RU2804743C1 - Multi-piston engine - Google Patents
Multi-piston engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804743C1 RU2804743C1 RU2023104745A RU2023104745A RU2804743C1 RU 2804743 C1 RU2804743 C1 RU 2804743C1 RU 2023104745 A RU2023104745 A RU 2023104745A RU 2023104745 A RU2023104745 A RU 2023104745A RU 2804743 C1 RU2804743 C1 RU 2804743C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pistons
- rack
- piston engine
- connecting rods
- rotation
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к механическим преобразующим устройствам энергетических машин в виде двигателей, компрессоров или электрогенераторов и может найти применение в приводах машин с двумя соосно установленными выходными валами рабочих органов, например, в виде привода двух соосно установленных тяговых винтов вертолета или платформенного беспилотного летательного аппарата или привода гребных винтов корабля.The invention relates to mechanical engineering, in particular to mechanical converting devices of power machines in the form of engines, compressors or electric generators and can find application in drives of machines with two coaxially mounted output shafts of working bodies, for example, in the form of a drive of two coaxially mounted traction screws of a helicopter or platform unmanned aerial vehicle aircraft or ship propeller drive.
Известен роторно-поршневой двигатель Ванкеля, в котором преобразующее устройство выполнено в виде планетарного зубчатого механизма с неподвижным центральным колесом в зацеплении с сателлитом с внутренними зубьями, который сблокирован с треугольным поршнем и установлен внутри цилиндра, профиль которого выполнен по очень сложной кривой в виде эпитрохоиды (книга А.Ф. Крайнев «Словарь-справочник по механизмам» - Москва, Машиностроение, 1987, с. 40, схема двигателя Ванкеля) - аналог.A known rotary-piston Wankel engine, in which the converting device is made in the form of a planetary gear mechanism with a fixed central wheel meshed with a satellite with internal teeth, which is interlocked with a triangular piston and installed inside a cylinder, the profile of which is made along a very complex curve in the form of an epitrochoid ( book by A.F. Krainev “Dictionary-reference book on mechanisms” - Moscow, Mechanical Engineering, 1987, p. 40, Wankel engine diagram) - analogue.
Недостатками известного двигателя Ванкеля являются:The disadvantages of the known Wankel engine are:
1) Сложность конструкции и трудоемкость изготовления кривых профилей поршня и цилиндра.1) The complexity of the design and the labor intensity of manufacturing curved piston and cylinder profiles.
2) Ограниченная мощность из-за возможности установки только одного поршня.2) Limited power due to the possibility of installing only one piston.
3) До сих пор не решена проблема уплотнения острых кромок поршня в цилиндре.3) The problem of sealing the sharp edges of the piston in the cylinder has not yet been solved.
4) Ограниченные эксплуатационные характеристики из-за возможности установки в этот двигатель только одного сателлита-поршня и привода только одного выходного вала.4) Limited performance due to the possibility of installing only one satellite piston in this engine and driving only one output shaft.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является многопоршневой кулачковый двигатель Ферчайльда, в котором преобразующее устройство выполнено в виде установленного на выходном валу симметричного кулачка с четыремя точечными высшими кинематическими парами и ромбическим шарнирным четырехзвенником, на всех четырех вершинах которого установлены круглые ролики, передающие усилия от поршней на кулачок выходного вала (книга С.Н. Кожевников «Теория механизмов и машин» - Москва, Машиностроение, 1973, издание четвертое, стр. 58, схема на рис. 1.22) - прототип.The closest to the proposed invention is a Ferchild multi-piston cam engine, in which the converting device is made in the form of a symmetrical cam mounted on the output shaft with four point higher kinematic pairs and a rhombic four-link hinge, on all four vertices of which round rollers are installed, transmitting forces from the pistons to the cam output shaft (book by S.N. Kozhevnikov “Theory of Mechanisms and Machines” - Moscow, Mechanical Engineering, 1973, fourth edition, p. 58, diagram in Fig. 1.22) - prototype.
Недостатками указанного многопоршневого кулачкового двигателя Ферчайльда являются:The disadvantages of this Ferchild multi-piston cam engine are:
1) Сложность конструкции, большие габариты двигателя и трудоемкость изготовления профиля кулачка.1) The complexity of the design, the large dimensions of the engine and the complexity of manufacturing the cam profile.
