Apa yang diklaim adalah:
1. Sebuah metode untuk secara dinamis menyeimbangkan mesin v-jenis memiliki pola gelar tembakan yang tidak rata dan termasuk crankshaft memiliki setidaknya satu crankthrow, dan setidaknya dua majelis piston, setidaknya dua batang penghubung untuk menghubungkan majelis piston untuk crankthrow tersebut, metode terdiri dari:
(A) menempatkan poros engkol dalam mesin balancing berputar;
(B) melampirkan sepasang statis disk seimbang untuk ujung-ujung crankshaft, jari-jari setiap disk yang lebih besar dari jari-jari crankthrow dan massa gabungan dari dua disk yang lebih besar dari massa poros engkol;
(C) melampirkan bobweights ke crankthrow, berat dari bobweights menjadi sama dengan seratus persen dari berat berputar engkol / menghubungkan batang / perakitan piston ditambah lima puluh lima persen dari berat reciprocating engkol / menghubungkan batang / perakitan piston;
(D) berputar poros engkol dan disk yang terpasang di mesin balancing untuk menentukan apakah ketidakseimbangan dinamis ada; dan
(E) menghapus atau menambahkan berat ke crankshaft untuk mengimbangi ketidakseimbangan dinamis crankshaft.
Deskripsi:
Bidang Teknik Penemuan
Penemuan ini secara umum berhubungan dengan metode untuk memproduksi jenis mesin reciprocating memiliki pola gelar tembakan yang tidak rata, dan lebih khusus untuk metode untuk menyeimbangkan crankshaft di mesin tersebut.
Latar Belakang Penemuan
Sejak krisis minyak dari awal 1970-an, telah ada peningkatan permintaan untuk lebih kecil, lebih efisien bahan bakar mobil. produsen otomotif di Amerika Serikat telah merespon permintaan ini dengan memperkenalkan kendaraan didukung oleh mesin empat silinder desain baru-baru ini. Ini desain baru merupakan investasi yang cukup besar dalam desain, pengembangan, dan fasilitas manufaktur pada bagian dari produsen mobil dan pemasok mereka. Biaya-biaya meningkat hanya dapat dipulihkan dengan melewati mereka ke konsumen.
Kendaraan kecil harus dirancang dengan kompartemen mesin yang lebih kecil yang tidak dapat mengakomodasi mesin enam dan delapan silinder umumnya dihasilkan oleh industri otomotif Amerika Serikat selama 40 tahun terakhir. Keluarga mesin yang dikembangkan untuk kendaraan yang lebih kecil sering desain yang sama sekali baru yang secara inheren mahal. Dalam rangka untuk memenuhi ekspektasi kinerja pelanggan, produsen telah meningkat perpindahan mesin, tetapi dengan peningkatan perpindahan, mesin empat silinder memiliki karakteristik getaran yang keras. Praktek saat ini adalah untuk meredam karakteristik getaran tersebut dengan penambahan counter rotating, menyeimbangkan poros, tetapi poros ini meningkatkan berat mesin, meningkatkan biaya produksi, dan mengkonsumsi beberapa energi dalam operasi mereka yang sangat kompromi nilai empat desain -cylinder. Alternatif lain, perpindahan kecil 60 derajat V-6 mesin, merupakan solusi yang lebih mahal.
Berdasarkan metode saat ini untuk menyeimbangkan crankshafts mesin, kebutuhannya adalah untuk pertama statis menyeimbangkan crankshaft, tanpa akuntansi untuk berat piston dan menghubungkan perakitan batang, sebelum dinamis menyeimbangkan poros engkol sehingga menempatkan batas atas 2.000 sentimeter kubik pada total perpindahan dari mesin empat silinder. Yang melekat ekonomi dalam memproduksi perpindahan yang benar-benar besar empat atau bahkan mesin dua silinder telah dianggap sebagai tidak mungkin atau tidak praktis untuk mencapai memanfaatkan prosedur balancing saat ini.
