Wat wordt beweerd is:
1. Werkwijze voor het dynamisch balanceren v-motortype met een ongelijkmatig mate reeks flitsen en met een krukas met tenminste één crankthrow en ten minste twee zuigersamenstellen, tenminste twee drijfstangen voor het verbinden van de zuigersamenstellen de crankthrow de omvattende:
(A) het plaatsen van de krukas in een roterende balanceermachine;
(B) het bevestigen van een tweetal statisch evenwicht schijven tegenoverliggende einden van de krukas, de straal van elke schijf groter is dan de straal van de crankthrow en de gecombineerde massa van de twee schijven groter is dan de massa van de krukas;
(C) het bevestigen bobweights de crankthrow, het gewicht van de bobweights gelijk aan honderd procent van de roterende gewicht van de kruk / drijfstang / zuiger plus vijfenvijftig procent van het zuigerelement gewicht van de kruk / drijfstang / zuigersamenstel;
(D) het draaien van de krukas en de bijgevoegde schijven in de balanceermachine te bepalen of een dynamische onbalans; en
(E) het verwijderen of toevoegen van gewicht aan de krukas om de dynamische onbalans van de krukas te compenseren.
Beschrijving:
GEBIED VAN DE UITVINDING
De onderhavige uitvinding heeft algemeen betrekking op een werkwijze om een soort zuigermachine met een ongelijkmatig mate afvuurpatroon, en meer specifiek op een werkwijze voor het balanceren van een krukas in een dergelijke motor.
ACHTERGROND VAN DE UITVINDING
Sinds de oliecrisis van de vroege jaren 1970, zijn er een toenemende vraag naar kleinere, zuinigere auto's geweest. Automotive fabrikanten in de Verenigde Staten hebben gereageerd op deze vraag door de invoering van voertuigen die worden aangedreven door vier-cilinder motoren van de laatste design. Deze nieuwe ontwerpen vertegenwoordigen de aanzienlijke investeringen in ontwerp, ontwikkeling en productie-installaties van de kant van de autofabrikanten en hun leveranciers. Deze hogere kosten kunnen alleen worden hersteld door ze door te geven aan de consument.
De kleinere voertuigen moeten worden ontworpen met kleinere motor compartimenten die de zes en acht-cilinder motoren gewoonlijk geproduceerd door de Amerikaanse auto-industrie niet is geschikt voor in de laatste 40 jaar. De motor families ontwikkeld voor de kleinere voertuigen zijn vaak volledig nieuwe ontwerpen die inherent zijn kostbaar. Om de klant prestaties verwachtingen te voldoen, hebben de fabrikanten toegenomen cilinderinhoud, maar met een grotere cilinderinhoud, viercilindermotoren hebben zware trillingen kenmerken. De huidige praktijk is om deze trillingskenmerken onder toevoeging van de teller dempen roterende balansassen, maar deze assen verhoging van het gewicht van de motor verhogen de productiekosten, en verbruiken wat energie in hun werking waarbij de waarde van de vier sterk beschadigen -cilinder ontwerp. Het andere alternatief, een kleine verplaatsing van 60 graden V-6 motor, een nog duurdere oplossing.
Onder de huidige balansmethode motor krukassen, het vereiste om eerst statisch evenwicht de krukas zonder goed voor het gewicht van de zuiger en drijfstang vóór dynamisch balanceren van de krukas waardoor een bovengrens van 2000 kubieke centimeter het in de totale verdringing van viercilindermotoren. De economische inherent zijn naar een werkelijk grote verplaatsing vier of zelfs tweecilinder motor is beschouwd als niet of niet gemakkelijk te bereiken gebruikmakend van stroom balancing procedures.
