Hva er hevdet er:
1. Fremgangsmåte for dynamisk balansering av et V-type motor som har en ujevn grad avfyringsmønster og med en veivaksel som har minst ett veiven, og i det minste to stempelsammenstillinger, i det minste to forbindelsesstenger for å forbinde stemplene til veiven, i fremgangsmåten omfatter:
(A) plassering av veivakselen i en roterende balanseringsmaskin;
(B) å feste et par av statisk balansert disker til motsatte sider av veivakselen, karakterisert ved at hver skive er større enn radien av veiven og den kombinerte masse av de to skivene er større enn tyngden av veivakselen;
(C) festing bobweights Til veiven, vekten av de bobweights er lik hundre prosent av den roterende vekt av sveiv / stempelstang / stempelsammenstillingen pluss femtifem prosent av den frem- og tilbakegående vekten av den sveiv / stempelstang / stempelsammenstillingen;
(D) å spinne veivakselen og festet plater i balanseringsmaskin for å bestemme om noen dynamisk ubalanse finnes; og
(E) fjerne eller legge vekt på veivakselen for å kompensere for dynamiske ubalanse av veivakselen.
Beskrivelse:
Foreliggende
Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt en fremgangsmåte for fremstilling av en form for frem- og tilbakegående motor som har en ujevn grad avfyringsmønster, og mer spesielt en fremgangsmåte for balansering av en veivaksel i en slik motor.
BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN
Siden oljekrisen på begynnelsen av 1970-tallet, har det vært en økende etterspørsel etter mindre, mer drivstoffeffektive biler. Bilprodusenter i USA har svart på denne etterspørselen ved å innføre biler drevet av firesylindrede motorer av nyere design. Disse nye design representerer en betydelig investering i design, utvikling og produksjonsanlegg på den delen av bilprodusentene og deres leverandører. Disse økte kostnadene kan bare gjenopprettes ved å sende dem videre til forbruker.
De mindre biler må utformes med mindre motorrom som ikke kan ta de seks og åtte-sylindrede motorer vanligvis produsert av USA bransjen i løpet av de siste 40 årene. De motorfamilier utviklet for de mindre bilene er ofte helt ny design som er iboende kostbart. For å tilfredsstille kundens ytelse forventninger, har produsentene økt motor forskyvning, men med øket forskyvning, fire-sylindrede motorer har sterke vibrasjonsegenskaper. Dagens praksis er å dempe disse vibrasjoner egenskaper med tillegg av motroterende, balansering aksler, men disse aksler øke vekten av motoren, øke kostnadene for produksjon, og forbruker noe energi i sin operasjon som i stor grad svekke verdien av fire -cylinder design. Det andre alternativet, en liten forskyvning 60-graders V-6 motor, er en enda mer kostbar løsning.
Under den nåværende fremgangsmåte for avbalansering av motoren veivaksler, er kravet til første statisk balansere veivaksel, uten hensyn til vekten av stempel og stempelstangenheten, før dynamisk balansering veivakselen for derved å plassere en øvre grense på 2000 kubikkcentimeter på total forskyvning av fire-sylindrede motorer. Den økonomiske iboende i å produsere en virkelig stor forskyvning fire eller til og med to-sylindret motor har vært ansett som umulig eller upraktisk å oppnå utnytte eksisterende balansering prosedyrer.
OPPSUMMERING OG FORMÅL MED OPPFINNELSEN
Etter mye forskning på det ovennevnte problem, og den foreliggende fremgangsmåte blitt utviklet for utforming og fremstilling av forbrenningsmotorer, stempelmotorer med færre sylindere, men med en total motor forskyvning lik større motorer for tiden er i bruk i bilindustrien. Dette oppnås ved å øke boring og slaglengde dimensjoner, og ved å eliminere et antall sylindere i en motorblokk, slik at et to-sylindret motor kan ha lik forskyvning og hest effekt av en firesylindret motor. For å kompensere for de økede vibrasjonskreftene som skyldes økning av massen av frem- og tilbakegående deler, og den ujevne grad avfyring av sylindrene har en ny metode for dynamisk balansering av veivakselen til motoren blitt utviklet.
