Ciò che è richiesto è:
1. Metodo per bilanciare dinamicamente un motore del tipo a V avente un reticolo grado scoppi irregolari e comprendente un albero motore avente almeno una crankthrow, e almeno due gruppi pistone, almeno due biellette di collegamento dei gruppi pistone al crankthrow, i metodo comprendendo:
(A) porre l'albero motore in una macchina equilibratrice rotante;
(B) fissare una coppia di dischi staticamente equilibrate alle opposte estremità dell'albero a gomiti, il raggio di ciascun disco essendo maggiore del raggio del crankthrow e la massa combinata dei due dischi essendo maggiore della massa dell'albero a gomiti;
(C) attaccare contrappesi alla crankthrow, il peso dei contrappesi essendo pari al cento per cento del peso rotante del / biella gruppo a manovella / pistone più cinquanta per cento del peso alternativo della manovella / biella / pistone;
(D) girare l'albero motore e dischi collegati nella macchina equilibratrice per determinare se esiste qualsiasi squilibrio dinamico; e
(E) rimuovere o aggiungere peso all'albero motore per compensare lo squilibrio dinamico del motore.
Descrizione:
CAMPO DELL'INVENZIONE
La presente invenzione si riferisce generalmente ad un metodo per produrre un tipo di motore alternativo avente un reticolo grado scoppi irregolari, e più in particolare ad un metodo per bilanciare un albero motore in un tale motore.
BACKGROUND DELL'INVENZIONE
Dal momento che la crisi petrolifera dei primi anni 1970, ci sono stati una crescente domanda per più combustibile macchine più piccole, efficienti. costruttori di automobili negli Stati Uniti hanno risposto a questa domanda con l'introduzione di veicoli alimentati da motori a quattro cilindri di recente progettazione. Questi nuovi modelli rappresentano i notevoli investimenti nella progettazione, sviluppo e impianti di produzione da parte dei costruttori di automobili ed i loro fornitori. Questi maggiori costi possono essere recuperati solo passandoli sul consumatore.
I veicoli più piccoli devono essere progettati con vani motore più piccoli che non possono ospitare i motori a sei e otto cilindri comunemente prodotte dal settore auto negli Stati Uniti nel corso degli ultimi 40 anni. Le famiglie di motori sviluppati per i veicoli più piccoli sono spesso completamente nuovi disegni che sono intrinsecamente costosi. Al fine di soddisfare le aspettative di prestazioni clienti, i produttori hanno aumentato cilindrata, ma con maggiore cilindrata, motori a quattro cilindri avere caratteristiche di vibrazione dure. La pratica corrente è di smorzare queste caratteristiche di vibrazione con l'aggiunta di contro-rotante, alberi di equilibratura, ma questi alberi aumentare il peso del motore, aumenta il costo di produzione, e consumare una certa energia nel loro funzionamento che compromette notevolmente il valore dei quattro cilindri di progettazione. L'altra alternativa, uno spostamento piccolo di 60 gradi V-6 motore, è una soluzione ancora più costosa.
Sotto l'attuale metodo di bilanciamento a gomito del motore, il requisito è di bilanciare primo staticamente l'albero motore, senza tener conto del peso del pistone e biella, prima bilanciamento dinamico gomiti determinando così un limite superiore di 2.000 centimetri cubici sul totale spostamento di motori a quattro cilindri. Il inerente economico nella produzione di un vero grande cilindrata quattro o addirittura due cilindri è stato considerato impossibile o impraticabile per ottenere utilizzando procedure di bilanciamento attuali.
