RU2163680C2 - Slider-crank mechanism - Google Patents

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: slider-crank mechanism has main cranks with central output shafts, connecting shaft with gears fixing relative position of main cranks, auxiliary four-throw shaft which end journals are made for moving along circle with equal radii of main crank and auxiliary four-throw shaft. Axes of arms of four-throw shaft are turned through 45 deg from vertical axis counter-clockwise. Connecting rods coupled to pistons are joined to arms through journals. Mechanism is provided with V-shaped crankcase. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 9 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано для увеличения крутящего момента двигателя внутреннего сгорания, имеющего кривошипно-ползунный механизм. The present invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, and can be used to increase the torque of an internal combustion engine having a crank-slide mechanism.

Известно устройство для повышения эффективности работы двигателя внутреннего сгорания, разработанное японской фирмой "Mazda" (журнал "АВТО", N 1, 1995, c. 9). A device for improving the efficiency of an internal combustion engine, developed by the Japanese company "Mazda" (magazine "AUTO", N 1, 1995, p. 9) is known.

Новый двигатель получил обозначение Kj и относится к серии K, созданной для адаптации цикла Миллера с нагнетателем Лисхольма. При рабочем объеме 2,3 л его максимальны крутящий момент соответствует двигателю с рабочим объемом 3,3 л, а расход топлива - двигателю рабочим объемом 2,0 л. А причина заключена в том, что при фактической степени сжатия 8,0 степень расширения или герметическая степень сжатия составляет 10,0. Снизив таким образом температуру сгорания, исследователям пришлось ввести лишь струйное охлаждение днища поршней, не применяя никаких специальных конструктивных материалов. The new engine received the designation Kj and belongs to the K series, created to adapt the Miller cycle with a Lysholm supercharger. With a working volume of 2.3 liters, its maximum torque corresponds to an engine with a working volume of 3.3 liters, and fuel consumption - to an engine with a working volume of 2.0 liters. And the reason is that with an actual compression ratio of 8.0, the expansion ratio or hermetic compression ratio is 10.0. Having thus reduced the combustion temperature, the researchers had to introduce only jet cooling of the piston bottom, without using any special structural materials.

Главную роль в работе нового двигателя играет усовершенствованный нагнетатель Лисхольма. С помощью такого нагнетателя подаваемый в цилиндры воздух сжимают до 100 кПа, "загорания" в них полтора раза больше воздуха, чем его помещается в освобождаемом поршнем геометрическом объеме. Почему не больше? Цикл Миллера предусматривает возраст части заряда назад через закрываемый позже, чем обычно, впускной клапан для снижения фактической степени сжатия. The main role in the operation of the new engine is played by the improved Lysholm supercharger. With the help of such a supercharger, the air supplied to the cylinders compresses up to 100 kPa, the “ignition” in them is one and a half times more air than it is placed in the geometric volume released by the piston. Why not more? The Miller cycle provides for the age of a portion of the charge back through an inlet valve that is closed later than usual to reduce the actual compression ratio.

Выбор нагнетателя Лисхольма обусловлен рядом причин. The choice of a Lysholm supercharger is due to a number of reasons.

Первая и, пожалуй, главная состоит в том, что воздух в нем сжимают между винтами, т. е. внутри, а не снаружи как в турбонагнетателе "Roots". Поэтому нужное давление он развивает при любых оборотах коленчатого вала. The first and, perhaps, the main one is that the air in it is compressed between the screws, that is, inside, and not outside, as in the Roots turbocharger. Therefore, he develops the necessary pressure at any speed of the crankshaft.

И еще одно существенное преимущество нагнетателя Лисхольма - полное отсутствие запаздывания в подаче сжатого воздуха нужного давления. And another significant advantage of the Lysholm supercharger is the complete absence of delay in the supply of compressed air to the desired pressure.

Специалистам фирмы "Mazda" удалось решить задачу, заключающуюся в повышении эффективности работы двигателя путем увеличения количества топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндр, не изменяя при этом кривошипно-шатунный механизм, имеющий недостаток, заключающийся в том, что большая сила от сгорания топливно-воздушной смеси передается через малое плечо. Mazda specialists were able to solve the problem of increasing engine efficiency by increasing the amount of fuel-air mixture entering the cylinder without changing the crank mechanism, which has the disadvantage that the fuel the air mixture is transmitted over the small shoulder.

В предлагаемом изобретении повышается эффективность работы двигателя внутреннего сгорания кинематическим способом путем передачи большой силы через большее плечо. In the present invention, the efficiency of the internal combustion engine in a kinematic way is increased by transmitting a large force through the larger arm.

