RU2115809C1 - Two-cylinder v-type engine - Google Patents

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines. SUBSTANCE: 90-deg V-type two-cylinder engine has crankshaft, connecting rods and pistons. Cheek counterweights are mounted on crankshaft cheek extensions. Pulley and flywheel are mounted on opposite ends of crankshaft. Both connecting rods are fitted on one connecting rod journal. Engine is provided additionally with one middle and two extension counterweights. Extension counterweights are secured, respectively, on pulley and on flywheel and middle counterweight is placed on connecting rod journal between connecting rods. Reduced mass of middle counterweight is 0.25-0.5 and sum of reduced masses of extension counterweights is equal to 0.17-0.47 of total mass of all counterweights secured on crankshaft. Products of reduced masses of extension counterweights by distance from each counterweight to middle of crankshaft are equal to each other. EFFECT: enlarged operating capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению и может найти применение в конструкции 2-х цилиндровых поршневых двигателей. The invention relates to engine building and may find application in the design of 2-cylinder piston engines.

Известны конструкции 2-х-цилиндровых двигателей, обеспечивающих равномерное чередование вспышек при 2-х-тактном или 4-х-тактном циклах заявка ФРГ N 2735384, F 16 F 26/16, 1975, [1], патент Германии N 975104, 46a¹¹, 1, 1961, [2].Known designs of 2-cylinder engines that provide uniform alternation of flashes during 2-cycle or 4-cycle cycles. Application of Germany N 2735384, F 16 F 26/16, 1975, [1], German patent N 975104, 46a ¹¹ , 1, 1961, [2].

Недостатком рассматриваемых двигателей является плохая уравновешенность сил инерции поступательно-движущихся масс, вследствие чего возникает необходимость применения специальных уравновешивающих механизмов, значительно усложняющих конструкцию двигателя и снижающих его надежность. The disadvantage of the engines under consideration is the poor balance of the inertia forces of the moving masses, which necessitates the use of special balancing mechanisms that greatly complicate the design of the engine and reduce its reliability.

Известен также двигатель внутреннего сгорания с дополнительными противовесами, повышающими степень уравновешенности конструкции /"Наилучшее внешнее уравновешивание 2-х цилиндрового двигателя". Ю.В.Эпштейн и др. Журнал "Тракторы и сельхозмашины", N3, 1963 с. 11-15, [3]/. Однако самой конструкции рассматриваемого двигателя присуща существенная неуравновешенность, которая не может быть полностью скомпенсирована противовесами. Also known is an internal combustion engine with additional counterweights that increase the degree of balance of the structure / "Best external balancing of a 2-cylinder engine." Yu.V. Epstein and others. The journal "Tractors and agricultural machinery", N3, 1963 p. 11-15, [3] /. However, the very design of the engine in question is characterized by significant imbalance, which cannot be fully compensated by counterweights.

Существенными признаками приведенных аналогов с существенными признаками предложенного устройства являются следующие: коленчатый вал, шатун, поршни, нащечные противовесы, шкив и маховик. Salient features of the above analogues with salient features of the proposed device are as follows: crankshaft, connecting rod, pistons, cheek counterweights, pulley and flywheel.

Недостатки указанных аналогов частично устранены в конструкции 2-х-цилиндрового V-образного двигателя /Динамика автомобильных и тракторных двигателей. Попык Г. К. с. 96-99, рис. 68, 69 [4]/, который является наиболее близким по технической сущности предложенному объекту. The disadvantages of these analogues are partially eliminated in the design of a 2-cylinder V-shaped engine / Dynamics of automobile and tractor engines. Popyk G.K. 96-99, fig. 68, 69 [4] /, which is the closest in technical essence to the proposed object.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предложенного устройства, являются следующие: два цилиндра, оси которых расположены под углом 90^o, коленчатый вал, поршни, а также шкив и маховик, установленные на разных концах коленчатого вала. Оба шатуна установлены на одной шейке коленчатого вала, а на продолжении щек коленчатого вала закреплены нащечные противовесы.The essential features of the prototype, which coincide with the essential features of the proposed device, are the following: two cylinders, the axes of which are located at an angle of 90 ^o , the crankshaft, pistons, as well as a pulley and a flywheel mounted at different ends of the crankshaft. Both connecting rods are mounted on one neck of the crankshaft, and cheek counterweights are fixed on the extension of the cheeks of the crankshaft.