I lys av det ovenstående er det et formål med den foreliggende oppfinnelse å redusere kostnadene ved produksjon og montering av forbrenningsmotorer av den frem- og tilbakegående type.
Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å redusere størrelsen og vekten av forenkle slike motorer ved å redusere størrelsen av motorblokk og hjelpekomponenter (topplokk, inntak, eksosmanifolden, veivaksel).
Et annet formål er å forenkle konstruksjonen av motoren ved å redusere antallet bevegelige deler er nødvendig, for derved å redusere kostnadene ved framstilling, montering og installasjon.
Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en fremgangsmåte for å balansere rotasjons og frem- og tilbakegående krefter som virker på veivakselen til motoren slik at den går jevnt.
Enda et annet formål med foreliggende oppfinnelse er å øke effektiviteten av forbrenningsmotorer gjennom en reduksjon i sylinder pumpetap gjort mulig ved å eliminere et antall sylindere som er nødvendige for en gitt forskyvning.
Andre formål og fordeler ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå og tydelig fra en studie av den følgende beskrivelse og de vedlagte tegninger som kun er illustrerende for en slik foreliggende oppfinnelse.
KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE
Fig. 1 er et tverrsnitt av en V-type motor fremstilt i samsvar med den foreliggende oppfinnelse;
Fig. 2 er et grunnriss av denne, med topplokket fjernet;
Fig. 3 er et sideplanriss av en fordeler som brukes i forbindelse med motoren;
Fig. 4 er et sideriss av motoren;
Fig. 5 er et sideriss av en kamaksel som benyttes i forbindelse med motoren; og
Fig. 6 er et sideriss av en veivaksel som brukes i forbindelse med motoren.
Fig. 7 er et frontriss av en balanseringsmaskin med en veivaksel montert deri;
Fig. 8 er et tverrsnitt av balanseringsmaskin med en veivaksel montert deri.
DETALJERT BESKRIVELSE AV OPPFINNELSEN
Med ytterligere henvisning til tegningene, er et eksempel på en motor 10 er vist som ble produsert i henhold til foreliggende oppfinnelse. Konstruksjonen av denne motoren er den samme som for standard åtte sylinder, V-type motor i bruk i dag. Likheter mellom de to design ville tillate produsenter å utnytte mange standard komponenter, materialer og maskiner som allerede er i bruk med dagens bilindustrien produsert motorer.
Det henvises nå til fig. 1, den V-type motor 10 omfatter en motorblokk 12 som har en nedre veivhus 14 og to-sylinderrekkene 16 er anordnet ved 90 grader i forhold til hverandre.
Hver sylinderrekke 16 omfatter en enkelt sylinder 18. Konstruksjonen av motorblokken 12 er hovedsakelig den samme som større V-type motor i nåværende bruk. En veivaksel 20 som omfatter et integrert formet veivaksel tannhjul og en enkelt sveiv innkast 24 som er montert inne i motorblokk 14 på vanlig måte for slike motorer. En frem- og tilbakegående stempel 28 er anordnet inne i hver sylinder 18 og er forbundet med veivakselen 20 ved hjelp av en forbindelsesstang 32. I den foreliggende oppfinnelse, innbefatter veivakselen en enkelt sveiv kast 24 og journal til hvilke forbindelsesstengene 32 av hvert stempel 28 er vedlagte. Dette skaper en simplier, sterkere og mindre kostnadskrevende enn veivakselen en der tidsskrifter for hver stempelforbindelsesstangen 32 er separate og offset. Denne ene journal veivakselen 20 vil resultere i en ujevn grad tenningsrekkefølgen, som normalt ville resultere i betydelig vibrasjon under drift. Imidlertid er en ny metode for dynamisk balansering av veivakselen 20 av de to sylindret motor eliminerer vibrasjon og gjør normal og jevn drift er mulig med store sylinderboringene. Denne balansering fremgangsmåte er beskrevet nærmere i etterfølgende deler av denne beskrivelse.
