RU2028477C1

RU2028477C1 - Piston machine

Info

Publication number: RU2028477C1
Authority: RU
Inventors: Ю.И. Потехин; Г.П. Казьмин; Л.В. Прасс
Priority date: 1989-11-21
Filing date: 1989-11-21
Publication date: 1995-02-09

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: piston machine has housing provided with at least two cylinders interconnected with a by-pass passage. Pistons, which move toward each other, are received in the cylinders. Two triangle members are pivotally connected to the eccentric pin of the crankshaft trough the first tops. The pistons are provided with rods pivotally connected with the second arms of the triangle members. The piston machine is provided with the first and second levers, arms of which are pivotally coupled with the third tops of the triangle members. The third top of one of the triangle members is kinematically connected to the mechanism for changing the working volume made as an axle of rocking of one of the levers. The axle is mounted for movement. The cylinders are arranged over a [-shaped line. The rods of the pistons have different lengths. One of the cylinders is provided with a combustion engine for providing operation on cycle of internal combustion engine. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания, и может быть применено в различных поршневых машинах. The invention relates to mechanical engineering, namely to internal combustion engines, and can be applied in various reciprocating machines.

Известен двухкратный двигатель внутреннего сгорания с совместно работающими цилиндрами, включающий основной и вспомогательный цилиндры, соединенные между собой через перепускные клапаны, механизм для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное и вал для отбора мощности. Known two-time internal combustion engine with jointly working cylinders, including the main and auxiliary cylinders, interconnected via bypass valves, a mechanism for converting reciprocating motion into rotational and shaft for power take-off.

Недостатком этого двигателя является низкий КПД из-за трения в цилиндро-поршневой группе. The disadvantage of this engine is its low efficiency due to friction in the cylinder-piston group.

Известен также двигатель внутреннего сгорания с совместно работающими цилиндрами и поршни, коленчатый вал и механизм включающий основной и вспомогательный цилиндры для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное. Also known is an internal combustion engine with jointly working cylinders and pistons, a crankshaft and a mechanism including a primary and secondary cylinder for converting reciprocating motion into rotary.

Недостатком этого двигателя является низкий КПД из-за трения в цилиндро-поршневой группе и сложность реализации устройств регулирования степени сжатия в процессе работы. The disadvantage of this engine is its low efficiency due to friction in the cylinder-piston group and the difficulty of implementing devices for controlling the degree of compression during operation.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является двигатель внутреннего сгорания с совместно работающими цилиндрами, в которых размещены встречно-двигающиеся поршни навстречу друг другу. Closest to the claimed technical essence and the achieved result is an internal combustion engine with jointly working cylinders, in which counter-moving pistons are placed towards each other.

Возвратно-поступательное движение поршней реализуется двумя симметричными механизмами с треугольными элементами, одни вершины которых связаны с поршнями штангами. Вторые вершины треугольных элементов с помощью шатунов соединены с оппозитными шейками коленчатого вала. Третьи вершины связаны между собой штангой, действующая длина которой изменяется эксцентриком в соответствии с необходимым изменением степени сжатия. The reciprocating movement of the pistons is realized by two symmetrical mechanisms with triangular elements, some of whose vertices are connected with the pistons by rods. The second vertices of the triangular elements are connected by connecting rods to the opposed necks of the crankshaft. The third peaks are interconnected by a rod, the effective length of which is changed by the eccentric in accordance with the necessary change in the degree of compression.

Недостатком этого двигателя является сложная для конструктивно-компановочного решения двигателя кинематика, приводящая к увеличению потерь на трение. Особенно усложнены конструкции шатунного узла и коленчатого вала из условий симметрии усилий при размещении поршней в общем удлиненном цилиндре. The disadvantage of this engine is the kinematics that are difficult to constructively solve the engine, leading to an increase in friction losses. The design of the connecting rod assembly and crankshaft is especially complicated due to the symmetry of forces when placing the pistons in a common elongated cylinder.