2) Низкая нагрузочная способность точечных кинематических пар кулачка.2) Low load capacity of point kinematic pairs of the cam.
3) Ограниченные эксплуатационные возможности из-за привода только одного выходного вала с одним рабочим органом, что не позволяет применить данный двигатель в приводах мощных машин с двумя выходными рабочими органами (например, в приводе вертолетов с двумя соосно расположенными тяговыми винтами).3) Limited operational capabilities due to the drive of only one output shaft with one working element, which does not allow the use of this engine in the drives of powerful machines with two output working elements (for example, in the drive of helicopters with two coaxially located traction rotors).
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в упрощении конструкции устройства, снижении габаритов двигателя и трудоемкости его изготовления, повышении нагрузочной способности и расширении эксплуатационных возможностей привода двух соосно установленных и противоположно вращающихся выходных валов с разными рабочими органами.The invention is based on the technical problem of simplifying the design of the device, reducing the dimensions of the engine and the complexity of its manufacture, increasing the load capacity and expanding the operational capabilities of the drive of two coaxially mounted and counter-rotating output shafts with different working bodies.
Получение технического результата достигается за счет того, что преобразующее устройство многопоршневого двигателя выполнено в виде сборки двух соосно установленных между собой на стойке трехшарнирных кривошипных двухплечих рычагов, которые пересекаются между собой и со стойкой в одной общей точке и в каждом из которых все три шарнира расположены на одной прямой линии, а упомянутые кривошипные двухплечие рычаги соединены с каждым из поршней двумя симметрично установленными относительно стойки шатунами одинаковой длины, попарно соединенными с каждым из поршней через двойной цилиндрический шарнир.The technical result is achieved due to the fact that the converting device of a multi-piston engine is made in the form of an assembly of two coaxially mounted three-joint crank double-arm levers mounted on a rack, which intersect with each other and with the rack at one common point and in each of which all three hinges are located on one straight line, and the mentioned crank double-arm levers are connected to each of the pistons by two symmetrically installed connecting rods of the same length relative to the rack, connected in pairs to each of the pistons through a double cylindrical hinge.
Сущность изобретения поясняется чертежами на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4.The essence of the invention is illustrated by drawings in Fig. 1, fig. 2, fig. 3 and fig. 4.
На фиг. 1 изображен общий вид многопоршневого двигателя, в котором преобразующее устройство выполнено в виде сборки двух соосно установленных между собой на стойке 1 трехшарнирных кривошипных двухплечих рычагов 2 и 3, в каждом из которых все три шарнира A, O1, В (на рычаге 2) и С, O1, D (на рычаге 3) расположены на одной прямой линии АО1В (рычаг 2) и на одной прямой линии CO1D (рычаг 3). Кривошипные двухплечие рычаги 2 и 3 при сборке замкнутой кинематической цепи пересекаются между собой и со стойкой 1 в одной общей точке O1, а также соединены с каждым из двух поршней 4 и 5 двумя симметрично установленными относительно стойки 1 шатунами 6 и 7 одинаковой длины (AO2=CO2) и шатунами 8 и 9 одинаковой длины (BO3=DO3). Шатуны 6 и 7 с одной стороны соединены с поршнем 4 через двойной цилиндрический шарнир O2, а с другой стороны соединены с кривошипными двухплечими рычагами 2 и 3 через однократные цилиндрические шарниры A и С с параллельными осями вращения. Шатуны 8 и 9 с одной стороны соединены с поршнем 5 через двойной цилиндрический шарнир O3, ас другой стороны соединены с кривошипными двухплечими рычагами 2 и 3 через однократные цилиндрические шарниры В и D с параллельными осями вращения. Поршни 4 и 5 расположены на одной направляющей O2O1O3, проходящей через центр вращения O1 обоих кривошипных двухплечих рычагов 2 и 3.In fig. 1 shows a general view of a multi-piston engine, in which the converting device is made in the form of an assembly of two coaxially mounted three-joint crank double-arm levers 2 and 3 coaxially mounted on a rack 1, each of which has all three hinges A, O 1 , B (on lever 2) and C, O 1 , D (on lever 3) are located on the same straight line AO 1 B (lever 2) and on the same straight line CO 1 D (lever 3). Crank double-arm levers 2 and 3, when assembling a closed kinematic chain, intersect with each other and with the rack 1 at one common point O 1 , and are also connected to each of the two pistons 4 and 5 by two symmetrically installed relative to the rack 1 connecting rods 6 and 7 of the same length (AO 2 =CO 2 ) and connecting rods 8 and 9 of the same length (BO 3 =DO 3 ). The connecting rods 6 and 7, on the one hand, are connected to the piston 4 through a double cylindrical hinge O 2 , and on the other hand, they are connected to the crank double-arm levers 2 and 3 through single cylindrical hinges A and C with parallel axes of rotation. The connecting rods 8 and 9, on one side, are connected to the piston 5 through a double cylindrical hinge O 3 , and on the other side, they are connected to the crank double-arm levers 2 and 3 through single cylindrical hinges B and D with parallel axes of rotation. Pistons 4 and 5 are located on one guide O 2 O 1 O 3 passing through the center of rotation O 1 of both crank arms 2 and 3.