Et par sylinderhoder 34 er montert på toppen av de respektive sylinderrekkene 16 av hodebolter 36. sylinderhodet 34 lukker den øvre ende av sylindrene 18 og omfatter et flertall av maskin åpninger. Mer spesielt, sylinderhodet 34 omfatter en inntaksventilåpning 40 og en utløpsventil åpning 42 som kommuniserer med hver sylinder 18. En inntaksventil 44 og en utløpsventil 46 er anordnet henholdsvis inne i inntaksventilåpningen 40 og utløpsventilåpning 42 og drives til å åpne og lukke den samme. Innløpsventilen 44 og utløpsventilen 46 åpnes og lukkes ved hjelp av en kamaksel 48.
Kamakselen 48 er montert i motorblokken 12 mellom sylinderrekkene 16. kamaksel 48 omfatter en flerhet av kammer 50 som har hevede deler eller knaster 52. Antallet av kammer 50 på kamakselen 48 er naturligvis avhengig av antallet inntaks- og eksosventiler i motoren. Kamakselen 48 av den foreliggende oppfinnelse har bare fire kammer 48 for å operere to ventiler 40 og to eksosventiler 42 (fig. 3)
Ridning på hver kam 50 er et sylindrisk ventilløfter 54. Som kamakselen 48 roterer og fremspringet 52 beveger seg under ventilløfteren 54, er ventilløfteren 54 hevet. Ventilløfteren 54 i sin tur i inngrep med en skyvestang 56 som strekker seg mellom ventilløfteren 54 og en vippearm 58 som er montert på sylinderhodet 34. Støtstangen 56 presser vippearmen 58 forover noe som griper inn i inntaksventilen 44 og utblåsningsventilen 46, som tilfellet kan være, slik at ventilen er hevet fra sitt sete, og slik at ventilen åpnes. Når den flik 52 på kammen beveger seg rundt ut av veien, trykket av ventilfjæren 60 på ventilen tvinger ventilen til igjen. Samtidig er ventilløfteren 54 tvunget nedover slik at den forblir i kontakt med kammen 50.
Det vil forstås at inntak og exhaust-ventiler 44 og 46 skal åpnes og lukkes i takt med bevegelse av stempelet 28. Åpning og lukking av ventilene styres ved hjelp av kamakselen 48, som beskrevet ovenfor. Stillingen av stempelet 28 er relatert til posisjonen av veivakselen 20, siden de er forbundet ved hjelp av forbindelsesstangen 32. Det må rotasjonen av veivakselen 20 og kamaksel 48 være synkronisert for riktig ventilinnstilling.
For å oppnå passende ventilstyring, blir en kamaksel tannhjul opplagret om den fremre ende av kamakselen 48. kamaksel utstyr kan være i inngrep med den veivaksel tannhjulet 22, men mer vanlig de er forbundet med en registerkjede. I begge tilfeller blir bevegelsen av kam 48 og veivaksel 20 synkronisert. Kamakselen gear er vanligvis dobbelt så stor som den veivakselen kjedehjulet 22, slik at veivakselen 20 vil gjøre to fullstendige rotasjoner for hver omdreining av kamakselen 48. På samme måte er ventilene åpnes bare en gang annenhver veivakselomdreininger
En inntaksmanifold 66 distribuerer en blanding av bensin og luft til hver sylinder 18 via inntaksventilåpningen 40. En forgasser 68 er montert på toppen av innløpsmanifolden 66. Den nedadgående bevegelse av stempelet 28 inne i sylinderen 18 frembringer et undertrykk i sylinder og har en tendens til å trekke luft gjennom forgasseren 68 og innsugningsmanifolden 66. Når luft beveger seg gjennom forgasseren 68, den plukker opp atomiserte partikler av bensin. Den gass / luft-blandingen blir så trukket gjennom inntaksmanifolden 66 forbi en åpen inntaksventilen 44 inn i sylinderen 18. Den tenning av gass / luftblandingen i sylinderen 18 vil drive stempelet 28 nedover inne i sylinderen 18 som igjen roterer veivakselen 20 som vil bli beskrevet i nærmere detalj nedenfor. Etter hvert som stempelet 28 beveger seg oppover i sylinderen 18, blir forbrenningsgasser tvunget forbi utløpsventilen 46 og inn i eksosgrenrøret 70 som også er festet til topplokket 34.