Особенностью двигателя является то, что в описанной конструкции равнодействующая сил инерции поступательно и вращательно движущихся масс всегда направлена по радиусу кривошипа и может быть полностью уравновешена нащечными противовесами. A feature of the engine is that in the described design the resultant of the inertia forces of the translationally and rotationally moving masses is always directed along the radius of the crank and can be fully balanced by cheek counterweights.

Недостаток прототипа заключается в том, что для полного уравновешивания двигателя необходимы значительные массы противовесов, что сопровождается увеличением действующих сил и снижает запас прочности коленчатого вала / вследствие больших дополнительных сосредоточенных нагрузок от 2-х противовесов/. Кроме того, большие размеры противовесов увеличивают габариты картера, а также габариты и массу двигателя в целом. The disadvantage of the prototype is that for complete balancing of the engine, significant masses of counterweights are necessary, which is accompanied by an increase in the acting forces and reduces the margin of safety of the crankshaft / due to the large additional concentrated loads from 2 balances /. In addition, the large dimensions of the counterweights increase the dimensions of the crankcase, as well as the dimensions and weight of the engine as a whole.

Таким образом, рассматриваемая конструкция двигателя характеризуется низкими прочностными и габаритно-массовыми характеристиками. Thus, the engine design under consideration is characterized by low strength and overall mass characteristics.

Задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является повышение прочности коленчатого вала при одновременном снижении габаритов и массы двигателя. The problem to which the invention is directed is to increase the strength of the crankshaft while reducing the size and weight of the engine.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является увеличение запасов прочности в элементах конструкции коленчатого вала, что обеспечивает увеличение надежности коленвала и двигателя в целом. Кроме того, предлагаемая схема размещения противовесов существенно уменьшает массу каждого из них, а следовательно, требует значительно меньших габаритов блок-картера и длины шатуна, что уменьшает габариты и массу двигателя в целом. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is to increase the safety margins in the structural elements of the crankshaft, which ensures an increase in the reliability of the crankshaft and the engine as a whole. In addition, the proposed arrangement of counterweights significantly reduces the mass of each of them, and therefore, requires significantly smaller dimensions of the crankcase and the length of the connecting rod, which reduces the dimensions and weight of the engine as a whole.

Существенными признаками изобретения являются:
- расположение осей цилиндров под углом 90^o;
- коленчатый вал, шатуны и поршни;
- нащечные противовесы, закрепленные на продолжении щек коленчатого вала;
- шкив и маховик, закрепленные на противоположных концах коленчатого вала;
- расположение обоих шатунов на одной шатунной шейке.The essential features of the invention are:
- the location of the axes of the cylinders at an angle of 90 ^o ;
- crankshaft, connecting rods and pistons;
- cheek counterweights, mounted on the continuation of the cheeks of the crankshaft;
- a pulley and a flywheel fixed at opposite ends of the crankshaft;
- the location of both connecting rods on one connecting rod neck.

Перечисленные существенные признаки являются общим с прототипом. Далее следует совокупность существенных признаков, отличающихся от прототипа:
- наличие дополнительных противовесов: одного среднего и 2-х выносных;
- размещение среднего противовеса на шатунной шайке между двумя шатунами;
- размещение крайних противовесов на маховике и шкиве;
- приведенная масса среднего противовеса составляет 0,25-0,5, а сумма приведенных масс выносных - 0,17 - 0,47 от общей приведенной массы всех противовесов.These essential features are common with the prototype. The following is a set of essential features that differ from the prototype:
- the presence of additional balances: one medium and 2 remote;
- placement of the middle counterweight on the connecting rod between two connecting rods;
- placement of extreme counterweights on the flywheel and pulley;
- the reduced mass of the average counterweight is 0.25-0.5, and the sum of the reduced remote masses is 0.17 - 0.47 of the total reduced mass of all the balances.

Приведенные существенные признаки обеспечивают получение технического результата во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой охраны. The above essential features provide a technical result in all cases to which the requested amount of legal protection applies.