RINGKASAN DAN BENDA Penemuan
Setelah banyak penelitian ke dalam masalah yang disebutkan di atas, metode ini telah dikembangkan untuk merancang dan memproduksi pembakaran internal, reciprocating mesin dengan silinder yang lebih sedikit, tetapi dengan total perpindahan mesin sama dengan mesin yang lebih besar yang sedang digunakan dalam industri otomotif. Hal ini dicapai dengan meningkatkan bore dan stroke dimensi dan dengan menghilangkan sejumlah silinder di blok mesin, sehingga mesin dua silinder mungkin memiliki perpindahan sama dan output daya kuda dari mesin empat silinder. Untuk mengimbangi peningkatan pasukan getaran yang dihasilkan dari peningkatan massa bagian reciprocating dan tingkat tembakan yang tidak rata dari silinder, metode baru untuk secara dinamis menyeimbangkan poros engkol mesin telah dikembangkan.
Dalam pandangan di atas, itu adalah obyek dari penemuan ini untuk mengurangi biaya pembuatan dan perakitan mesin pembakaran internal dari jenis reciprocating.
Tujuan lain dari penemuan ini adalah untuk mengurangi ukuran dan menyederhanakan berat mesin seperti dengan mengurangi ukuran dari blok mesin dan komponen tambahan (kepala silinder, intake, exhaust manifold, crankshaft).
Tujuan lain adalah untuk menyederhanakan desain mesin dengan mengurangi jumlah bagian yang bergerak diperlukan, sehingga mengurangi biaya pembuatan, perakitan, dan pemasangan.
Tujuan lain dari penemuan ini adalah untuk menyediakan metode menyeimbangkan kekuatan rotasi dan reciprocating yang bekerja pada crankshaft mesin memungkinkan untuk berjalan lancar.
Masih tujuan lain dari penemuan ini adalah untuk meningkatkan efisiensi mesin pembakaran internal melalui pengurangan kerugian silinder memompa dimungkinkan dengan menghilangkan sejumlah silinder yang diperlukan untuk perpindahan diberikan.
benda-benda lain dan keuntungan dari penemuan ini akan menjadi jelas dan jelas dari studi tentang deskripsi berikut dan gambar-gambar terlampir yang hanyalah ilustrasi dari penemuan tersebut.
Uraian Singkat Gambar
ARA. 1 adalah pandangan penampang mesin V-jenis yang diproduksi sesuai dengan penemuan ini;
ARA. 2 adalah suatu rencana bagian atas daripadanya, dengan kepala silinder dihapus;
ARA. 3 adalah sisi atas rencana pandangan distributor yang digunakan sehubungan dengan mesin;
ARA. 4 adalah pandangan elevasi sisi mesin;
ARA. 5 adalah pandangan elevasi dari camshaft digunakan dalam kaitannya dengan mesin; dan
ARA. 6 adalah pandangan elevasi dari crankshaft yang digunakan sehubungan dengan mesin.
ARA. 7 adalah elevasi depan mesin balancing dengan crankshaft dipasang di dalamnya;
ARA. 8 adalah penampang dari mesin balancing dengan crankshaft dipasang di dalamnya.
Uraian Lengkap Penemuan
Dengan referensi lebih lanjut pada gambar-gambar, contoh dari 10 mesin ditunjukkan yang diproduksi sesuai dengan penemuan ini. Pembangunan mesin ini mirip dengan delapan silinder, mesin V-tipe standar yang digunakan saat ini. Kesamaan antara dua desain akan mengizinkan produsen untuk memanfaatkan banyak komponen standar, bahan, dan peralatan mesin sudah digunakan dengan industri otomotif saat ini diproduksi mesin.
Sekarang mengacu pada Gambar. 1, mesin V-tipe 10 termasuk blok mesin 12 memiliki kasus engkol lebih rendah 14 dan dua silinder bank 16 dibuang di 90 derajat dengan menghormati satu sama lain.