Кроме того, данная конструкция двигателя не может работать в цикле В. Кушуля при использовании легких топлив (бензин, газ и т. п.). In addition, this engine design cannot work in the V. Kushul cycle when using light fuels (gasoline, gas, etc.).

Цель изобретения - упрощение конструкции. The purpose of the invention is to simplify the design.

Сущность изобретения заключается в том, что поршневая машина, содержащая корпус по меньшей мере с двумя цилиндрами, сообщенными между собой, встречно движущиеся поршни, установленные в цилиндрах, коленчатый вал с эксцентриковой шейкой, по меньшей мере два треугольных элемента, первые вершины которых кинематически связаны с эксцентриковой шейкой коленчатого вала, вторые вершины кинематически связаны с поршнями, а третья вершина одного из треугольных элементов кинематически связана с механизмом изменения рабочего объема цилиндров, причем треугольные элементы размещены по разные стороны от эксцентриковой шейки, снабжена первым и вторым рычагами, плечи которых шарнирно соединены с третьими вершинами треугольных элементов, поршни снабжены штоками, шарнирно связанными с вторыми плечами треугольных элементов, а первые вершины треугольных элементов шарнирно соединены с эксцентриковой шейкой коленчатого вала, цилиндры расположены П-образно, штоки поршней выполнены разной длины. The essence of the invention lies in the fact that the piston machine, comprising a housing with at least two cylinders in communication, counter-moving pistons installed in the cylinders, a crankshaft with an eccentric neck, at least two triangular elements, the first vertices of which are kinematically connected with by the eccentric neck of the crankshaft, the second vertices are kinematically connected with the pistons, and the third vertex of one of the triangular elements is kinematically connected with the mechanism for changing the working volume of the cylinders, We have triangular elements placed on different sides of the eccentric neck, equipped with first and second levers, the arms of which are pivotally connected to the third vertices of the triangular elements, pistons are equipped with rods articulated with the second shoulders of the triangular elements, and the first vertices of the triangular elements are articulated with the eccentric neck of the cranked shaft, cylinders are U-shaped, piston rods are made of different lengths.

При работе в режиме двигателя внутреннего сгорания один из цилиндров снабжен камерой сгорания. When operating in the mode of an internal combustion engine, one of the cylinders is equipped with a combustion chamber.

Механизм изменения рабочего объема поршневой машины выполнен в виде оси качания одного из рычагов, установленной с возможностью перемещения. The mechanism for changing the working volume of the piston machine is made in the form of a swing axis of one of the levers mounted with the possibility of movement.

На чертеже приведена кинематическая схема предлагаемой поршневой машины. The drawing shows a kinematic diagram of the proposed piston machine.

Поршневая машина содержит корпус 1 по меньшей мере с двумя цилиндрами 2 и 3, сообщенными между собой, встречно движущиеся поршни 4 и 5, установленные в цилиндрах 2 и 3, коленчатый вал 6 с эксцентриковой шейкой 7, по меньшей мере два треугольных элемента 8 и 9, первые вершины которых кинематически связаны с шейкой 7, вторые вершины кинематически связаны с поршнями 4 и 5, а третья вершина одного из треугольных элементов 9 кинематически связана с механизмом 10 изменения рабочего объема цилиндров 2 и 3. Треугольные элементы 8 и 9 расположены по разные стороны шейки 7. Поршневая машина снабжена первым 11 и вторым 12 рычагами, плечи которых шарнирно соединены с третьими вершинами элементов 8 и 9 и корпусом 1, а их первые вершины шарнирно соединены с шейкой 7, цилиндры 2 и 3 расположены Л-образно, а штоки 13 и 14 поршней 4 и 5 соответственно выполнены разной длины. The piston machine comprises a housing 1 with at least two cylinders 2 and 3 connected to each other, counter-moving pistons 4 and 5 installed in the cylinders 2 and 3, a crankshaft 6 with an eccentric neck 7, at least two triangular elements 8 and 9 the first vertices of which are kinematically connected with the neck 7, the second vertices are kinematically connected with the pistons 4 and 5, and the third vertex of one of the triangular elements 9 is kinematically connected with the mechanism 10 for changing the working volume of the cylinders 2 and 3. The triangular elements 8 and 9 are located on different sides s of the neck 7. The piston machine is equipped with the first 11 and second 12 levers, the shoulders of which are pivotally connected to the third vertices of the elements 8 and 9 and the housing 1, and their first vertices are pivotally connected to the neck 7, the cylinders 2 and 3 are L-shaped, and the rods 13 and 14 of the pistons 4 and 5, respectively, are made of different lengths.

