Vad som påstås är:
1. Förfarande för att dynamiskt balansera en v-typ motor med en ojämn graders tändmönster och innefattande en vevaxel som har åtminstone en crankthrow, och åtminstone två kolvaggregaten, varav minst två vevstakar för anslutning av kolvaggregaten till crankthrow, de förfarandet innefattar:
(A) placering av vevaxeln i en roterande balanseringsmaskin;
(B) fastsättning av ett par av statiskt balanserade diskar till motsatta ändar av vevaxeln, radien hos varje skiva är större än radien på crankthrow och den kombinerade massan av de två skivorna är större än massan av vevaxeln;
(C) att fästa bobweights till crankthrow, vikten av de bobweights är lika med etthundra procent av den roterande vikten av veven / vevstaken / kolvaggregat plus femtiofem procent av det fram- och återgående vikten av veven / vevstaken / kolvaggregatet;
(D) att snurra vevaxeln och bifogade diskar i balanseringsmaskinen att bestämma huruvida någon dynamisk obalans existerar; och
(E) ta bort eller lägga vikt till vevaxeln för att kompensera den dynamiska obalansen hos vevaxeln.
Beskrivning:
UPPFINNINGENS OMRÅDE
Föreliggande uppfinning hänför sig allmänt till ett förfarande för framställning av en typ av kolvmotor med en ojämn graders tändmönster, och närmare bestämt till ett förfarande för att balansera en vevaxel i en sådan motor.
UPPFINNINGENS BAKGRUND
Eftersom oljekrisen i början av 1970-talet har det funnits en ökad efterfrågan på mindre och mer bränslesnåla bilar. Biltillverkare i USA har svarat på denna efterfrågan genom att införa fordon som drivs med fyrcylindriga motorer av senaste design. Dessa nya konstruktioner representerar betydande investeringar inom design, utveckling och tillverkning hos biltillverkarna och deras leverantörer. Dessa ökade kostnader kan endast återvinnas genom att dem för konsumenten.
De mindre fordon måste utformas med mindre motorrum som inte kan ta emot de sex och åttacylindriga motorer som vanligen produceras av USA bilindustrin under de senaste 40 åren. De motorfamiljer utvecklats för mindre fordon är ofta helt nya konstruktioner som i sig är kostsamt. För att tillfredsställa kundens prestanda förväntningar har tillverkare ökad motorförskjutning, men med ökad förskjutning, fyrcylindriga motorer har hårda vibrationsegenskaper. Nuvarande praxis är att dämpa dessa vibrationsegenskaper med tillägg av motroterande, balansering axlar, men dessa axlar öka vikten på motorn, ökar kostnaden för produktion, och förbrukar lite energi i deras drift som i hög grad äventyra värdet av de fyra cylindrig design. Det andra alternativet, en liten förskjutning 60-graders V-6-motor, är en ännu mer kostsam lösning.
Enligt den nuvarande metoden för att balansera motor vevaxlar, är kravet att först statiskt balansera vevaxeln, utan står för vikten av kolven och vevstaken aggregatet, innan dynamiskt balansera vevaxeln varigenom en övre gräns på 2000 kubikcentimeter på den totala förskjutning av fyrcylindriga motorer. Den ekonomiska inneboende i framställning av en verkligt stor förskjutning fyra eller till och med två-cylindrig motor har betraktats som omöjligt eller opraktiskt att uppnå med användning av nuvarande balanseringsprocedurer.
SAMMANFATTNING OCH SYFTEN MED UPPFINNINGEN
Efter mycket forskning in i den ovan nämnda problemet har föreliggande metod utvecklats för att utforma och producera förbrännings, fram- och återgående motorer med färre cylindrar, men med en total cylindervolym lika med större motorer som för närvarande används inom bilindustrin. Detta åstadkommes genom att öka cylinderdiameter och slaglängd dimensioner och genom att eliminera ett antal cylindrar i ett motorblock, så att en två-cylindrig motor kan ha lika förskjutning och häst uteffekten hos en fyrcylindrig motor. För att kompensera för de ökade vibrationskrafter till följd av en ökning av massan hos de fram- och återgående delarna och den ojämna graders tänd av cylindrarna har en ny metod för att dynamiskt balansera vevaxeln hos motorn utvecklats.
Med hänsyn till det ovanstående är det ett ändamål med föreliggande uppfinning att reducera kostnaden för tillverkning och montering av förbränningsmotorer av den typ som fram- och återgående.
Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att minska storleken och förenkla procent sådana motorer genom att minska storleken av motorblocket och hjälpkomponenter (topplock, intag, avgasgrenröret, vevaxeln).