Длина каждого из попарно установленных шатунов 6 и 7, 8 и 9 выполнена больше длины каждого из соединяемых с ними кривошипных двухплечих рычагов 2 и 3 (например, выполняется неравенство: [AO2=СО2=BO3=DO3]>[АВ=CD].The length of each of the connecting rods 6 and 7, 8 and 9 installed in pairs is greater than the length of each of the double-arm crank levers 2 and 3 connected to them (for example, the inequality holds: [AO 2 =CO 2 =BO 3 =DO 3 ]>[AB= CD].
На фиг. 2 представлен вариант выполнения многопоршневого двигателя с двумя поршнями 4 и 5 (вид Е на фиг. 1), где кривошипный двухплечий рычаг 2 соединен с отдельно вращающимся выходным валом 10 с угловой скоростью ω1 в одну сторону. Другой кривошипный двухплечий рычаг 3 соединен с другим выходным валом 11, но вращающимся в другую сторону с такой же по величине угловой скоростью ω2=-ω1. Оба раздельно вращающихся выходных вала 10 и 11 установлены по разные стороны от плоскости движения поршней 4 и 5 и выполнены с возможностью противовращения между собой.In fig. Figure 2 shows an embodiment of a multi-piston engine with two pistons 4 and 5 (type E in Fig. 1), where a double-arm crank lever 2 is connected to a separately rotating output shaft 10 with an angular velocity ω 1 in one direction. Another crank lever 3 is connected to another output shaft 11, but rotating in the other direction with the same angular velocity ω 2 =-ω 1 . Both separately rotating output shafts 10 and 11 are installed on opposite sides of the plane of movement of the pistons 4 and 5 and are designed to counter-rotate among themselves.
На фиг. 3 представлен вариант конструктивного выполнения каждого из кривошипных двухплечих рычагов (на фиг. 2 и фиг. З шарнирно соединенных с поршнями 4 и 5 шатунами 6 и 9, 7 и 8) - в виде двух круглых эксцентриков 12 и 13, 14 и 15, которые попарно сблокированы между собой в противофазе с их относительным угловым сдвигом на 180 градусов вокруг оси их вращения О1. Оба раздельно вращающихся выходных вала 10 и 11 установлены по одну сторону от плоскости движения поршней 4 и 5 и выполнены с возможностью противовращения между собой с угловыми скоростями ω2=-ω1. Сблокированные эксцентрики 12 и 13 соединены с выходным валом 11, а сблокированные эксцентрики 14 и 15 соединены с выходным валом 10.In fig. Figure 3 shows a variant of the design of each of the crank double-arm levers (in Fig. 2 and Fig. 3, pivotally connected to the pistons 4 and 5 by connecting rods 6 and 9, 7 and 8) - in the form of two round eccentrics 12 and 13, 14 and 15, which are interlocked in pairs in antiphase with their relative angular shift of 180 degrees around their axis of rotation O 1 . Both separately rotating output shafts 10 and 11 are installed on one side of the plane of movement of the pistons 4 and 5 and are configured to counter-rotate among themselves with angular velocities ω 2 = -ω 1 . Interlocked eccentrics 12 and 13 are connected to the output shaft 11, and interlocked eccentrics 14 and 15 are connected to the output shaft 10.
