel 5 to a crank 6 mounted on rolling bearings.

Механизм работает следующим образом. При возникновении давления на поршень 2 он движется поступательно, передавая усилие через шарнир 3 на шестерню-сателлит 4. В свою очередь за счет зацепления шестерни-сателлита 4 за внутреннее зубчатое зацепление корпуса и шарнирное соединение 5 шестерня 4 передает усилие на кривошип 6, который, вращаясь, передает усилие на рабочие органы машины. При этом возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение кривошипа. The mechanism works as follows. When there is pressure on the piston 2, it moves forward, transferring the force through the hinge 3 to the pinion gear 4. In turn, due to the gear pinion of the pinion 4 for internal gearing of the housing and the pivot joint 5, pinion 4 transmits the force to crank 6, which rotating, transfers the force to the working bodies of the machine. In this case, the reciprocating motion of the piston is converted into rotational movement of the crank.

Claims (1)

КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, включающий корпус, цилиндр с поршнем и поршневыми кольцами, кривошип, отличающийся тем, что корпус выполнен в виде цилиндрической шестерни с внутренним зацеплением, взаимодействующей с введенной шестерней-сателлитом, соединенной шарнирно с поршнем и кривошипом, причем соотношение количества зубьев шестерни-сателлита к количеству зубьев цилиндрической шестерни составляет 1 2, а ось шарнирного соединения сателлита-шестерни и поршня и начальные окружности зубьев шестерен в крайнем верхнем и нижнем положениях совпадают. CRANK-CONNECTING MECHANISM OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE, including a housing, a cylinder with a piston and piston rings, a crank, characterized in that the housing is made in the form of a cylindrical gear with internal engagement, interacting with the introduced gear-pinion gear connected to the pivot joint the number of teeth of the gear-satellite to the number of teeth of the cylindrical gear is 1 2, and the axis of the swivel of the gear-satellite and piston and the initial circumference of the gear teeth in cr ynem upper and lower positions coincide.

Images