Далее приведены признаки, характеризующие предложенное устройство в частных случаях его выполнения:
- равенство произведений приведенных масс выносных противовесов на расстояния от каждого из них до середины коленчатого вала двигателя.The following are signs that characterize the proposed device in particular cases of its implementation:
- the equality of the products of the given masses of the remote counterweights at a distance from each of them to the middle of the crankshaft of the engine.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом заключается в следующем:
- применение 3-дополнительных противовесов: одного среднего и 2-х выносных позволяет рассредоточить общую массу противовесов, потребную для полного уравновешивания двигателя, по длине коленчатого вала, тем самым улучшить схему приложения нагрузок, определяющих запасы прочности в шейках и щеках коленчатого вала. Специально проведенное исследование позволило установить увеличение запасов прочности в элементах коленчатого вала. Кроме того, распределение уравновешивающей массы по нескольким противовесам уменьшает габариты картера и двигателя;
- размещение среднего противовеса между двумя шатунами позволяет увеличивать уравновешивающую массу без возникновения дополнительного неуравновешенного момента;
- размещение крайних противовесов на шкиве и маховике не усложняет конструкцию, т.к. для размещения противовесов используются штатные детали двигателя;
- указанное распределение масс противовесов позволяет оптимизировать запасы прочности
- равенство произведений приведенных масс выносных противовесов на расстояния от каждого из них до середины коленчатого вала позволяет исключить возникновение продольного неуравновешенного момента и тем самым обеспечить наилучшую уравновешенность двигателя.A causal relationship between the totality of essential features and the technical result achieved is as follows:
- the use of 3 additional balances: one middle and 2 remote balances allows you to disperse the total mass of balances required for complete balancing of the engine along the length of the crankshaft, thereby improving the application of loads that determine the margins of safety in the necks and cheeks of the crankshaft. A specially conducted study made it possible to establish an increase in the safety margins in the elements of the crankshaft. In addition, the distribution of the balancing mass over several counterweights reduces the dimensions of the crankcase and engine;
- the placement of the middle counterweight between the two connecting rods allows you to increase the balancing mass without the occurrence of an additional unbalanced moment;
- the placement of extreme balances on the pulley and flywheel does not complicate the design, because for placement of counterweights, standard engine parts are used;
- the specified distribution of the masses of the balances allows you to optimize the safety margins
- the equality of the products of the given masses of the remote counterweights at a distance from each of them to the middle of the crankshaft allows us to exclude the occurrence of a longitudinal unbalanced moment and thereby ensure the best balance of the engine.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают увеличение запасов прочности коленчатого вала при достижении наилучшей уравновешенности при одновременном уменьшении габаритов и массы двигателя. Thus, these features provide an increase in the strength of the crankshaft while achieving the best balance while reducing the size and weight of the engine.

Изобретение поясняется чертежом, где приведена общая схема предложенного двигателя. The invention is illustrated in the drawing, which shows a General diagram of the proposed engine.

Двигатель содержит цилиндр 1, оси 2 которых пересекаются под углом 90^o. В коренных опорах 3 установлен однокривошипный коленчатый вал 4. На одной шатунной шайке установлены шатуны 5, соединенные каждый со своим поршнем 6. На противоположных концах коленчатого вала установлены шкив 7 и маховик 8, на продолжении щек 9 коленчатого вала 4 расположены противовесы 10.The engine contains a cylinder 1, the axis 2 of which intersect at an angle of 90 ^o . In the main bearings 3, a single-crank crankshaft 4 is installed. On one connecting rod the cranks 5 are mounted, each connected to its own piston 6. At the opposite ends of the crankshaft there is a pulley 7 and a flywheel 8, counterweights 10 are located on the extension of the cheeks 9 of the crankshaft 4.

Двигатель снабжен дополнительными противовесами, одним средним 11 и двумя выносными 12 и 13, закрепленными соответственно на шкиве 7 и маховике 8. Средний противовес 11 закреплен на шатунной шейке коленвала 4 между двумя шатунами 5. The engine is equipped with additional counterweights, one middle 11 and two remote 12 and 13, mounted respectively on the pulley 7 and flywheel 8. The middle counterweight 11 is mounted on the crank pin of the crankshaft 4 between two connecting rods 5.

Приведенные массы противовесов составляют:
- среднего противовеса 11 - 0,25-0,5 от общей массы противовесов 11, 12 и 13;
- общая масса выносных противовесов 12 и 13 - 0,17-0,47 от общей массы противовесов 11, 12 и 13.The given masses of the balances are:
- average counterweight 11 - 0.25-0.5 of the total mass of the counterweights 11, 12 and 13;
- the total mass of the remote balances 12 and 13 - 0.17-0.47 of the total mass of the balances 11, 12 and 13.