SINTESI E SCOPI DELL'INVENZIONE
Dopo molte ricerche nel suddetto problema, il presente metodo è stato sviluppato per la progettazione e la produzione di combustione interna, motori alternativi con un numero di cilindri, ma con una cilindrata totale pari a motori più grandi attualmente in uso nel settore automobilistico. Ciò si ottiene aumentando le dimensioni dell'alesaggio e della corsa ed eliminando una pluralità di cilindri in un blocco motore, in modo che un motore a due cilindri può avere pari cilindrata e potenza cavallo di un motore a quattro cilindri. Per compensare le maggiori forze vibrazionali risultanti dall'aumento della massa delle parti alternativi e il grado di cottura non uniforme dei cilindri, è stato sviluppato un nuovo metodo per bilanciare dinamicamente l'albero a gomiti del motore.
In considerazione di quanto precede, è uno scopo della presente invenzione è quello di ridurre il costo di fabbricazione e assemblaggio di motori a combustione interna del tipo alternativo.
Un altro scopo della presente invenzione è quello di ridurre la dimensione e semplificare il peso di tali motori, riducendo la dimensione del blocco motore e componenti ausiliari (testate, aspirazione, collettore, albero motore).
Un altro scopo è quello di semplificare la progettazione del motore, riducendo il numero di parti in movimento necessario, riducendo così il costo di fabbricazione, assemblaggio e installazione.
Un altro scopo della presente invenzione è di fornire un metodo per bilanciare le forze rotazionali e alternativi che agiscono sull'albero a gomiti del motore permettendo di eseguire senza problemi.
Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di aumentare l'efficienza dei motori a combustione interna attraverso una riduzione delle perdite di pompaggio cilindro rese possibili eliminando un numero di cilindri necessari per un dato spostamento.
Altri scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente chiare ed evidenti da uno studio della seguente descrizione e dai disegni allegati che sono semplicemente illustrativi di tale invenzione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
FIGURA. 1 è una vista in sezione trasversale di un motore del tipo a V prodotto in conformità con la presente invenzione;
FIGURA. 2 è una vista in pianta dall'alto della stessa, con la testata rimossa;
FIGURA. 3 è una vista laterale in pianta di un distributore utilizzati in connessione con il motore;
FIGURA. 4 è una vista in elevazione laterale del motore;
FIGURA. 5 è una vista in elevazione di un albero a camme utilizzati in connessione con il motore; e
FIGURA. 6 è una vista in elevazione di un albero a gomiti utilizzato in connessione con il motore.
FIGURA. 7 è un'elevazione frontale di una macchina equilibratrice con un albero motore in esso montato;
FIGURA. 8 è una sezione trasversale della macchina equilibratrice con un albero motore in esso montato.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE
Con ulteriore riferimento alle figure, un esempio di un motore 10 è mostrato che è stato prodotto secondo la presente invenzione. La costruzione di questo motore è simile a quello dello standard otto cilindri, motore in uso V-tipo oggi. Somiglianze tra i due disegni avrebbero permesso ai produttori di utilizzare molti componenti standard, materiali e macchine utensili già in uso con prodotti motori attuali del settore automotive.
Facendo ora riferimento alla FIG. 1, il motore del tipo a V 10 comprende un blocco motore 12 avente un carter inferiore 14 e banche due cilindri 16 disposti a 90 gradi l'uno rispetto all'altro.
Bancata 16 include un cilindro 18. Il disegno del blocco motore 12 è sostanzialmente la stessa come grande motore del tipo a V in uso presente. Un albero a gomiti 20 comprendente un albero a gomiti ruota dentata formata integralmente e una singola manovella laterale 24 montato entro carter 14 in modo normale di tali motori. Un pistone alternativo 28 è disposto all'interno di ciascun cilindro 18 e collegato all'albero a gomiti 20 attraverso una biella 32. Nella presente invenzione, l'albero motore comprende una singola manovella laterale 24 e giornale a cui le bielle 32 di ciascun pistone 28 sono allegato. Questo crea una più semplice, più forte, e meno costoso a gomiti di uno in cui le riviste per ciascun pistone biella 32 sono separati e offset. Questo singolo albero a gomiti rivista 20 si tradurrà in un ordine di accensione grado irregolari che normalmente causare vibrazioni sostanziale durante il funzionamento. Tuttavia, un nuovo metodo di bilanciamento dinamico a gomiti 20 del motore a due cilindri elimina questa vibrazione e rende il normale e corretto funzionamento possibile con grandi fori di cilindro. Questo metodo di bilanciamento è discusso più in porzioni successive di questa specifica.