Samenvatting en doelen van de uitvinding
Na veel onderzoek naar het bovengenoemde probleem is de onderhavige werkwijze ontwikkeld voor het ontwerpen en produceren van verbrandingsmotoren, zuigermotoren en minder cilinders, maar met een totale cilinderinhoud gelijk aan grotere motoren momenteel in gebruik in de automobielindustrie. Dit wordt bewerkstelligd door het verhogen van de boring en slag afmetingen en door het elimineren van een aantal cilinders in een motorblok, zodat een tweecilinder motor gelijke verplaatsing en -vermogen uitgang van een vier-cilindermotor kan hebben. Ter compensatie van de grotere vibrerende krachten als gevolg van het verhogen van de massa van de heen en weer bewegende delen en de ongelijke mate afvuren van de cilinders is een nieuwe werkwijze voor het dynamisch balanceren van de krukas van de motor ontwikkeld.
Gezien het bovenstaande is het een doel van de onderhavige uitvinding om de kosten van de fabricage en montage van verbrandingsmotoren van het type zuiger te verminderen.
Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verkleinen en het gewicht van dergelijke motoren te vereenvoudigen door de grootte van het motorblok en hulpbestanddelen (cilinderkoppen, inlaat, uitlaatspruitstuk krukas).
Een ander doel is het ontwerp van de motor te vereenvoudigen door het aantal bewegende delen nodig, waardoor de kosten van productie, montage en installatie verminderen.
Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het balanceren van de rotatie- en reciprocerende krachten op de krukas van de motor zodat het soepel draaien.
Nog een ander doel van de onderhavige uitvinding is het rendement van verbrandingsmotoren te verhogen door een vermindering cilinder pompverliezen mogelijk gemaakt door het elimineren van een aantal cilinders die voor een gegeven verplaatsing.
Andere doelen en voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden en duidelijk worden uit een bestudering van de volgende beschrijving en de bijgaande tekeningen die slechts illustratief dergelijke uitvinding.
KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN
Fig. 1 is een dwarsdoorsnede van een V-motortype dat volgens de onderhavige uitvinding;
Fig. 2 is een bovenaanzicht daarvan, de cilinderkop verwijderd;
Fig. 3 is een zij-bovenaanzicht van een verdeler gebruikt met de motor;
Fig. 4 is een zijaanzicht van de motor;
Fig. 5 is een zijaanzicht van een nokkenas gebruikt met de motor; en
Fig. 6 is een zijaanzicht van een krukas gebruikt in samenhang met de motor.
Fig. 7 is een vooraanzicht van een evenwicht machine met een krukas daarin aangebracht;
Fig. 8 is een dwarsdoorsnede van het evenwicht machine met een krukas daarin aangebracht.
Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding
Onder verdere verwijzing naar de tekening wordt een voorbeeld van een motor 10 getoond die is geproduceerd volgens de onderhavige uitvinding. De constructie van deze motor is gelijk aan die van de standaard acht-cilinder V-motor in gebruik. Gelijkenissen tussen de twee ontwerpen zouden de fabrikanten de mogelijkheid om vele standaard componenten, materialen, en werktuigmachines al in gebruik met de huidige auto-industrie geproduceerde motoren te gebruiken.
Nu verwijzend naar FIG. 1, het V-type motor 10 omvat een motorblok 12 met een onderste carter 14 en twee cilinderbanken 16 geplaatst bij 90 graden ten opzichte van elkaar.
Elke cilinderbank 16 omvat een cylinder 18. Het ontwerp van het motorblok 12 is in hoofdzaak dezelfde als grotere V-motor onderhavige toepassing. Een krukas 20 voorzien van een integraal gevormde krukas kettingwiel en een kruk afstand 24 aangebracht binnen carter 14 op de normale manier van dergelijke motoren. Een heen en weer gaande zuiger 28 is aangebracht in elke cilinder 18 en is verbonden met de krukas 20 door middel van een verbindingsstang 32. In de onderhavige uitvinding wordt de krukas een enkele kruk worp 24 en journal waaraan de verbindingsstangen 32 van elke zuiger 28 zijn gehecht. Hierdoor ontstaat een eenvoudiger, sterker en minder kostbaar dan een krukas, waarbij de bladen van elke zuiger drijfstang 32 zijn gescheiden en offset. Deze ene journal trapas 20 resulteert in een ongelijke mate vurenorde die normaliter zou leiden tot aanzienlijke trillingen tijdens bedrijf. Echter, een nieuwe werkwijze voor het dynamisch balanceren van de krukas 20 van de twee cilindermotor elimineert deze trilling en maakt normaal en soepele bediening mogelijk grote cilinderboringen. Deze afweging werkwijze uitvoeriger wordt besproken in de volgende gedeelten van deze specificatie.