Setiap bank silinder 16 termasuk satu silinder 18. Desain dari blok mesin 12 secara substansial sama dengan mesin V-jenis yang lebih besar digunakan sekarang. Sebuah crankshaft 20 termasuk sproket crankshaft dibentuk secara integral dan engkol lemparan tunggal 24 dipasang dalam crank case 14 dengan cara yang normal dari mesin tersebut. Sebuah piston reciprocating 28 dibuang dalam setiap silinder 18 dan terhubung ke crankshaft 20 dengan cara menghubungkan batang 32. Dalam penemuan ini, crankshaft termasuk engkol lemparan tunggal 24 dan jurnal yang menghubungkan batang 32 masing-masing piston 28 adalah terlampir. Hal ini menciptakan lebih sederhana, lebih kuat, dan crankshaft lebih murah dari satu di mana jurnal untuk setiap piston menghubungkan batang 32 terpisah dan offset. Single ini jurnal crankshaft 20 akan menghasilkan gelar tembak agar tidak merata yang biasanya akan menghasilkan getaran yang cukup besar selama operasi. Namun, metode baru untuk secara dinamis menyeimbangkan crankshaft 20 dari mesin dua silinder menghilangkan getaran ini dan membuat normal dan mulus operasi mungkin dengan membosankan silinder besar. Metode menyeimbangkan ini dibahas lebih lengkap dalam porsi berikutnya dari spesifikasi ini.
Sepasang kepala silinder 34 yang dipasang di atas silinder masing-masing bank 16 oleh kepala baut 36. Kepala silinder 34 menutup ujung atas silinder 18 dan meliputi sejumlah bukaan mesin. Lebih khusus lagi, kepala silinder 34 meliputi pembukaan katup intake 40 dan pembukaan katup buang 42 berkomunikasi dengan masing-masing silinder 18. Sebuah asupan katup 44 dan katup buang 46 dipasang, masing-masing, dalam pembukaan katup intake 40 dan pembukaan 42 katup buang dan dioperasikan untuk membuka dan menutup sama. Katup intake 44 dan katup buang 46 dibuka dan ditutup oleh camshaft 48.
Camshaft 48 dipasang di dalam blok mesin 12 antara bank silinder 16. camshaft 48 meliputi sejumlah Cams 50 memiliki bagian mengangkat atau lobus 52. Jumlah Cams 50 pada camshaft 48, tentu saja, tergantung pada jumlah intake dan exhaust katup dalam mesin. Camshaft 48 dari penemuan ini hanya memiliki empat Cams 48 untuk mengoperasikan dua katup intake 40 dan dua katup buang 42. (Gambar. 3)
Naik pada setiap cam 50 adalah tappet katup silinder 54. Sebagai camshaft 48 berputar dan lobus 52 bergerak di bawah katup tappet 54, katup tappet 54 dinaikkan. Katup tappet 54 pada gilirannya melibatkan dorongan batang 56 membentang antara katup tappet 54 dan lengan rocker 58 yang dipasang di kepala silinder 34. Dorongan batang 56 mendorong rocker arm 58 forwardly yang bergerak asupan katup 44 atau katup buang 46, sebagai kasus mungkin, sehingga katup dinaikkan dari kursi dan sehingga katup terbuka. Ketika lobus 52 di cam bergerak di sekitar keluar dari jalan, tekanan katup pegas 60 pada katup memaksa katup untuk memasang kembali. Pada saat yang sama, katup tappet 54 dipaksa ke bawah sehingga tetap dalam kontak dengan cam 50.
Hal ini dihargai bahwa intake dan exhaust katup 44 dan 46 harus membuka dan menutup pada langkah dengan gerakan dari piston 28. Pembukaan dan penutupan katup dikendalikan oleh camshaft 48 seperti dijelaskan di atas. Posisi piston 28 adalah terkait dengan posisi crankshaft 20 karena mereka terhubung dengan menghubungkan batang 32. Dengan demikian, rotasi crankshaft 20 dan camshaft 48 harus disinkronkan untuk valve timing yang tepat.