Una coppia di testate 34 sono montati sulla parte superiore del rispettivo bancate 16 mediante bulloni a testa 36. La testa del cilindro 34 chiude l'estremità superiore dei cilindri 18 e comprende una pluralità di aperture della macchina. Più in particolare, la testata 34 comprende un'apertura valvola di aspirazione 40 ed un'apertura di valvola di scarico 42 in comunicazione con ciascun cilindro 18. Una valvola di aspirazione 44 e una valvola di scarico 46 sono montati, rispettivamente, entro l'apertura della valvola di aspirazione 40 e l'apertura 42 della valvola di scarico e sono azionati per aprire e chiudere la stessa. La valvola di aspirazione 44 e di scarico valvola 46 è aperta e chiusa da un albero a camme 48.
L'albero a camme 48 è montato all'interno del blocco motore 12 tra le bancate 16. L'albero a camme 48 comprende una pluralità di camme 50 aventi sezioni o lobi sollevate 52. Il numero delle camme 50 sull'albero a camme 48 sono, naturalmente, dipendenti dal numero di valvole di aspirazione e di scarico del motore. L'albero a camme 48 della presente invenzione ha solo quattro camme 48 per azionare due valvole di aspirazione 40 e due valvole di scarico 42. (FIG. 3)
Viaggiando su ogni camma 50 è una punteria cilindrica 54. L'albero a camme 48 ruota e il lobo 52 si muove sotto la punteria 54, la punteria 54 viene sollevato. La punteria valvola 54 a sua volta impegna un'asta di spinta 56 si estende tra la punteria 54 ed un bilanciere 58 montato sulla testa del cilindro 34. L'asta di spinta 56 spinge il bilanciere 58 in avanti che impegna la valvola di aspirazione 44 o valvola di scarico 46, come il caso, in modo che la valvola è sollevato dalla sua sede e in modo che la valvola si apre. Quando il lobo 52 sulla camma si muove intorno allontanato, la pressione della molla della valvola 60 della valvola spinge la valvola a riposizionare. Allo stesso tempo, la punteria 54 viene forzato verso il basso in modo che rimanga in contatto con la camma 50.
Si comprenderà che l'aspirazione e valvole di scarico 44 e 46 devono aprire e chiudere in fase con il movimento del pistone 28. L'apertura e la chiusura delle valvole è controllato da camme 48 come descritto sopra. La posizione del pistone 28 è correlata alla posizione dell'albero motore 20 in quanto sono collegate da biella 32. Pertanto, la rotazione dell'albero a gomiti 20 e dell'albero a camme 48 deve essere sincronizzato per la corretta fasatura.
Al fine di realizzare una corretta fasatura, un ingranaggio albero a camme è imperniato sulla estremità anteriore dell'albero a camme 48. L'albero a camme può essere ingranato con l'albero a gomiti ruota dentata 22, ma più comunemente sono collegate da una catena di distribuzione. In entrambi i casi, il movimento dell'albero a camme 48 e l'albero motore 20 è sincronizzato. L'albero a camme è generalmente due volte più grande dell'albero motore 22 in modo tale che l'albero motore 20 farà due rotazioni complete per ogni rotazione dell'albero a camme 48. Pertanto, le valvole sono aperte solo una volta ogni due giri dell'albero motore
Un collettore di aspirazione 66 distribuisce una miscela di benzina e aria per ogni cilindro 18 attraverso l'apertura della valvola di aspirazione 40. Un carburatore 68 è montato sulla parte superiore del collettore di aspirazione 66. Il movimento verso il basso del pistone 28 entro il cilindro 18 produce un vuoto parziale nel cilindro e tende a tirare aria attraverso il carburatore 68 e del collettore di aspirazione 66. Come si muove l'aria attraverso il carburatore 68, raccoglie particelle atomizzate di benzina. La miscela di gas / aria viene quindi tirato attraverso il collettore di aspirazione 66 passato una valvola di aspirazione aperta 44 nel cilindro 18. L'accensione della miscela gas / aria in cilindro 18 aziona il pistone 28 verso il basso entro il cilindro 18 che a sua volta ruota l'albero motore 20 come sarà descritto più dettagliatamente in seguito. Quando il pistone 28 si muove verso l'alto all'interno del cilindro 18, i gas combusti sono forzati attraverso la valvola di scarico 46 e attraverso il collettore di scarico 70 che è anche fissato alla testate 34.