При этом произведение приведенной массы противовеса 12 на плечо l, равно произведению приведенной массы противовеса 13 на плечо l₂.In this case, the product of the reduced mass of the counterweight 12 to the shoulder l is equal to the product of the reduced mass of the counterweight 13 to the shoulder l ₂ .

Двигатель работает следующим образом. При вращении коленчатого вала 4 поршни 6 совершают возвратно-поступательное движение в цилиндрах 1. При этом возникают силы инерции возвратно-поступательно движущихся масс, направленные вдоль осей цилиндров 2, и вращающихся масс, направленные по радиусу кривошипа. Особенностью двигателя является то, что результирующая сила инерции всегда постоянна по величине и направлена по радиусу кривошипа, а следовательно, может быть полностью уравновешена противовесами, вращающимися вместе с коленчатым валом . The engine operates as follows. When the crankshaft 4 is rotated, the pistons 6 reciprocate in the cylinders 1. In this case, the inertia forces of the reciprocating moving masses directed along the axes of the cylinders 2 and the rotating masses directed along the radius of the crank arise. A feature of the engine is that the resulting inertia is always constant in magnitude and directed along the radius of the crank, and therefore, can be fully balanced by the counterweights rotating together with the crankshaft.

Нагружение коленчатого вала дополнительными силами от противовесов 10 /как в прототипе/ снижает запасы прочности в его щеках и шейках. Однако, в рассматриваемом случае предлагается особое размещение масс противовесов и выбор их величины. При этом действие сил оказывается таким, что противовес 11 распределяет усилие вдоль колена вала 4, в противовесы 12 и 13 вызывают обратный по сравнению с действием противовесов 10 и 11 изгиб колена. В результате запасы прочности в элементах коленчатого вала увеличиваются. При этом все противовесы размещены в плоскости колена и оказывают одинаковое уравновешивающее действие по отношению к неуравновешенным силам инерции кривошипно-шатунного механизма. The loading of the crankshaft with additional forces from the counterweights 10 / as in the prototype / reduces the safety margins in its cheeks and necks. However, in the case under consideration, a special placement of the masses of the counterweights and the choice of their size are proposed. In this case, the action of the forces turns out to be such that the counterweight 11 distributes the force along the knee of the shaft 4, and counterbalances 12 and 13 cause a bend of the knee that is opposite to the action of the counterweights 10 and 11. As a result, the safety margins in the elements of the crankshaft increase. Moreover, all the balances are placed in the plane of the knee and have the same balancing effect with respect to the unbalanced inertia forces of the crank mechanism.

Таким образом предлагаемое изобретение характеризуется повышением прочности коленчатого вала при одновременном снижении габаритов и массы двигателя. Thus, the present invention is characterized by an increase in the strength of the crankshaft while reducing the size and weight of the engine.

Claims (2)

1. Двухцилиндровый V-образный двигатель с углом развала между цилиндрами 90^o, содержащий коленчатый вал, шатуны и поршни, причем на продолжении щек коленчатого вала расположены нащечные противовесы, на противоположных концах коленчатого вала закреплены шкив и маховик, а оба шатуна установлены на одной шатунной шейке, отличающийся тем, что двигатель дополнительно снабжен одним средним и двумя выносными противовесами, выносные противовесы закреплены соответственно на шкиве и маховике, а средний - на шатунной шейке и размещен между шатунами, при этом приведенная масса среднего противовеса составляет 0,25 - 0,5, а сумма приведенных масс выносных - 0,17 - 0,47 от общей приведенной массы всех противовесов, закрепленных на коленчатом валу.1. A two-cylinder V-shaped engine with a 90 ^° camber between the cylinders, comprising a crankshaft, connecting rods and pistons, and cheek counterweights are located on the extension of the cheeks of the crankshaft, a pulley and a flywheel are fixed at opposite ends of the crankshaft, and both connecting rods are mounted on one connecting rod neck, characterized in that the engine is additionally equipped with one middle and two remote counterweights, remote counterweights are mounted respectively on the pulley and flywheel, and the middle one is on the connecting rod neck and placed between the connecting rods while the reduced mass of the average counterweight is 0.25 - 0.5, and the sum of the reduced masses of the remote - 0.17 - 0.47 of the total reduced mass of all balances mounted on the crankshaft. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что произведения приведенных масс выносных противовесов на расстояние от каждого из них до середины коленчатого вала равны между собой. 2. The engine according to claim 1, characterized in that the products of the given masses of the remote counterweights at a distance from each of them to the middle of the crankshaft are equal to each other.