Den gass / luftblandingen inne i hver sylinder 18 blir antent av en tennplugg 72 skrudd inn i en gjenget åpning som er utformet i sylinderhodet 34. høyspenningstransienter produsert av en tennspole er rettet mot den respektive tennpluggene 72 i riktig rekkefølge avfyring av en fordeler 76. fordel~~POS=TRUNC 76 omfatter en rotor montert på toppen av en fordeler aksel og en fordelingshetten 82 som har et antall høye spenningsklemmene 84. Den sentrale høyt strekk terminal 84 er forbundet ved hjelp av en høy spenning ledning til en tenningsspole. De ytre klemmene er forbundet med tennplugg ledninger til respektive tennplugger 72. Når rotoren 78 vindinger og kan kobles i rekkefølge de sentrale høyspentklemmer til de forskjellige ytre høyspentklemmer kobler høyspennstøt fra spolen til de forskjellige motortenn plugger 72.
Det vil forstås at tidsstyringen av den gnist må være synkronisert med bevegelsen av ventilene og stemplet 28. Vanligvis er dette gjort ved i inngrep med et drev på fordel aksel med et tannhjul på kamakselen 48 slik at fordeleren aksel drives av kamakselen 48.
Virkemåten av slike motorer er velkjent for fagfolk på området, men er kort beskrevet nedenfor. En slik drift av motoren er delt inn i fire sykluser, som er kalt slag. Det første slag er kalt innsugningstakten. I løpet av dette slag, er stempelet 28 beveger seg nedover inne i sylinderen 18 og innløpsventilen 44 er åpen. Den nedadgående bevegelse av stempelet 28 danner et delvis vakuum inne i sylinderen 18 som trekker en gass / luft-blanding fra forgasseren 68 forbi den åpne inntaksventilen 44 inn i sylinderen 18. Når stempelet 28 nærmer seg bunnen av sitt inntaksslag, innløpsventilen 44 lukkes. Kompresjonsslaget begynner med at stempelet 28 beveger seg oppad i sylinderen 18 med både innløpsventilen 44 og utløpsventilen 46 lukket. Den oppadgående bevegelse av stempelet 28 komprimerer den gass / luftblandingen til omtrent en tiendedel av dets opprinnelige volum gjør det mer brennbart. Når stempelet 28 når toppen av kompresjonsslaget, er en høy overspenning rettet fra tennspolen til tennpluggen 72 ved hjelp av fordeleren 76. Den resulterende gnist antenner gass / luftblandingen inne i sylinderen. Varmen fra forbrenning forårsaker kraftig ekspansjon av gasser som presser stempelet 28 nedover. Den nedadrettede kraft er ført gjennom trekkstangen 32 på veivakselen 20 som er gitt en kraftig omdreining. Dette kalles arbeidsslag. Når stempelet 28 når bunnen av sitt arbeidsslag, åpnes utløpsventilen 46. Utskyvningstakten begynner med den oppadgående bevegelse av stempelet 28 som tvinger de brente gassene ut forbi utløpsventilen 46 inn i avgassmanifolden 68.
Beskrivelsen ovenfor angir de grunnleggende mekaniske komponenter i en V-type motor. I tillegg må motoren være utstyrt med et brenselforsyningssystem, et kjølesystem, et smørende system, og et tenningssystem. Komponentene og driften av hver av de ovennevnte systemer er vel kjent for fagfolk innen teknikken og er kommersielt lett tilgjengelige. Dessuten vil motoren være utstyrt med en bunnpanne 26 som er montert på undersiden av veivhuset 14, og et ventildeksel 38 som er montert til hvert hode 34.