На фиг. 4 представлен вариант выполнения многопоршневого двигателя с четырьмя поршнями 16, 17, 18 и 19, которые попарно расположены на двух взаимно-перпендикулярных направляющих O2O3 и О4О5, пересекающихся между собой в точке, совмещенной с центром O1 вращения обоих кривошипных двухплечих рычагов 2 и 3, которые соединены с шатунами 6, 7, 8, 9, 20, 21, 22 и 23 через двойные цилиндрические шарниры K, L, M, N с параллельными осями вращения. Упомянутые направляющие поршней O2O3 и O4O5 расположены к горизонтали под углом γ=360/2k, который для 4-х поршневого двигателя (k=4) равен: γ=360/2k=360/2*4=45° и при которых габариты двигателя (Г) снижаются (фиг.) в 1,5 раза (так согласно чертежа на фиг. габарит Г2 при γ=45° будет меньше Г1 при γ=0°): (Г1)γ=0°/(Г2)γ=45°=(1/cos γ)=(1/cos 45°)=(1/0,7)=1,5 раза.In fig. Figure 4 shows an embodiment of a multi-piston engine with four pistons 16, 17, 18 and 19, which are located in pairs on two mutually perpendicular guides O 2 O 3 and O 4 O 5 , intersecting each other at a point aligned with the center O 1 of rotation of both cranks double-arm levers 2 and 3, which are connected to connecting rods 6, 7, 8, 9, 20, 21, 22 and 23 through double cylindrical hinges K, L, M, N with parallel axes of rotation. The mentioned guides of the O 2 O 3 and O 4 O 5 pistons are located to the horizontal at an angle γ=360/2k, which for a 4-piston engine (k=4) is equal to: γ=360/2k=360/2*4=45 ° and at which the dimensions of the engine (G) are reduced (Fig.) by 1.5 times (so according to the drawing in Fig., the dimension G 2 at γ = 45° will be less than G 1 at γ = 0°): (G 1 ) γ =0° /(G 2 ) γ=45° =(1/cos γ)=(1/cos 45°)=(1/0.7)=1.5 times.
Работа представленного на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4 многопоршневого двигателя заключается в следующем.The operation of the one shown in Fig. 1, fig. 2, fig. 3 and fig. 4 multi-piston engine is as follows.
Возврато-поступательное движение поршней по направляющим O2O3 и O4O5 посредством шатунов 6 и 7, а также 8 и 9 преобразуется во вращение в противоположных направлениях с угловыми скоростями ω2=ω1 кривошипных двухплечих рычагов 2 и 3 и соответственно соединенных с ними выходных валов 10 и 11.The reciprocating movement of the pistons along the guides O 2 O 3 and O 4 O 5 by means of connecting rods 6 and 7, as well as 8 and 9 is converted into rotation in opposite directions with angular velocities ω 2 =ω 1 of the crank double-arm levers 2 and 3 and respectively connected with them there are 10 and 11 output shafts.
Достигаемый в предлагаемом многопоршневом двигателя технический эффект заключается в следующем.The technical effect achieved in the proposed multi-piston engine is as follows.
1. Упрощение конструкции и снижении в 1,5 раза габаритов многопоршневого, например, четырехпоршневого двигателя.1. Simplification of the design and reduction by 1.5 times of the dimensions of a multi-piston, for example, four-piston engine.
2. Снижение трудоемкости изготовления и нагрузочной способности преобразующего устройства на основе применения простых цилиндрических шарниров с параллельными осями вращения.2. Reducing the labor intensity of manufacturing and the load capacity of the converting device based on the use of simple cylindrical hinges with parallel axes of rotation.
3. Расширение эксплуатационных возможностей привода от одного двигателя двух разных рабочих органов без применения сложных зубчатых колес.3. Expanding the operational capabilities of driving two different working bodies from one engine without the use of complex gears.