Ett annat syfte är att förenkla utformningen av motorn genom att minska antalet rörliga delar behövs, för att därigenom minska kostnaderna för tillverkning, montering, och installation.
Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förfarande för att balansera de rotations- och fram- och återgående krafter som verkar på vevaxeln hos motorn låter det gå smidigt.
Ytterligare ett annat ändamål med föreliggande uppfinning är att öka effektiviteten hos förbränningsmotorer genom en minskning av cylinderpumpförluster som gjorts möjligt genom att eliminera ett antal cylindrar som är nödvändiga för en given förskjutning.
Andra ändamål och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå och uppenbart från en studie av den följande beskrivningen och de bifogade ritningarna, vilka endast är belysande för en sådan uppfinning.
KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA
FIKON. 1 är en tvärsektion av en V-typ motor som framställts i enlighet med föreliggande uppfinning;
FIKON. 2 är en planvy ovanifrån därav, med cylinderhuvudet borttaget;
FIKON. 3 är en sidovy i planvy ovanifrån av en fördelare som används i samband med motorn;
FIKON. 4 är en sidovy av motorn;
FIKON. 5 är en sidovy av en kamaxel som används i samband med motorn; och
FIKON. 6 är en sidovy av en vevaxel som används i samband med motorn.
FIKON. 7 är en vy framifrån av en balanseringsmaskin med en vevaxel monterad däri;
FIKON. 8 är ett tvärsnitt av balanseringsmaskinen med en vevaxel monterad däri.
DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN
Med ytterligare hänvisning till ritningarna, är ett exempel på en motor 10 visas som har producerats i enlighet med den föreliggande uppfinningen. Konstruktionen av denna motor är liknande den av standarden åttacylindriga, V-typ motor som används idag. Likheter mellan de två utföranden skulle tillåta tillverkarna att utnyttja många standardkomponenter, material och maskinverktyg som redan används med nuvarande fordonsindustrin producerade motorer.
Nu med hänvisning till FIG. 1, V-typ motor 10 innefattar ett motorblock 12 som har en lägre vevhus 14 och två-cylinderraderna 16 anordnade vid 90 ° i förhållande till varandra.
Varje cylinderbank 16 innefattar en enda cylinder 18. Utformningen av motorblocket 12 är väsentligen samma som större V-typ motor i nuvarande användning. En vevaxel 20 inkluderande en integrerat utformad vevaxeldrevet och en enda vev kasta 24 monterad inuti vevhuset 14 på normalt sätt av sådana motorer. En fram- och återgående kolv 28 är anordnad i varje cylinder 18 och är ansluten till vevaxeln 20 medelst en vevstake 32. I föreliggande uppfinning, innefattar vevaxeln en enda vev kasta 24 och journal, till vilken förbindelsestängerna 32 hos varje kolv 28 är bifogad. Detta skapar en simplier, starkare och mindre kostsamt vevaxeln än en i vilken de tidskrifter för varje kolv vevstake 32 är separata och offset. Denna enda journal vevaxeln 20 kommer att resultera i en ojämn grad tändföljd som normalt skulle resultera i avsevärd vibration under drift. Emellertid en ny metod för att dynamiskt balansera vevaxeln 20 av de två cylindrig motor eliminerar denna vibration och gör normal och jämn drift möjligt med stora cylinderborrningar. Denna balansering metod diskuteras mer fullständigt i efterföljande delar av denna beskrivning.
Ett par cylinderhuvuden 34 är monterade på toppen av respektive cylinderbanker 16 genom bultar 36. Cylinderhuvudet 34 stänger den övre änden av cylindrarna 18 och innefattar ett flertal maskinöppningar. Mer speciellt, cylinderhuvudet 34 innefattar en inloppsventilöppnings 40 och en avgasventilöppning 42 i förbindelse med varje cylinder 18. En inloppsventil 44 och en utloppsventil 46 är monterade, respektive, inuti inloppsventilöppnings 40 och avgasventilöppning 42 och drivs att öppna och stänga densamma. Inloppsventilen 44 och utloppsventilen 46 öppnas och stängs av en kamaxel 48.