Blokken 12 ifølge foreliggende oppfinnelse utnytter de åpning-dimensjon, stempler, ringer, wristpins, forbindelsesstenger, og lagrene på en 400 kubikk Cheverolet V-8 motor og fortrenger 94 kubikk inches. Veivakselen 20 deler en identisk kaste 24 med den for en standard V-8 Cheverolet veivaksel, men er mye kortere. (Fig. 4) På lignende måte kamakselen 48 krever bare fire knaster 50, sammenlignet med en V-8 kamaksel og dets 16 fliker. (Fig. 3) Fordeleren 76 ifølge den foreliggende oppfinnelse er ikke noe mer enn en lager distributør for en V-8-motor med seks av de åtte omkringliggende klemmene 84 fjernet.
De modifiserte delene som er beskrevet ovenfor, kan fremstilles med eksisterende støpeformer, dør, og verktøy med noen modifikasjoner. En endring i konstruksjon, vil imidlertid måtte gjøres for den V-2 motoren til å gå glatt eller være fri vibrasjon. Denne endringen er i balanserings fremgangsmåte som vanligvis brukes til motorens veivaksel V-type.
V-8 motor er en enda grad avfyring motor. Med andre ord, vil en av de åtte sylindrene fyre hver gang veivakselen 20 roterer nitti grader. Dette selv graden avfyringssystem gjør at motoren til å kjøre jevnt uten vibrasjon.
Eksempelet V-2-motoren ifølge den foreliggende oppfinnelse, som diskutert ovenfor, benytter et enkelt kast veivaksel 20 med en 90 graders avstand sylinder. Denne ordningen vil føre til en ujevn grad avfyring av sylindrene. Når sylinder nr 1 branner, vil veivakselen roteres 270 grader før sylinder nr 2 branner. Etter sylinder No. 2 avfyrer veivakselen 20 vil reise til 450 grader før sylinder nr 1 branner på nytt. Dette ujevn grad avfyring vil normalt føre til at motoren å kjøre ujevn eller å vibrere. Således må veivakselen balanseres for å kompensere for denne ujevne grad avfyring.
Roterende vekt må balanseres i to plan. Alle de deler som roterer i takt med veivakselen er balansert slik at vekten av delene er fordelt jevnt rundt rotasjonssenteret. Dette kalles statisk balanse. Siden veivakselen i de fleste V-type motorer er vanligvis lang, må det generelt bli kontrollert for å se at det er balansert fra ende til ende. Veivakselen 20, ifølge den foreliggende oppfinnelse, mottar bare en dynamisk balanse. Imidlertid, et svinghjul og harmonisk balanserings, som er montert på motsatte ender av veivakselen 20 bør selv være statisk balansert før den ble montert på veivakselen 20.