La miscela di gas / aria all'interno di ciascun cilindro 18 è accesa da una candela 72 avvitata in un foro filettato formato nella testata 34. picchi di tensione prodotta da una bobina di accensione sono diretti alle rispettive candele 72 in buone condizioni di cottura da un distributore 76. Il distributore 76 comprende un rotore montato su sommità di un albero distributore e una protezione di distributore 82 avente una pluralità di terminali di alta tensione 84. Il terminale centrale ad alta tensione 84 è collegato mediante un cavo ad alta tensione ad una bobina di accensione. I terminali esterni sono collegati da cavi candela a rispettive candele 72. Quando il rotore 78 giri, si connette in sequenza i terminali centrali alta tensione ai vari terminali ad alta tensione esterni dirigere l'impulso ad alta tensione dalla bobina ai vari scintilla motore spine 72.
Si comprenderà che la temporizzazione della scintilla deve essere sincronizzato con il movimento delle valvole e del pistone 28. Tipicamente, questo viene fatto ingranando un ingranaggio sull'albero distributore con un ingranaggio sull'albero a camme 48 in modo tale che l'albero del distributore è azionato da l'albero a camme 48.
Il modo di funzionamento di tali motori è ben noto agli esperti del ramo, ma viene brevemente descritto di seguito. Tale funzionamento del motore è diviso in quattro cicli, che sono chiamati colpi. Il primo colpo è chiamata la corsa di aspirazione. Durante questa corsa, il pistone 28 si muove verso il basso all'interno del cilindro 18 e la valvola di aspirazione 44 è aperta. Il movimento verso il basso del pistone 28 crea un vuoto parziale all'interno del cilindro 18 che tira una miscela gas / aria dal carburatore 68 oltre la valvola di aspirazione aperta 44 nel cilindro 18. Quando il pistone 28 si avvicina al fondo della sua corsa di aspirazione, la valvola di aspirazione 44 si chiude. La corsa di compressione inizia con il pistone 28 in movimento verso l'alto entro il cilindro 18 sia con la valvola di aspirazione 44 e di scarico valvola 46 chiusa. Il movimento verso l'alto del pistone 28 comprime la miscela gas / aria a circa un decimo del volume originale rendendolo più combustibile. Quando il pistone 28 raggiunge la parte superiore della corsa di compressione, un impulso ad alta tensione viene diretto dalla bobina di accensione alla candela 72 del distributore 76. La scintilla risultante accende la miscela gas / aria nel cilindro. Il calore di combustione provoca espansione forzata di gas che spingono il pistone 28 verso il basso. La forza verso il basso viene effettuata attraverso la biella 32 all'albero a gomiti 20 che è dato una svolta potente. Questo è chiamato il colpo di potere. Quando il pistone 28 raggiunge il fondo della sua corsa di alimentazione, la valvola di scarico 46 si apre. La fase di scarico inizia con il movimento verso l'alto del pistone 28 che forza i gas combusti fuori oltre la valvola di scarico 46 nel collettore di scarico 68.