Een paar cilinderkoppen 34 zijn boven respectieve cilinderbank 16 door kopbouten 36. De cilinderkop 34 sluit het boveneinde van de cilinders 18 en omvat meerdere openingen machine gemonteerd. Meer in het bijzonder, de cilinderkop 34 omvat een opening inlaatklep 40 en een uitlaatklep opening 42 in verbinding staat met elke cilinder 18. Een inlaatklep 44 en een uitlaatklep 46 zijn aangebracht, respectievelijk in de opening inlaatklep 40 en de uitlaatklep opening 42 en worden bediend voor het openen en sluiten van de zelfde. De inlaatklep 44 en de uitlaatklep 46 geopend en gesloten door een nokkenas 48.
De nokkenas 48 is gemonteerd binnen motorblok 12 tussen de cilinderbanken 16 de nokkenas 48 een aantal nokken 50 met verhoogde gedeelten of lobben 52 het aantal nokken 50 op de nokkenas 48 zijn uiteraard afhankelijk van het aantal inlaat- en uitlaatkleppen van de motor. De nokkenas 48 van de onderhavige uitvinding slechts vier nokken 48 twee inlaatkleppen 40 en twee uitlaatkleppen 42 bedienen (fig. 3)
Rijden op elke nok 50 een cilindrische klepstoter 54. Als de nokkenas 48 roteert de nok 52 beweegt onder de klepstoter 54 wordt de klepstoter 54 verhoogd. De klepstoter 54 op zijn beurt aangrijpt op een schuifstang 56 die zich tussen de klepstoter 54 en de tuimelaar 58 bevestigd aan de cilinderkop 34. De duwstang 56 duwt de tuimelaar 58 naar voren waarbij de inlaatklep 44 en uitlaatklep 46 aangrijpt, zoals het geval kan zijn, zodat de klep wordt verhoogd van zijn zitting en zodat de klep opent. Wanneer de nok 52 op de nok beweegt rondom uit de weg, de druk van de klepveer 60 op de klep dwingt de klep terug te plaatsen. Tegelijkertijd wordt de klepstoter 54 neerwaarts gedwongen zodat het in contact met de nok 50 blijft.
Duidelijk is dat de inlaat- en uitlaatkleppen 44 en 46 moeten openen en sluiten in overeenstemming met de beweging van de zuiger 28. Het openen en sluiten van de kleppen wordt bestuurd door de nokkenas 48, zoals hierboven beschreven. De positie van de zuiger 28 is gerelateerd aan de positie van de krukas 20, aangezien ze verbonden met stang 32. Aldus verbinden, moet de rotatie van de krukas 20 en de nokkenas 48 zijn gesynchroniseerd regelkwaliteit timing.
Om een goede kleptiming bereiken wordt een nokkenas tandwiel draaibaar over het vooreinde van de nokkenas 48. De nokkenas tandwiel kan worden ingrijping met de krukas tandwiel 22, maar vaker worden ze verbonden door een distributieketting. In beide gevallen is de beweging van de nokkenas 48 en de krukas 20 gesynchroniseerd. Nokkenastandwiel doorgaans tweemaal zo groot als de krukas kettingwiel 22 zodat de krukas 20 twee volledige omwentelingen maakt voor een ieder omwenteling van de nokkenas 48. Aldus worden de kleppen geopend eenmaal per twee omwentelingen krukas
Een inlaatspruitstuk 66 verdeelt een mengsel van benzine en lucht naar elke cilinder 18 via de inlaatklep opening 40. Een carburateur 68 is bovenop inlaatspruitstuk 66. gemonteerd De neerwaartse beweging van de zuiger 28 binnen de cilinder 18 ontstaat een onderdruk in de cilinder en heeft de neiging om lucht te trekken door de carburateur 68 en inlaatspruitstuk 66. lucht beweegt door de carburateur 68, pikt verstoven deeltjes van benzine. Het gas / luchtmengsel wordt dan getrokken door het inlaatspruitstuk 66 langs een open inlaatklep 44 in de cilinder 18. Het ontsteken van het gas / luchtmengsel in de cilinder 18 drijft de zuiger 28 neerwaarts binnen cilinder 18 die op zijn beurt roteert de krukas 20 als worden beschreven in meer detail beschreven. Wanneer de zuiger 28 omhoog beweegt binnen de cilinder 18 worden de rookgassen gedwongen langs de uitlaatklep 46 en door het uitlaatspruitstuk 70 die ook is bevestigd aan cilinderkoppen 34.