Известен кривошипно-ползунный механизм, содержащий основные кривошипы с центральными выводными валами, соединительный вал с шестернями, фиксирующими относительное положение основных кривошипов, дополнительный четырехколенный вал, концевые шейки которого выполнены с возможностью передвижения по кругу при равенстве радиусов основного кривошипа и дополнительного четырехколенного вала (Баландин С.С. Бесшатунные двигатели внутреннего сгорания. М.: Машиностроение, 1972, с. 116 - 117, рис. 1076, с. 14 - 15, рис. 11а). Известное устройство недостаточно эффективно в работе и требует высокой точности изготовления деталей. Known crank-slide mechanism containing the main cranks with central output shafts, a connecting shaft with gears fixing the relative position of the main cranks, an additional four-knee shaft, the end necks of which are made to move in a circle when the radii of the main crank and the additional four-knee shaft are equal (Balandin C .S. Rodless internal combustion engines.M.: Mashinostroenie, 1972, p. 116 - 117, fig. 1076, p. 14 - 15, fig. 11a). The known device is not efficient enough in operation and requires high precision manufacturing of parts.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы и упрощение изготовления. The objective of the invention is to increase work efficiency and simplify manufacturing.

Поставленная задача достигается тем, что кривошипно-ползунный механизм (КПМ), содержащий основные кривошипы с центральными выводными валами, соединительный вал с шестернями, фиксирующими относительное положение основных кривошипов, дополнительный четырехколенный вал, концевые шейки которого выполнены с возможностью передвижения по кругу при равенстве радиусов основного кривошипа и дополнительного четырехколенного вала, согласно изобретению оси плечей B_yC_y и B_xC_x четырехколенного вала повернуты на 45 градусов от вертикальной оси против часовой стрелки, а шатуны, сочлененные с поршнями, сочлененные с плечами B_yC_y и B_xC_x через шейки C_y и C_x.The problem is achieved in that the crank-slide mechanism (KPM) containing the main cranks with central output shafts, a connecting shaft with gears fixing the relative position of the main cranks, an additional four-knee shaft, the end journals of which are made with the possibility of movement in a circle with equal radii of the main and additional chetyrehkolennogo crank shaft according to the invention the axis of the arms B _y C _y and B _x C _x chetyrehkolennogo shaft rotated by 45 degrees from the vertical axis about ive-clockwise, while the connecting rods, articulated pistons, articulated shoulders with B _y C _y and B _x C _x C _y through the cervix and C _x.

Кроме того, устройство может содержать V-образный картер. In addition, the device may include a V-shaped crankcase.

На фиг. 1 показана схема КПМ в момент начального положения в верхней точке;
на фиг. 2 - вид спереди фиг. 1;
на фиг. 3 - схема КПМ, у которого кривошип повернут от начального положения на 45^o;
на фиг. 4 - вид спереди фиг. 3;
на фиг. 5 - положение звеньев КПМ при движении вниз;
на фиг. 6 - положение звеньев КПМ при движении вверх;
на фиг. 7 - коленчатый вал 2, у которого оси плечей B_yC_y и C_xB_x повернуты на 45^o;
на фиг. 8 - вид спереди фиг. 7;
на фиг. 9 - график движения поршня D_y, при повороте механизма на один оборот через 30^o при радиусе OA_o, равном A_o B_o.In FIG. 1 shows a KPM diagram at the initial position at the upper point;
in FIG. 2 is a front view of FIG. 1;
in FIG. 3 is a diagram of KPM, in which the crank is turned from the initial position by 45 ^o ;
in FIG. 4 is a front view of FIG. 3;
in FIG. 5 - the position of the links KPM when moving down;
in FIG. 6 - the position of the links KPM when moving up;
in FIG. 7 - a crankshaft 2, in which the axis of the shoulders B _y C _y and C _x B _x rotated by 45 ^o ;
in FIG. 8 is a front view of FIG. 7;
in FIG. 9 is a diagram of the piston movement D _y , when the mechanism rotates one revolution through 30 ^o with a radius OA _o equal to A _o B _o .

Кривошипно-ползунный механизм содержит: шатуны 1, сочлененные с поршнями D_y и D_x и с шейками C_y и C_x дополнительного четырехколенного коленчатого вала 2, концевые шейки A которого выполнены с возможностью передвижения по кругу при условии, что радиус OA основного кривошипа 3 с центральными выводными валами 4 равен радиусу AB_y и AB_x дополнительного четерхколенного вала 2, ползуны 5, направляющие 6, расположенные в V-образном картере, соединительный вал 7 с шестернями 8 наружного зацепления, фиксирующими относительное положение основных кривошипов 3 друг относительно друга через шестерни 9 наружного зацепления.The crank-slide mechanism contains: connecting rods 1, articulated with pistons D _y and D _x and with necks C _y and C _{x of} an additional four-crankshaft 2, end necks A of which are movable in a circle provided that the radius OA of the main crank 3 hatchers with the central shaft 4 is equal to the radius AB _y and AB _x cheterhkolennogo additional shaft 2, the slide 5, the guides 6 disposed in the V-shaped housing, the connecting shaft 7, the gear 8 of the outer engagement, locking the relative position of the main crank 3 pyr relative to one another through the gears 9 of the outer link.