Kamaxeln 48 är monterad inuti motorblocket 12 mellan cylinderraderna 16. Kamaxeln 48 innefattar ett flertal kammar 50 som har upphöjda sektioner eller lober 52. Antalet kammar 50 på kamaxeln 48 är, naturligtvis, beroende på antalet insugnings- och avgasventiler i motorn. Kamaxeln 48 enligt föreliggande uppfinning har endast fyra kammar 48 för att driva två insugningsventiler 40 och två avgasventiler 42. (fig. 3)
Ridning på varje kam 50 är en cylindrisk ventillyftare 54. Såsom kamaxel 48 roterar och lob 52 rör sig under ventillyftaren 54 de, är ventillyftaren 54 höjs. Ventillyftaren 54 i sin tur ingriper med en tryckstång 56 som sträcker sig mellan ventillyftaren 54 och en vipparm 58 är monterad på cylinderhuvudet 34. Tryckstången 56 trycker vipparmen 58 framåt, som ingriper med inloppsventilen 44 eller utloppsventilen 46, som fallet kan vara, så att ventilen lyfts från sitt säte och så att ventilen öppnas. När loben 52 på kammen rör sig på runt ur vägen, trycket hos ventilfjädern 60 på ventilen tvingar ventilen att sätta tillbaka. Samtidigt är ventillyftaren 54 tvingas nedåt så att den förblir i kontakt med kammen 50.
Det inses att insugnings- och avgasventilerna 44 och 46 måste öppnas och stängas i steg med rörelsen av kolven 28. öppning och stängning av ventilerna styrs av kamaxeln 48, såsom beskrivits ovan. Positionen hos kolven 28 är relaterad till positionen av vevaxeln 20, eftersom de är förbundna genom förbindelsestången 32. Således måste rotationen av vevaxeln 20 och kamaxeln 48 synkroniseras för korrekt ventilinställning.
För att åstadkomma en korrekt ventilinställning, är en kamaxeldrevet lagrad omkring den främre änden av kamaxeln 48. Kamaxeln drev kan i ingrepp med vevaxeln kedjehjulet 22, men mer vanligt att de är anslutna via en transmissionskedja. I båda fallen, är rörelsen av kamaxeln 48 och vevaxeln 20 synkroniserade. Kamaxeldrevet är i allmänhet dubbelt så stor som vevaxelns kedjehjulet 22 så att vevaxeln 20 kommer att göra två hela rotationer för var och en rotation av kamaxeln 48. Sålunda är ventilerna öppnas endast en gång varannan vevaxelvarv
Ett insugningsrör 66 distribuerar en blandning av bensin och luft till varje cylinder 18 via insugningsventilöppningen 40. En förgasare 68 är monterad på toppen av insugsgrenröret 66. Den nedåtgående rörelsen av kolven 28 inuti cylindern 18 alstrar ett partiellt vakuum i cylinder och tenderar att dra luft genom förgasaren 68 och insugningsröret 66. Såsom luften rör sig genom förgasaren 68, det plockar upp finfördelade partiklar av bensin. Gas / luftblandningen dras sedan genom insugsgrenröret 66 förbi en öppen insugningsventil 44 in i cylindern 18. Tandningen av gas / luftblandningen i cylindern 18 driver kolven 28 nedåt inuti cylindern 18, som i sin tur roterar vevaxeln 20 som kommer att beskrivas i större detalj nedan. Som kolven 28 förflyttar de uppåt inom cylindern 18, är de brända gaserna tvingas förbi avgasventilen 46 och genom avgasgrenröret 70, som också är fäst vid cylinderhuvudena 34.
Gas / luftblandningen i varje cylinder 18 antänds av ett tändstift 72 inskruvad i en gängad öppning bildad i cylinderhuvudet 34. Högspänning stötar alstras av en tändspole är riktade till respektive tändstift 72 i korrekt tändföljd av en distributör 76. fördel~~POS=TRUNC 76 innefattar en rötor monterad på toppen av en fördelaraxel och en fördelarlocket 82 har ett flertal högspänningsklämmor 84. Den centrala högspännings terminala 84 är ansluten med en högspänningstråd till en tändspole. De yttre terminalerna är anslutna medelst tändkablarna till respektive tändstift 72. När rotorn 78 varv, den ansluter i sekvens de centrala högspänningsterminaler till de olika yttre högspänningsterminaler som styr högspännings surge från spolen till olika motor gnista pluggar 72.
Inses det att tidpunkten för gnistan måste synkroniseras med rörelsen av ventilerna och kolven 28. Typiskt görs detta genom i varandra gripande kugghjul på fördelaraxeln med ett kugghjul på kamaxeln 48 så att fördelaraxeln drivs av kamaxeln 48.