4. Устраняется боковое давление поршней на их направляющие (и их износ) за счет симметричной установки их шатунов относительно стойки.4. The lateral pressure of the pistons on their guides (and their wear) is eliminated due to the symmetrical installation of their connecting rods relative to the strut.
Claims (6)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2804743C1 true RU2804743C1 (en) | 2023-10-04 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2013606C1 (en) * | 1990-06-04 | 1994-05-30 | Васильев Николай Никифорович | Internal combustion engine |
| CN2667177Y (en) * | 2004-01-15 | 2004-12-29 | 闻福义 | Double-crankshaft symmetrical double-link bar piston mechanism with crankshaft synchronous gear |
| DE102005044663A1 (en) * | 2005-09-21 | 2007-03-22 | Grüger, Christian, Dr. | Engine comprises two crankshafts working in opposing directions and an element arranged between a connecting rod and a piston creating an additional degree of freedom |
| DE102011110037A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-02-14 | Neander Motors Ag | Reciprocating piston engine, particularly reciprocating piston internal combustion engine for outboard propulsion of ships, comprises crank drive with two crankshafts extending parallel to each other over synchronization gear wheels |
| RU2525995C2 (en) * | 2012-10-01 | 2014-08-20 | Закрытое акционерное общество "НИКОМ" | Internal combustion engine |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2013606C1 (en) * | 1990-06-04 | 1994-05-30 | Васильев Николай Никифорович | Internal combustion engine |
| CN2667177Y (en) * | 2004-01-15 | 2004-12-29 | 闻福义 | Double-crankshaft symmetrical double-link bar piston mechanism with crankshaft synchronous gear |
| DE102005044663A1 (en) * | 2005-09-21 | 2007-03-22 | Grüger, Christian, Dr. | Engine comprises two crankshafts working in opposing directions and an element arranged between a connecting rod and a piston creating an additional degree of freedom |
| DE102011110037A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-02-14 | Neander Motors Ag | Reciprocating piston engine, particularly reciprocating piston internal combustion engine for outboard propulsion of ships, comprises crank drive with two crankshafts extending parallel to each other over synchronization gear wheels |
| RU2525995C2 (en) * | 2012-10-01 | 2014-08-20 | Закрытое акционерное общество "НИКОМ" | Internal combustion engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2233691B1 (en) | Volume expansion rotary piston machine | |
| US8789455B2 (en) | Drive mechanism for an oscillating piston rotor | |
| US5836273A (en) | Reciprocating machine | |
| JP2014209000A (en) | Coaxial crankless engine | |
| US2407859A (en) | Mechanical movement | |
| US7219631B1 (en) | High torque, low velocity, internal combustion engine | |
| US11261946B2 (en) | Asymmetric cam transmission with coaxial counter rotating shafts | |
| US10598090B2 (en) | Asymmetric cam transmission | |
| RU2804743C1 (en) | Multi-piston engine | |
| WO2008108670A1 (en) | Axial piston device | |
| JP2010533273A (en) | Reciprocating rotational power converter | |
| US3277743A (en) | Crankshaft with floating crank throws | |
| EP0422082A1 (en) | Radial cylinder machine. | |
| RU2643280C2 (en) | Rotary gear-driven engine fueled by compressible medium | |
| EA003724B1 (en) | Conversion of rectilinear reciprocating motion into rotational motion | |
| WO2014162144A1 (en) | Opposed piston engine | |
| US10473027B2 (en) | Asymmetric cam transmission with coaxial counter-rotating output shafts | |
| JP2009121540A (en) | Crank device | |
| RU2133832C1 (en) | Method of movement conversion in link gear and link gear itself | |
| RU2134795C1 (en) | Method of and volumetric expansion (displacement) machine for conversion of motion | |
| RU2102642C1 (en) | Mechanism for converting motion | |
| RU2812540C1 (en) | Multi-piston engine | |
| RU2141043C1 (en) | Rotary engine with inertia forces compensating system (versions) | |
| RU2420680C1 (en) | Conrod-free mechanism of motion conversion | |
| RU2225513C2 (en) | Rotary-vane internal combustion engine |