Het gas / luchtmengsel in de cilinders 18 wordt ontstoken door een bougie 72 geschroefd in een van schroefdraad voorziene opening die is gevormd in de cilinderkop 34 met hoge spanningspieken door een bobine worden naar de respectieve bougies 72 in de juiste ontstekingsvolgorde door een verdeler 76. De verdeler 76 omvat een rotor gemonteerd bovenop een verdeelschacht en een verdeelkap 82 met meerdere hoogspanning terminals 84. De centrale hoogspanning klem 84 is verbonden met een hoogspanning draad met een ontstekingsspoel. De uitwendige aansluitklemmen zijn verbonden door bougiekabels respectieve bougies 72. Aangezien de rotor 78 draait, verbindt achtereenvolgens de centrale hoogspanning aansluitingen met de verschillende buitenste hoogspanning terminals richten van de hoge spanningsgolf van de spoel naar de verschillende motor vonk stekkers 72.
Duidelijk is dat de timing van de vonk moet worden gesynchroniseerd met de beweging van de kleppen en de zuiger 28. Dit wordt typisch gedaan door aangrijping van een tandwiel op de verdeler as met een tandwiel op de nokkenas 48, zodat de verdeler as wordt aangedreven door de nokkenas 48.
De werkingswijze van dergelijke motoren is algemeen bekend aan deskundigen, maar is kort beschreven. Dergelijke werking van de motor wordt verdeeld in vier cycli die slagen worden genoemd. De eerste slag wordt de inlaatslag. Tijdens deze slag wordt de zuiger 28 naar beneden beweegt binnen de cilinder 18 en de inlaatklep 44 geopend. De neerwaartse beweging van de zuiger 28 wordt een gedeeltelijk vacuüm binnen cilinder 18 die een gas / luchtmengsel trekt de carburateur 68 langs de geopende inlaatklep 44 in de cilinder 18. Wanneer de zuiger 28 nadert de bodem van de inlaatslag, de inlaatklep 44 sluit. De compressieslag begint met de zuiger 28 omhoog bewegen binnen cilinder 18 met zowel de inlaatklep 44 en de uitlaatklep 46 gesloten. De opwaartse beweging van de zuiger 28 comprimeert het gas / luchtmengsel ongeveer een tiende van het oorspronkelijke volume waardoor het brandbaar. Wanneer de zuiger 28 de bovenzijde van de compressieslag wordt een hoge spanningsgolf gericht van de bobine op de bougie 72 door verdeler 76. De resulterende vonk ontsteekt het gas / luchtmengsel in de cilinder. De verbrandingswarmte veroorzaakt krachtige uitzetting van gassen die de zuiger 28 naar beneden te duwen. De neerwaartse kracht wordt gedragen door de verbindingsstang 32 om de krukas 20 die is voorzien van een krachtige turn. Dit heet de arbeidsslag. Wanneer de zuiger 28 de bodem van de krachtslag bereikt de uitlaatklep 46 geopend. De uitlaatslag begint met de opwaartse beweging van de zuiger 28 die de verbrande gassen voorbij de uitlaatklep 46 dwingt in het uitlaatspruitstuk 68.
De bovenstaande beschrijving geeft de fundamentele mechanische componenten van een V-motortype weer. Daarnaast moet de motor een brandstoftoevoersysteem, een koelsysteem, een smeersysteem, en een ontstekingssysteem bevatten. De componenten en de werking van elk van de hierboven genoemde systemen zijn welbekend bij de deskundigen in het vakgebied en zijn gemakkelijk commercieel verkrijgbaar. Ook zou de motor een opvangbak 26 bevestigd aan de onderzijde van het carter 14 en een klepdeksel 38 gemonteerd op elke kop 34 omvatten.