Et balanseringsmaskin 90 blir brukt til å balansere de roterende deler av motoren. Da V-type motorer har sine veiver 90 ° vinkelavstand fra hverandre, har en vekt som skal tilsettes til den kaster under balanseringsprosessen for å kompensere for den 90 graders avstand. Vekt blir tilsatt i form av bobweights 92, som er boltet til veivakselen stangen journal. I en enda grad avfyring motor, blir vekten av den bobweight 92 beregnet ved å legge den totale roterende vekten av en veiv (som er den veivtapp side av to forbindelsesstenger, siden den V-type motor har to stenger pr kast) og 50 prosent av den frem- og tilbakegående vekten av en veiv. Med andre ord, blir vekten av de roterende deler som er lagt til halvparten av vekten av de frem- og tilbakegående deler festet til hver veiv. En typisk bobweight beregning for en V-8 motor kan være som følger:
700 g roterende ende av to forbindelsesstenger. 800 g totalvekt på 2 lagerinnsatser. 880 g total roterende vekt av en veiv 390 g av en stempelpinne 125 g 80 g ett sett av ringer 100 g frem- og tilbakegående ende av en forbindelsesstang. 695 g halvparten av frem- og tilbakegående vekten av en veiv 880 g 695 g 1575 g bobweight
Normalt er veivakselen statisk balansert før de blir dynamisk balansert. Veivakselen 20 i samsvar med foreliggende oppfinnelse er imidlertid ikke mottar en statisk balanse. Normalt ville dette føre til veivakselen for å vibrere voldsomt i løpet av balanseringsprosedyren og sannsynligvis fare for operatøren av balanseringsmaskin. For å overvinne denne vibrasjon i balanse prosedyren, er det to faste skivene 94 er festet, en ved hver ende, til veivakselen forut for anbringelse av hele sammenstillingen av veivaksel, bobweights 92, og festet skivene 94 i balanseringsmaskinen 90. Hver skive 94 har en radius som er over den for veivakselen kast, og sammen har de en total masse som overskrider den til veivakselen og festet bobweights 92. treghets~~POS=TRUNC produsert av vinkelmomentet til de uregelmessig formede veivakselen blir derfor beveget utover radius av veivakselen kaste. Den samlede virkning er å bevege massesenteret for hele sammenstillingen nærmere rotasjonsaksen.
Også vekten av bobweight 92 som skal tilsettes i løpet av balanserings prosedyren må beregnes på en annen for å kompensere for den ujevne grad avfyring av sylinderne.
Etter å ha beregnet den roterende vekt, og halvparten av den frem- og tilbakegående vekten av en veiv, blir en kompenseringsfaktor tilføyet som er lik ti prosent (10%) av det sistnevnte tall. Hvis således en halvdel av den frem- og tilbakegående vekten er 695 gram beregnet ovenfor, er et ytterligere 69,5 g tilsatt for å kompensere for den ujevne grad avfyring av motoren. Vekten av bobweight 92 for Søkers motor ville derfor være 1644,5 g (800 g + 695 g + 69,5 g). Det bør bemerkes at vekten av den bobweight 92 kan også beregnes ved å tilsette ett hundre prosent (100%) av den roterende vekt av en veiv og femtifem prosent (55%) av den frem- og tilbakegående vekten av en veiv som en kort metode.
Den fullstendige V-2 motor konstruert som beskrevet ovenfor er 21 inches lange og 20 inches bred og 24 inches høy. Den komplette motorvekt, mindre starter og fluid er omtrent 180 lbs. Motoren vil gi et maksimalt dreiemoment på 110 ft.-lbs. ved 3000 rpm, som er 62,8 hestekrefter. Dermed kan det ses at denne motoren er i stand til å gjøre jobben til de fleste firesylindrede motorer.
Det kan lett sees at en motor som fremstilles ved fremgangsmåtene beskrevet i den foreliggende oppfinnelse vil ha en iboende dynamisk balansering av alle massene i den roterende sammenstillingen av veivakselen og tilknyttede stempeldeler. Det kan også lett se at fortrengningsvolumet av de enkelte sylindere er ikke lenger begrenset av problemet med tilstrekkelig balansere veivakselen og resiprokerende masseenheten. Således er det mulig å eliminere et antall sylindre som er nødvendige for å fremstille en motor med en gitt forskyvning uten å ty til kostbare, kompliserte og energi rane eksterne vibrasjonsdempende anordninger.
Den foreliggende oppfinnelse kan selvsagt utføres på andre spesifikke måter enn de som her er angitt uten å avvike fra oppfinnelsens ånd og vesentlige egenskaper ved oppfinnelsen. De foreliggende utførelsesformer må derfor, for å bli betraktet i alle henseende som illustrerende og ikke begrensende, og alle endringer som kommer innenfor betydningen og ekvivalens utvalg av de vedlagte krav er ment å være omfattet av disse.