Для обеспечения работы по циклу двигателя внутреннего сгорания один из цилиндров снабжен камерой 15 сгорания. To ensure work on the cycle of the internal combustion engine, one of the cylinders is equipped with a combustion chamber 15.

Механизм 12 изменения рабочего объема выполнен в виде оси качания одного из рычагов, установленной с возможностью перемещения. The mechanism 12 for changing the working volume is made in the form of a swing axis of one of the levers mounted for movement.

Цилиндры сообщены между собой перепускным каналом 16, не дросселирующим газа. The cylinders are interconnected by a bypass channel 16, which does not throttle the gas.

Пpедлагаемая силовая кинематика в зависимости от циркуляции мощности в системе может быть реализована в поршневых компрессорах и гидравлических насосах или двигателях пневматических, гидравлических и внутреннего сгорания. Все определяется видом клапанов и их управлением, которые могут быть традиционными для каждого из видов поршневых машин. В общем виде работа поршневой машины может быть представлена описанием работы двигателя внутреннего сгорания. The proposed power kinematics depending on the circulation of power in the system can be implemented in reciprocating compressors and hydraulic pumps or pneumatic, hydraulic and internal combustion engines. Everything is determined by the type of valves and their control, which can be traditional for each type of piston machine. In general, the operation of a piston machine can be represented by a description of the operation of an internal combustion engine.

При вращении коленчатого вала 6 вправо поршень 5 цилиндра 3 опережает поршень 4 цилиндра 2 в зависимости от угла развала между цилиндрами. В цилиндр 3 всасывается нормальная безвоздушная смесь, а цилиндр 2 - обедненная смесь (настолько, чтобы суммарный заряд сгорел полностью). В конце цилиндра сжатия (при всасывании и сжатии) смесь из одного цилиндра в другой не перетекает и в каждом цилиндре сжимается свой заряд. В цилиндре 3 сжата нормально-обогащенная смесь, которая воспламеняется от электрической искры. В то же время, когда поршень 5 в цилиндре 3 идет вниз, поршень 4 в цилиндре 2 не достигает мертвой точки. При дальнейшем движении в мертвой точке он выдавливает обедненную смесь через канал 16 в камеру сгорания цилиндра 3, где уже начинается процесс сгорания в области свечи. В результате выталкивания из цилиндра 2 обедненной смеси, энергетического перемешивания ее с нормальной смесью образуется некоторая суммарная смесь, которая содержит оптимальное количество кислорода, топлива и сгорает. When the crankshaft 6 is rotated to the right, the piston 5 of the cylinder 3 is ahead of the piston 4 of the cylinder 2, depending on the camber angle between the cylinders. Normal airless mixture is sucked into cylinder 3, and cylinder 2 is depleted in the mixture (so that the total charge burns out completely). At the end of the compression cylinder (during suction and compression), the mixture does not flow from one cylinder to another and its charge is compressed in each cylinder. Normally enriched mixture is compressed in cylinder 3, which is ignited by an electric spark. At the same time, when the piston 5 in the cylinder 3 goes down, the piston 4 in the cylinder 2 does not reach the dead center. With further movement at the dead center, he squeezes the lean mixture through channel 16 into the combustion chamber of cylinder 3, where the combustion process in the area of the candle already begins. As a result of pushing the depleted mixture from cylinder 2, energetically mixing it with the normal mixture, a certain total mixture is formed, which contains the optimal amount of oxygen, fuel and burns.