Het blok 12 volgens de onderhavige uitvinding gebruikt de diametermaat, zuigers, ringen, wristpins, drijfstangen en lagers van een 400 kubieke Cheverolet V8 motor en verplaatst 94 kubieke inches. De krukas 20 deelt dezelfde worp 24 met die van een standaard V-8 Cheverolet krukas, maar is veel korter. (Fig. 4) Ook de nokkenas 48 vereist slechts vier lobben 50 in vergelijking met een V-8 nokkenas en 16 lobben. (Fig. 3) De verdeler 76 van de onderhavige uitvinding is niet meer dan een voorraad distributeur voor een V-8 motor met zes van de acht uitwendige terminals 84 verwijderd.
De hierboven beschreven gemodificeerde onderdelen kunnen worden vervaardigd met bestaande matrijzen en gereedschappen met enkele wijzigingen. Een verandering in het ontwerp, zal echter worden voorzien in de V-2 motor te laten verlopen of te trillingsvrij. Deze verandering in het evenwicht procedure normaal voor een V-motortype krukas.
De V-8 motor is een nog graad vuren motor. Met andere woorden, een van de acht cilinders elke keer dat de krukas 20 roteert negentig graden te vuren. Dit zelfs graad afvuren systeem laat de motor soepel te laten verlopen zonder trillingen.
Het voorbeeld V-2-motor volgens de onderhavige uitvinding, zoals hierboven beschreven, wordt één worp krukas 20 met 90 graden tussenruimte cilinder. Deze opstelling zal een ongelijke mate ontsteken van de cilinders veroorzaakt. Wanneer cilindernummer 1 branden, wordt de krukas 270 graden roteren voordat cilindernummer 2 vuren. Na cilindernummer 2 ontsteekt de krukas 20 wordt 450 graden afleggen voordat cilindernummer 1 wordt ontstoken. Deze ongelijke mate vuren zou normaal gesproken de motor veroorzaken ongelijke uit te voeren of te trillen. Zo moet de krukas worden afgewogen om te compenseren voor deze ongelijke mate vuren.
Roterende gewicht moet worden afgewogen in twee vlakken. Alle onderdelen die roteren in overeenstemming met de krukas gebalanceerd zodat het gewicht van de onderdelen gelijk verdeeld rond het draaipunt. Dit is de zogenaamde statisch evenwicht. Omdat de krukas in de meeste V-type motoren is normaal gesproken lang is, moet het in het algemeen worden gecontroleerd om te zien dat het in balans is van begin tot eind. De krukas 20 van de onderhavige uitvinding, uitsluitend een dynamisch evenwicht. Echter, een vliegwiel en harmonische balanceerinrichting, die aan tegenoverliggende einden van de krukas 20 gemonteerd moet worden zich statisch evenwicht voordat ze op de trapas 20 wordt geïnstalleerd.