Sättet för drift av sådana motorer är väl kända för fackmannen på området, men beskrivs kortfattat nedan. Sådan drift av motorn är uppdelad i fyra cykler, vilka kallas stroke. Den första slaget kallas insugningstakten. Under detta slag, är kolven 28 rör sig nedåt inuti cylindern 18 och inloppsventilen 44 är öppen. Den nedåtgående rörelsen av kolven 28 skapar ett partiellt vakuum i cylindern 18 som drar en gas / luftblandningen från förgasaren 68 förbi den öppna inloppsventilen 44 in i cylindern 18. När kolven 28 närmar sig botten av sitt insugningsslag, inloppsventilen 44 stänger. Kompressionstakten börjar med kolven 28 rör sig uppåt inuti cylindern 18 med både inloppsventilen 44 och utloppsventilen 46 stängd. Den uppåtgående rörelsen av kolven 28 komprimerar gas / luftblandningen till ca en tiondel av dess ursprungliga volym gör det mer brännbar. Då kolven 28 når toppen av kompressionsslaget, är en högspännings surge riktad från tändspolen till tändstiftet 72 genom fördelaren 76. Den resulterande gnistan antänder gas / luftblandningen i cylindern. Förbränningsvärmet orsakar kraftfull expansion av gaser som trycker kolven 28 nedåt. Den nedåtriktade kraften bärs genom vevstaken 32 till vevaxeln 20, som ges en kraftfull sväng. Detta kallas arbetstakten. Då kolven 28 når botten av sitt arbetsslag, öppnar avgasventilen 46. Utblåsningsslaget börjar med den uppåtgående rörelsen av kolven 28 som tvingar de utbrända gaserna förbi utloppsventilen 46 in i avgasgrenröret 68.
Den ovanstående beskrivningen anger de grundläggande mekaniska komponenterna hos en V-typ motor. Dessutom måste motorn omfattar ett bränsletillförselsystem, ett kylsystem, ett smörjsystem och ett tändsystem. Komponenterna och driften av var och en av de ovan nämnda system är välkända för fackmannen på området och är kommersiellt lättillgängliga. Dessutom skulle motorn omfattar ett oljetråg 26 monterad på undersidan av vevhuset 14, och ett ventillock 38 monterade vid varje huvud 34.
Blocket 12 enligt den föreliggande uppfinningen utnyttjar borrning dimensionera, kolvar, ringar, wristpins, vevstakar, och lager av en 400 kubik Cheverolet V-8-motor och förskjuter 94 cubic inches. Vevaxeln 20 aktier en identisk kasta 24 med den hos en standard V-8 Cheverolet vevaxel, men är mycket kortare. (Fig. 4) På liknande sätt, kamaxeln 48 krävs bara fyra lober 50 i jämförelse med en V-8 kamaxel och dess 16 lober. (Fig. 3) Fördelaren 76 enligt föreliggande uppfinning är inget annat än ett lager distributör för en V-8 motor med sex av de åtta yttre klämmorna 84 avlägsnas.
De modifierade delarna beskrivna ovan kan tillverkas med befintliga formar, matriser, och verktyg med få modifikationer. En förändring i design, men kommer att behöva göras för V-2-motorn ska fungera väl eller vara vibrationsfritt. Denna förändring är i injusteringen normalt används för en V-typ motorns vevaxel.
V-8 motorn är en jämn graders tändmotor. Med andra ord kommer en av de åtta cylindrarna brand varje gång vevaxeln 20 roterar nittio grader. Detta även graders tändsystemet gör att motorn ska fungera väl utan vibrationer.
Exemplet V-2 motor enligt den föreliggande uppfinningen, såsom diskuterats ovan, använder en enda kast vevaxel 20 med en 90 graders cylinderavstånd. Detta arrangemang kommer att orsaka en ojämn grad bränning av cylindrarna. När cylinder nr 1 bränder, kommer vevaxeln att rotera 270 grader innan cylindern nr 2 bränder. Efter cylinder nr 2 bränder vevaxeln 20 kommer att resa 450 grader innan cylindern nr 1 bränder igen. Denna ojämna grad bränning skulle normalt leda till att motorn går ojämnt eller att vibrera. Således måste vevaxeln balanseras för att kompensera för denna ojämna grad bränning.
Roterande vikt måste balanseras i två plan. Alla delar som roterar i linje med vevaxeln är balanserade så att vikten av de delar som är fördelade jämnt kring rotationscentrum. Detta kallas statisk balans. Eftersom vevaxeln i de flesta V-typ motorer normalt är lång, måste det i allmänhet kontrolleras för att se att den är balanserad från ände till ände. Vevaxeln 20, enligt föreliggande uppfinning, mottager endast en dynamisk balans. Emellertid, ett svänghjul och harmonisk balanseringsdon, som är monterade på motsatta ändar av vevaxeln 20 bör själva vara statiskt balanseras innan de installeras på vevaxeln 20.