Untuk mencapai valve timing yang tepat, gigi camshaft journal tentang ujung depan camshaft 48. gigi camshaft dapat menyatu dengan crankshaft sprocket 22, tetapi lebih umum mereka terhubung oleh rantai timing. Dalam kedua kasus, pergerakan camshaft 48 dan crankshaft 20 disinkronkan. Gear camshaft umumnya dua kali lebih besar sproket crankshaft 22 sehingga crankshaft 20 akan membuat dua putaran penuh untuk setiap satu rotasi camshaft 48. Dengan demikian, katup dibuka hanya sekali setiap dua revolusi crankshaft
Sebuah intake manifold 66 mendistribusikan campuran bensin dan udara ke setiap silinder 18 melalui pembukaan katup intake 40. Sebuah karburator 68 dipasang di atas intake manifold 66. gerakan ke bawah dari piston 28 dalam silinder 18 menghasilkan vakum parsial dalam silinder dan cenderung menarik udara melalui karburator 68 dan intake manifold 66. Sebagai udara bergerak melalui karburator 68, itu mengambil partikel dikabutkan bensin. Gas / campuran udara kemudian ditarik melalui intake manifold 66 melewati sebuah asupan katup terbuka 44 ke dalam silinder 18. pengapian dari campuran gas / udara dalam silinder 18 drive piston 28 ke bawah di dalam silinder 18 yang pada gilirannya memutar crankshaft 20 sebagai akan dijelaskan secara lebih rinci di bawah ini. Sebagai piston 28 bergerak ke atas dalam silinder 18, gas terbakar dipaksa melewati katup buang 46 dan melalui exhaust manifold 70 yang juga diamankan ke kepala silinder 34.
Campuran gas / udara dalam silinder masing-masing 18 dinyalakan oleh busi 72 mengacaukan ke pembukaan ulir terbentuk di kepala silinder 34. tegangan tinggi lonjakan dihasilkan oleh koil pengapian diarahkan ke spark masing plugs 72 dalam rangka tembak tepat dengan distributor 76. distributor 76 termasuk rotor dipasang di atas poros distributor dan distributor cap 82 yang memiliki sejumlah terminal tegangan tinggi 84. sentral terminal tegangan tinggi 84 dihubungkan oleh kawat tegangan tinggi ke koil pengapian. Terminal luar yang terhubung dengan kabel busi untuk masing-masing busi 72. Sebagai rotor 78 putaran, itu menghubungkan dalam urutan terminal tegangan tinggi pusat untuk berbagai terminal tegangan tinggi luar mengarahkan lonjakan tegangan tinggi dari koil ke berbagai mesin percikan plugs 72.
Hal ini dihargai bahwa waktu spark harus disinkronkan dengan gerakan katup dan piston 28. Biasanya, hal ini dilakukan dengan meshing gigi pada poros distributor dengan gigi pada camshaft 48 sehingga poros distributor didorong oleh camshaft 48.
Cara operasi mesin tersebut dikenal oleh orang yang ahli dalam bidang ini, namun secara singkat dijelaskan di bawah ini. operasi seperti mesin dibagi menjadi empat siklus, yang disebut stroke. Stroke pertama disebut stroke asupan. Selama ini stroke, piston 28 bergerak ke bawah dalam silinder 18 dan asupan katup 44 terbuka. Gerakan ke bawah dari piston 28 menciptakan vakum parsial dalam silinder 18 yang menarik a / campuran udara gas dari karburator 68 masa lalu terbuka asupan katup 44 ke dalam silinder 18. Sebagai piston 28 mendekati bagian bawah stroke asupan nya, katup intake 44 menutup. Kompresi stroke yang dimulai dengan piston 28 bergerak ke atas dalam silinder 18 dengan kedua katup intake 44 dan katup buang 46 ditutup. Gerakan ke atas dari piston 28 kompres campuran gas / udara sekitar sepersepuluh dari volume awalnya sehingga lebih mudah terbakar. Sebagai piston 28 mencapai puncak langkah kompresi, lonjakan tegangan tinggi diarahkan dari koil pengapian ke busi 72 oleh distributor 76. percikan yang dihasilkan membakar campuran gas / udara dalam silinder. Panas dari pembakaran menyebabkan ekspansi kuat dari gas yang mendorong piston 28 ke bawah. Gaya ke bawah dilakukan melalui batang penghubung 32 ke crankshaft 20 yang diberikan giliran kuat. Ini disebut stroke kekuasaan. Sebagai piston 28 mencapai bagian bawah stroke kekuatannya, katup buang 46 terbuka. Knalpot stroke yang dimulai dengan gerakan ke atas dari piston 28 yang memaksa terbakar gas melewati katup buang 46 ke exhaust manifold 68.