Кривошипно-ползунный механизм для увеличения крутящего момента работает следующим образом: при совмещении радиуса OA основного кривошипа 3 и радиуса AB_y дополнительного четырехколенного вала 2 с вертикальной осью (см. фиг. 1) поршень D_y находится в верхнем положении, когда возникает большая сила от сгорания топливно-воздушной смеси, которая может передаваться через предложенное большое плечо B_y C_y, то есть отсутствует "мертвая" точка у данного механизма. При этом крутящий момент будет большим в отличие от кривошипно-шатунных и бесшатунных механизмов.The crank-slide mechanism for increasing torque works as follows: when combining the radius OA of the main crank 3 and the radius AB _{y of the} additional four-knee shaft 2 with the vertical axis (see Fig. 1), the piston D _y is in the upper position when a large force from combustion of the air-fuel mixture, which can be transmitted through the proposed large arm B _y C _y , that is, there is no "dead center" for this mechanism. In this case, the torque will be large, in contrast to the crank and connecting rod mechanisms.

Поворот радиуса OA основного кривошипа 3 после двухсот сорока градусов (положение механизма OA8B8C8D8, см. фиг. 6) большое плечо уменьшается, при выполнении отрицательной работы, например во время такта сжатия топливно-воздушной смеси. The rotation of the radius OA of the main crank 3 after two hundred and forty degrees (the position of the mechanism OA8B8C8D8, see Fig. 6), the large shoulder decreases when performing negative work, for example, during the compression stroke of the fuel-air mixture.

Технический результат предлагаемого изобретения выражается в следующем:
1. Повышение крутящего момента двигателя в результате увеличения плеча, передающего большую силу.The technical result of the invention is expressed in the following:
1. The increase in engine torque as a result of an increase in the shoulder transmitting more power.

2. Уменьшение рабочего объема двигателя за счет увеличения крутящего момента. 2. Reducing engine displacement by increasing torque.

3. Уменьшение размеров двигателя за счет уменьшения его рабочего объема. 3. Reducing the size of the engine by reducing its working volume.

4. Уменьшение металлоемкости двигателя за счет уменьшения размеров двигателя. 4. Reducing the intensity of the engine by reducing the size of the engine.

5. Экономия топлива за счет уменьшения рабочего объема двигателя. 5. Fuel economy by reducing engine displacement.

6. Улучшение экологических показателей двигателя, так как поршень в верхней точке находится большее время (см. фиг. 5, положение поршня D11 и D12) нежели в двигателе с кривошипно-шатунным механизмом, в результате сгорание будет более полным. 6. Improving the environmental performance of the engine, since the piston at the upper point is longer (see Fig. 5, the position of the piston D11 and D12) than in an engine with a crank mechanism, as a result, combustion will be more complete.

7. Уменьшение плеча, передающего силу при выполнении отрицательной работы, например, во время такта сжатия. 7. Reduction of the shoulder transmitting force when performing negative work, for example, during the compression stroke.

8. У предлагаемого кривошипно-ползунного механизма для увеличения крутящего момента нет "мертвых" точек, есть просто верхняя и нижняя точки, то есть в любом положении механизма всегда есть плечо для передачи силы, в отличие от кривошипно-шатунного и бесшатунного механизмов. 8. The proposed crank-slide mechanism for increasing torque does not have “dead spots”, there are simply upper and lower points, that is, in any position of the mechanism there is always a shoulder for transmitting force, in contrast to the crank and connecting rod and rod-free mechanisms.

Claims (2)

1. Кривошипно-ползунный механизм, содержащий основные кривошипы с центральными выводными валами, соединительный вал с шестернями, фиксирующими относительное положение основных кривошипов, дополнительный четырехколенный вал, концевые шейки которого выполнены с возможностью передвижения по кругу при равенстве радиусов основного кривошипа и дополнительного четырехколенного вала, отличающийся тем, что оси плеч B_yC_y и B_xC_x четырехколенного вала повернуты на 45^o от вертикальной оси против часовой стрелки, а шатуны, сочлененные с поршнями, сочленены с плечами B_yC_y и B_xC_x через шейки C_y и C_x.1. A crank-slide mechanism containing the main cranks with central output shafts, a connecting shaft with gears fixing the relative position of the main cranks, an additional four-knee shaft, the end necks of which are made to move in a circle with equal radii of the main crank and the additional four-knee shaft, different in that the shoulder axis B _y C _y and B _x C _x chetyrehkolennogo shaft rotated by 45 ^o from the vertical axis counterclockwise, and the cranks, the articulated pistons, with member with shoulders B _y C _y and B _x C _x C _y through the cervix and C _x. 2. Механизм по п.1, отличающийся тем, что содержит V-образный картер. 2. The mechanism according to claim 1, characterized in that it contains a V-shaped crankcase.

Images