En balanseringsmaskin 90 används för att balansera de roterande delarna av motorn. Eftersom V-typ motorer har sina crankthrows 90 grader isär från varandra, måste tillsättas till den kastar under balanseringsprocessen för att kompensera för 90 graders avstånd vikt. Vikt tillsätts i form av bobweights 92, som är fastskruvade till vevaxeln stången tidskrift. I en ännu graders tändmotor, är vikten av den bobweight 92 beräknas genom att addera den totala roterande vikten av en crankthrow (som är vevtappen sidan av två vevstakar sedan av V-typ motor har två stavar per kast) och 50 procent av den fram- och återgående vikten av en crankthrow. Med andra ord, sättes vikten hos de roterande delarna till hälften av vikten av de fram- och återgående delar bundna till varje crankthrow. En beräkning typisk bobweight för en V-8 motor kan vara följande:
700 g roterande slutet av två vevstakar. 800 g total vikt av 2 lagerinlägg. 880 g totalt roterande vikten av en crankthrow 390 g en kolv 125 g stift 80 g en uppsättning ringar 100 g återgående änden av en vevstake. 695 g halv av fram- och återgående vikten av en crankthrow 880 g 695 g 1575 g bobweight
Normalt, är vevaxeln statiskt balanserad innan det dynamiskt balanserad. Vevaxeln 20 i enlighet med den föreliggande uppfinningen är emellertid inte mottar en statisk balans. Normalt skulle detta leda till vevaxeln att vibrera våldsamt under injusteringen och förmodligen äventyra operatör balanseringsmaskinen. För att övervinna denna vibration i balansförfarandet, är två fasta skivor 94 fästa, en vid varje ände, till vevaxeln före placering av hela aggregatet av vevaxeln, bobweights 92, och fäst skivorna 94 i balanseringsmaskinen 90. Varje skiva 94 har en radie som överstiger den hos vevaxeln kasta, och tillsammans har en total massa som överstiger den hos vevaxeln och bifogade bobweights 92. tröghets~~POS=TRUNC som alstras av rörelsemängdsmomentet för oregelbundet formade vevaxeln flyttas därför bortom radien hos vevaxeln kasta. Den totala effekten är att flytta masscentrum av hela aggregatet närmare rotationsaxeln.
Också, vikten av den bobweight 92 som skall tillsättas under injusteringen måste beräknas på olika sätt för att kompensera för den ojämna graders tänd av cylindrarna.
Efter beräkning av roterande vikt och en halv den fram- och återgående vikten på en crankthrow, är en kompenserande faktor sattes, vilket är lika med tio procent (10%) av den senare numret. Sålunda, om en halva av den fram- och återgående vikt är 695 gram som beräknats ovan, är en ytterligare 69,5 g tillsatt för att kompensera för den ojämna graden bränning av motorn. Vikten av den bobweight 92 för sökandens motor skulle därför vara 1644,5 g (800 g + 695 g + 69,5 g). Det bör noteras att vikten av den bobweight 92 också kan beräknas genom att lägga till ett hundra procent (100%) av den roterande vikten av en crankthrow och femtiofem procent (55%) av den fram- och återgående vikten av en crankthrow som förkortning metod.
Den kompletta V-2 motor konstruerad såsom beskrivits ovan är 21 inches lång och 20 inches bred och 24 inches hög. Den kompletta motorns vikt, mindre starter och vätskan är ungefär 180 Ibs. Motorn kommer att producera en maximal effekt på 110 ft.-lbs vridmoment. vid 3000 varv per minut, vilket är 62,8 hästkrafter. Således kan man se att denna motor är kapabel att göra jobbet för de flesta fyrcylindriga motorer.
Det kan lätt ses att en motor som produceras av de förfaranden som beskrivs i föreliggande uppfinning kommer att ha en inneboende dynamisk balansering av alla massorna i den roterande enheten av vevaxeln och bifogade fram- och återgående delar. Det kan också lätt se att deplacementvolymen hos de enskilda cylinderborrningar är inte längre begränsat av problemet med adekvat balansera vevaxeln och fram- och återgående massa montering. Sålunda är det möjligt att eliminera ett antal cylindrar som är nödvändiga för att producera en motor med en given förskjutning utan att tillgripa kostsamma, komplicerade och energi råna extern vibrationsdämpningsanordningar.
Föreliggande uppfinning kan givetvis utföras på andra specifika sätt än de häri angivna utan att avvika från andan och väsentliga egenskaper hos uppfinningen. De föreliggande utföringsformer skall därför betraktas i alla avseenden som illustrativa och inte restriktiva, och alla förändringar som kommer inom betydelsen och likvärdighet intervall för bifogade patentkrav är avsedda att omfattas däri.