Благодаря использованию двух параллелограммов, соединенных между собой штангами-толкателями (штоками 13 и 14) совершают при работе двигателя приближенно прямолинейные движения (это свойство механизмов Чебышева) и трение в цилиндро-поршневой паре значительно уменьшается. Изменение же положения шарнирного соединения плеча первого рычага 11 приводит к изменению хода поршня 5 и соответственно к изменению степени сжатия двигателя. Такое перемещение легко может быть реализовано посредством эксцентриков гидравлических толкателей или червячной передачи, так как основное усилие от поршней воспринимается коленчатым валом. Due to the use of two parallelograms interconnected by push rods (rods 13 and 14), when the engine is running, they make approximately linear movements (this is a property of Chebyshev mechanisms) and the friction in the cylinder-piston pair is significantly reduced. Changing the position of the swivel of the shoulder of the first lever 11 leads to a change in the stroke of the piston 5 and, accordingly, to a change in the compression ratio of the engine. Such movement can be easily realized by means of eccentrics of hydraulic pushers or a worm gear, since the main force from the pistons is perceived by the crankshaft.

Угол развала между цилиндрами определяется конструктивными параметрами двигателя и возможностью механизма. The camber angle between the cylinders is determined by the design parameters of the engine and the possibility of the mechanism.

Таким образом, благодаря выполнению механизма для преобразования возвратно-поступательного движения во вращательное в виде двух механизмов с треугольными элементами, кинематически соединенных между собой на эксцентриковой шейке коленчатого вала и выполнение механизма изменения рабочего объема в виде оси качания одного из рычагов с возможностью перемещения позволяет существенно повысить КПД и экологичность поршневой машины за счет снижения потерь на трение в двигателе, организации воспламенения оптимально обедненной смеси и выбора наилучшего термического КПД двигателя изменением степени сжатия в процессе работы двигателя на разных нагрузках и разных топливах. Thus, due to the implementation of the mechanism for converting the reciprocating motion into rotational motion in the form of two mechanisms with triangular elements kinematically connected to each other on the eccentric neck of the crankshaft and the implementation of the mechanism for changing the working volume in the form of a swing axis of one of the levers with the possibility of movement can significantly increase Efficiency and environmental friendliness of a piston machine by reducing friction losses in the engine, organizing ignition of an optimally lean mixture and choosing best engine thermal efficiency change in the compression ratio during engine operation at different loads and different fuels.

Claims

1. PISTON MACHINE, comprising a housing with at least two cylinders in communication, counter-moving pistons installed in the cylinders, a crankshaft with an eccentric neck, at least two triangular elements, the first vertices of which are kinematically connected with the eccentric neck of the crankshaft, the second vertices are kinematically connected with the pistons, and the third vertex of one of the triangular elements is kinematically connected with the mechanism for changing the working volume of the cylinders, and the triangular elements are placed in different e side of the eccentric neck, characterized in that, in order to simplify the design, the machine is equipped with first and second levers, the arms of which are pivotally connected to the third vertices of the trunnion elements, the pistons are equipped with rods pivotally connected to the second shoulders of the triangular elements, the first vertices of the triangular elements are articulated connected to the eccentric neck of the crankshaft, the cylinders are L-shaped, and the piston rods are made of different lengths.

2. The machine according to claim 1, characterized in that, in order to ensure operation of the cycle of the internal combustion engine, one of the cylinders is equipped with a combustion chamber.

3. The machine according to p. 1, characterized in that the mechanism for changing the working volume is made in the form of a rolling axis of one of the levers mounted with the possibility of movement.