La descrizione precedente espone i componenti meccanici di base di un motore del tipo a V. Inoltre, il motore deve includere un sistema di alimentazione del combustibile, un sistema di raffreddamento, un sistema di lubrificazione, e un sistema di accensione. Le componenti e le operazioni di ciascuno dei suddetti sistemi sono ben noti agli esperti nella tecnica e sono facilmente reperibili in commercio. Inoltre, il motore dovrebbe includere una coppa dell'olio 26 montato sul lato inferiore del carter del motore 14 ed un coperchio della valvola 38 montata a ciascuna testa 34.
Il blocco 12 della presente invenzione utilizza la dimensione del foro, pistoni, anelli, wristpins, bielle e cuscinetti di 400 Cheverolet cubico V-8 motore e sposta 94 pollici cubi. L'albero motore 20 azioni un tiro identico 24 con quella di uno standard V-8 Cheverolet albero motore, ma è molto più breve. (Fig. 4) Analogamente, l'albero a camme 48 richiede soltanto quattro lobi 50 rispetto ad un albero a camme V-8 e le sue 16 lobi. (Fig. 3) Il distributore 76 secondo la presente invenzione non è altro che un magazzino distributore per un motore V-8 avente sei degli otto terminali esterne 84 rimossi.
Le parti modificate sopra descritti possono essere realizzati con stampi esistenti, matrici, ed utensili con poche modifiche. Una modifica di progetto, tuttavia, dovrà essere fatta per il motore V-2 di eseguire senza problemi o essere privo di vibrazioni. Questo cambiamento è nella procedura di bilanciamento normalmente utilizzata per un albero motore del tipo a V.
Il motore V-8 è un motore di tiro grado pari. In altre parole, uno degli otto cilindri viene attivato ogni volta l'albero a gomiti 20 ruota di novanta gradi. Questo sistema di cottura anche gradi consente al motore di funzionare senza intoppi, senza vibrazioni.
L'esempio 2 V-motore della presente invenzione, come discusso in precedenza, utilizza un unico albero motore laterale 20 con una distanza tra i cilindri di 90 gradi. Questa disposizione causerà un tiro di laurea non uniforme dei cilindri. Quando il cilindro No. 1 incendi, l'albero a gomiti ruota di 270 gradi prima del cilindro No. 2 fuochi. Dopo cilindro No. 2 genera l'albero a gomiti 20 viaggeranno 450 gradi prima No. cilindro 1 incendi nuovamente. Questo cottura laurea irregolari normalmente causare al motore di funzionare irregolare o vibrare. Così, l'albero motore deve essere bilanciato per compensare questa cottura laurea irregolare.
peso rotante deve essere bilanciato in due piani. Tutte le parti che ruotano in linea con l'albero motore sono bilanciati in modo che il peso delle parti sono distribuiti equamente intorno al centro di rotazione. Questo si chiama equilibrio statico. Poiché l'albero motore in maggior parte dei motori di tipo V è normalmente lungo, deve generalmente essere controllato per vedere che è bilanciata da un capo all'altro. L'albero motore 20, della presente invenzione, riceve solo un equilibrio dinamico. Tuttavia, un volano e bilanciatore armonico, che sono montate sulle estremità opposte dell'albero motore 20 dovrebbero essere equilibrati staticamente stessi prima di essere installato sull'albero motore 20.