Uraian di atas memperlihatkan komponen-komponen mekanik dasar dari mesin V-jenis. Selain itu, mesin harus menyertakan sistem pasokan bahan bakar, sistem pendingin, sistem pelumas, dan sistem pengapian. Komponen dan operasi dari setiap sistem yang disebutkan di atas sudah dikenal oleh orang yang ahli dibidangnya dan sudah tersedia secara komersial. Juga, mesin akan mencakup panci minyak 26 dipasang pada bagian bawah kasus engkol 14, dan katup penutup 38 yang dipasang untuk setiap kepala 34.
Blok 12 dari penemuan ini memanfaatkan dimensi bore, piston, ring, wristpins, menghubungkan batang, dan bantalan dari 400 Cheverolet kubik V-8 mesin dan memindahkan 94 inci kubik. Crankshaft 20 saham sebuah lemparan identik 24 dengan yang standar V-8 Cheverolet crankshaft, tapi jauh lebih pendek. (Gambar. 4) Demikian pula, camshaft 48 hanya membutuhkan empat lobus 50 dibandingkan dengan V-8 camshaft dan 16 lobus nya. (Gambar. 3) Distributor 76 dari penemuan ini tidak lebih dari sebuah distributor saham untuk mesin V-8 memiliki enam dari delapan terminal luar 84 dihapus.
bagian yang dimodifikasi dijelaskan di atas dapat diproduksi dengan cetakan yang ada, meninggal, dan perkakas dengan beberapa modifikasi. Salah satu perubahan dalam desain, bagaimanapun, akan harus dibuat untuk V-2 mesin berjalan lancar atau menjadi getaran bebas. Perubahan ini dalam prosedur balancing biasanya digunakan untuk V-tipe mesin crankshaft.
Mesin V-8 adalah sebuah mesin pembakaran bahkan derajat. Dengan kata lain, salah satu dari delapan silinder akan api setiap kali poros engkol 20 berputar sembilan puluh derajat. Sistem penembakan bahkan gelar ini memungkinkan mesin untuk berjalan lancar tanpa getaran.
Contoh V-2 mesin dari penemuan ini, seperti dibahas di atas, menggunakan lemparan crankshaft tunggal 20 dengan jarak silinder 90 derajat. pengaturan ini akan menyebabkan gelar tembakan yang tidak rata dari silinder. Ketika silinder No 1 kebakaran, crankshaft akan berputar 270 derajat sebelum silinder No 2 kebakaran. Setelah silinder No 2 kebakaran crankshaft 20 akan melakukan perjalanan 450 derajat sebelum silinder No 1 kebakaran lagi. Ini gelar tembakan yang tidak rata biasanya akan menyebabkan mesin untuk menjalankan tidak rata atau bergetar. Dengan demikian, crankshaft harus seimbang untuk mengimbangi tingkat tembakan yang tidak rata ini.
berat badan berputar harus seimbang dalam dua pesawat. Semua bagian-bagian yang berputar sejalan dengan crankshaft yang seimbang sehingga berat dari bagian-bagian yang merata di sekitar pusat rotasi. Ini disebut keseimbangan statis. Karena crankshaft di sebagian besar V-jenis mesin biasanya panjang, umumnya harus diperiksa untuk melihat bahwa itu adalah yang seimbang dari ujung ke ujung. Crankshaft 20, dari penemuan ini, hanya menerima keseimbangan dinamis. Namun, fly wheel dan penyeimbang harmonik, yang dipasang di ujung-ujung poros engkol 20 harus diri mereka statis seimbang sebelum dipasang ke crankshaft 20.