Een evenwicht machine 90 wordt gebruikt om de roterende delen van de motor in evenwicht. Aangezien V-motoren hebben crankthrows 90 graden van elkaar, gewicht moet worden toegevoegd aan de worpen tijdens het balanceerproces te compenseren voor de 90 graden afstand. Gewicht wordt toegevoegd in de vorm van bobweights 92, die met bouten aan de krukas geleiderpen. In nog graad afvuren motor wordt het gewicht van de bobweight 92 berekend door de totale roterende gewicht van één crankthrow (welke de krukpen zijde twee verbindingsstangen aangezien de V-motortype twee staven per worp) en 50 procent het heen en weer bewegende gewicht van één crankthrow. Met andere woorden, wordt het gewicht van de draaiende delen toegevoegd aan de helft van het gewicht van de heen en weer gaande delen aan elk crankthrow. Een typische bobweight berekening van een V-8 motor kan als volgt zijn:
700 g roterende na twee drijfstangen. 800 g totaalgewicht van 2 dragende inserts. 880 g totaal gewicht van een roterende crankthrow 390 g ene zuiger 125 g pin 80 g een set ringen 100 g reciprocerende uiteinde van een drijfstang. 695 g helft van reciprocerende gewicht per crankthrow 880 g 695 g 1575 g bobweight
Gewoonlijk wordt de krukas statisch evenwicht alvorens te worden dynamisch gebalanceerd. De krukas 20 volgens de onderhavige uitvinding echter geen statisch evenwicht ontvangen. Normaal gesproken zou dit de krukas veroorzaken hevig trillen tijdens de procedure van afweging en waarschijnlijk de exploitant van het in evenwicht brengen machine in gevaar brengen. Om deze vibratie in de balans procedure te overwinnen, worden twee vaste schijven 94 bevestigd, één aan elk uiteinde, met de krukas voor het plaatsen van het gehele samenstel van de krukas, bobweights 92 en verbonden schijven 94 in de balanceermachine 90. Elke schijf 94 is een straal groter dan die van de krukas worp en samen hebben ze een totale massa die groter is dan die van de krukas en de bijgevoegde bobweights 92. het traagheidsmoment door het impulsmoment van de onregelmatig gevormde krukas derhalve bewogen voorbij de straal van de krukas Gooi. Het totale effect is het zwaartepunt van het gehele samenstel dichter bij de rotatieas.
Ook het gewicht van de bobweight 92 tijdens de procedure van afweging worden toegevoegd anders moeten worden berekend voor het compenseren van de ongelijke mate ontsteken van de cilinders.
Na het berekenen van de roterende gewicht en de helft van het gewicht van een heen en weer gaande crankthrow, wordt een compenserende factor toegevoegd die gelijk is aan tien procent (10%) van het laatste nummer is. Wanneer dus de helft van de heen en weer gaande gewicht is 695 gram bovenstaande berekeningen nog eens 69,5 g wordt toegevoegd ter compensatie van ongelijke mate aanslaan van de motor. Het gewicht van de bobweight 92 van aanvraagster motor zou derhalve 1644,5 g (800 g + 695 g + 69,5 g) zijn. Opgemerkt wordt dat het gewicht van de bobweight 92 ook kan berekend worden door het toevoegen van honderd procent (100%) van het roterende gewicht van één crankthrow vijfenvijftig procent (55%) van de heen- en weergaande gewicht per crankthrow een afkorting methode.
De integrale V-2 engine geconstrueerd zoals hierboven beschreven is 21 inch lang en 20 inch breed en 24 duim hoog. Totale gewicht van de motor, minder starter en vloeistof ongeveer 180 lbs. De motor zal een maximum koppel van 110 ft.-lbs produceren. bij 3000 rpm, hetgeen 62,8 pk. Zo kan men zien dat deze motor in staat is van het doen van het werk van de meeste viercilinder motoren.
Men kan gemakkelijk zien dat een motor die wordt geproduceerd door de in de onderhavige uitvinding beschreven werkwijzen inherent dynamisch balanceren van de massa van de roterende montage van de krukas en de bijgevoegde reciprocerende onderdelen hebben. Het kan ook gemakkelijk te zien dat het verplaatsingsvolume van de afzonderlijke cilinderboringen niet langer wordt beperkt door het probleem adequaat evenwicht tussen de krukas en de heen en weer bewegende massa assemblage. Aldus is het mogelijk om een aantal cilinders nodig om een motor van een bepaalde verplaatsing produceren zonder toevlucht te nemen tot dure, gecompliceerde en energie beroven uitwendige trilling dempende inrichtingen te elimineren.
De onderhavige uitvinding kan natuurlijk worden uitgevoerd in andere specifieke wijze dan hierin beschreven zonder buiten de geest en de essentiële kenmerken van de uitvinding. De onderhavige uitvoeringsvormen moeten derhalve worden beschouwd in alle opzichten als illustratief en niet beperkend, en alle veranderingen die binnen de betekenis en gelijkwaardigheid bereik van de bijgevoegde conclusies zijn bedoeld om daardoor te worden omvat.