Una macchina di equilibratura 90 viene utilizzato per equilibrare le parti rotanti del motore. Poiché i motori di tipo V hanno i loro crankthrows 90 gradi l'una dall'altra, il peso deve essere aggiunto al tiri durante il processo di bilanciamento per compensare la spaziatura 90 gradi. Peso viene aggiunto sotto forma di contrappesi 92, che vengono imbullonati sul perno di biella dell'albero motore. In un motore cottura grado pari, il peso del bobweight 92 è calcolato sommando il peso rotante totale di un crankthrow (che è il lato perno di biella di due bielle poiché il motore del tipo a V ha due aste per laterale) e il 50 per cento di il peso alternativo di uno crankthrow. In altre parole, il peso delle parti rotanti è aggiunto alla metà del peso delle parti alternativi collegati a ciascun crankthrow. Un tipico calcolo bobweight per un motore V-8 può essere la seguente:
700 g fine di due bielle rotante. 800 g di peso totale di 2 inserti cuscinetto. 880 g di peso totale rotante di uno crankthrow 390 g uno stantuffo 125 g perno 80 g una serie di anelli di 100 g alternativo estremità di una biella. 695 g di metà alternato peso di un crankthrow 880 g 695 g 1575 g bobweight
Normalmente, l'albero motore è bilanciato staticamente prima di essere dinamicamente bilanciato. L'albero motore 20 secondo la presente invenzione, tuttavia, non riceve un equilibrio statico. Normalmente, questo potrebbe causare l'albero motore a vibrare violentemente durante la procedura di bilanciamento e, probabilmente, mettere in pericolo l'operatore della macchina equilibratrice. Per superare questa vibrazione nella procedura di equilibrio, due dischi 94 sono solidi divisoria, una a ciascuna estremità, all'albero motore prima di immettere l'intero assemblaggio dell'albero a gomiti, contrappesi 92, e fissata dischi 94 nella macchina equilibratrice 90. Ciascun disco 94 ha un raggio superiore a quella del tiro a gomiti, e insieme hanno una massa totale superiore a quella dell'albero motore e contrappesi allegate 92. il momento d'inerzia prodotta dal momento angolare dell'albero a gomiti forma irregolare viene quindi spostato oltre il raggio dell'albero a gomiti gettare. L'effetto complessivo è quello di spostare il baricentro dell'intero gruppo più vicino all'asse di rotazione.
Inoltre, il peso del bobweight 92 da aggiungere durante la procedura di bilanciamento deve essere calcolato in modo diverso per compensare la cottura grado irregolare dei cilindri.
Dopo aver calcolato il peso rotante e la metà del peso alternativo di un crankthrow, viene aggiunto un fattore di compensazione che è uguale a dieci per cento (10%) del secondo numero. Pertanto, se la metà del peso alternativo è 695 grammi calcolati sopra, viene aggiunto un ulteriore 69,5 g per compensare la cottura grado irregolare del motore. Il peso del bobweight 92 per il motore della richiedente sarebbe quindi 1644,5 g (800 g + 695 g + 69,5 g). Va notato che il peso del bobweight 92 può anche essere calcolato sommando cento per cento (100%) del peso rotante di uno crankthrow cinquanta per cento (55%) del peso alternativo di uno crankthrow come abbreviazione metodo.
Il completo motore V-2 costruito come descritto sopra è di 21 pollici di lunghezza da 20 pollici di larghezza e 24 pollici. Il peso motore completo, meno di avviamento e fluido è di circa 180 libbre. Il motore produce una coppia massima di 110 piedi-lbs. a 3000 RPM, che è 62,8 cavalli di potenza. Così, si può vedere che questo motore è in grado di fare il lavoro della maggior parte dei motori a quattro cilindri.
Si può facilmente vedere che un motore, prodotto dalle procedure descritte nella presente invenzione avrà un'equilibratura dinamica intrinseca di tutte le masse della parte rotante dell'albero a gomiti e parti alternativi allegate. Può anche essere facilmente visto che il volume di spostamento dei singoli fori di cilindro non è più limitata dal problema del bilanciamento adeguatamente a gomiti e alternativo gruppo a masse. Pertanto, è possibile eliminare un numero di cilindri necessari a produrre un motore di un dato spostamento senza ricorrere a costose, complicate e energia rapine dispositivi antivibrazioni esterna.
La presente invenzione può, naturalmente, essere effettuato in altri modi specifici di quelli qui indicati senza allontanarsi dallo spirito e le caratteristiche essenziali dell'invenzione. Le presenti forme di realizzazione sono pertanto da considerarsi a tutti gli effetti come illustrative e non restrittive, e tutte le modifiche che rientrano nel significato e equivalenza gamma delle rivendicazioni annesse sono destinati ad essere ivi abbracciato.