Sebuah mesin balancing 90 digunakan untuk menyeimbangkan bagian yang berputar dari mesin. Sejak V-jenis mesin memiliki crankthrows mereka 90 derajat terpisah dari satu sama lain, berat badan harus ditambahkan ke melempar selama proses balancing untuk mengkompensasi jarak 90 derajat. Berat ditambahkan dalam bentuk bobweights 92, yang melesat ke jurnal batang poros engkol. Dalam sebuah mesin tembak bahkan derajat, berat bobweight 92 dihitung dengan menambahkan total berat berputar dari satu crankthrow (yang merupakan sisi crankpin dari dua batang yang menghubungkan sejak mesin V-jenis memiliki dua batang per melempar) dan 50 persen berat reciprocating satu crankthrow. Dengan kata lain, berat bagian yang berputar ditambahkan ke satu-setengah dari berat bagian reciprocating melekat pada setiap crankthrow. Perhitungan bobweight khas untuk mesin V-8 mungkin sebagai berikut:
700 g akhir dua batang yang menghubungkan berputar. 800 g berat total 2 sisipan bantalan. 880 g Total berputar berat satu crankthrow 390 g satu piston 125 g pin 80 g satu set cincin 100 g reciprocating akhir dari satu batang penghubung. 695 g setengah dari reciprocating berat satu crankthrow 880 g 695 g 1575 g bobweight
Biasanya, crankshaft statis seimbang sebelum menjadi dinamis seimbang. Crankshaft 20 sesuai dengan penemuan ini, bagaimanapun, tidak menerima keseimbangan statis. Biasanya, ini akan menyebabkan poros engkol bergetar keras selama prosedur balancing dan mungkin membahayakan operator mesin balancing. Untuk mengatasi getaran ini dalam prosedur keseimbangan, dua disk padat 94 yang melekat, satu di setiap akhir, untuk crankshaft sebelum menempatkan seluruh perakitan crankshaft, bobweights 92, dan melekat disk 94 di mesin balancing 90. Setiap disk 94 memiliki radius melebihi dari lemparan crankshaft, dan bersama-sama mereka memiliki massa total yang melebihi dari crankshaft dan melekat bobweights 92. momen inersia yang dihasilkan oleh momentum sudut dari poros engkol berbentuk tidak teratur karena itu bergerak di luar radius crankshaft melemparkan. Efek keseluruhan adalah untuk memindahkan pusat massa dari seluruh perakitan lebih dekat dengan sumbu rotasi.
Juga, berat bobweight 92 yang akan ditambahkan selama prosedur balancing harus dihitung secara berbeda untuk mengimbangi tingkat tembakan yang tidak rata dari silinder.
Setelah menghitung berat berputar dan satu-setengah dari berat reciprocating dari crankthrow sebuah, faktor kompensasi ditambahkan yang sama dengan sepuluh persen (10%) dari jumlah yang terakhir. Jadi, jika salah satu setengah dari berat reciprocating adalah 695 gram dihitung di atas, tambahan 69,5 g ditambahkan untuk mengkompensasi tingkat tembakan yang tidak rata dari mesin. Berat dari bobweight 92 untuk mesin Pemohon karena itu akan menjadi 1644,5 g (800 g + 695 g + 69,5 g). Perlu dicatat bahwa berat bobweight 92 juga dapat dihitung dengan menambahkan seratus persen (100%) dari berat berputar satu crankthrow dan lima puluh lima persen (55%) dari berat reciprocating satu crankthrow sebagai singkatan metode.
Lengkap V-2 mesin dibangun seperti dijelaskan di atas adalah 21 inci panjang 20 inci dan 24 inci tinggi. Berat mesin lengkap, kurang starter dan cairan adalah sekitar 180 lbs. mesin akan menghasilkan output torsi maksimum 110 ft-lbs. pada 3000 RPM, yang merupakan 62,8 tenaga kuda. Dengan demikian, dapat dilihat bahwa mesin ini mampu melakukan pekerjaan yang paling empat silinder mesin.
Hal ini dapat dengan mudah dilihat bahwa mesin yang diproduksi oleh prosedur yang dijelaskan dalam penemuan ini akan memiliki keseimbangan dinamis yang melekat dari semua massa dalam perakitan berputar dari poros engkol dan bagian reciprocating terpasang. Hal ini juga dapat dengan mudah dilihat bahwa volume perpindahan dari membosankan silinder individu tidak lagi dibatasi oleh masalah memadai menyeimbangkan poros engkol dan reciprocating perakitan massa. Dengan demikian, adalah mungkin untuk menghilangkan jumlah silinder yang diperlukan untuk menghasilkan mesin dari perpindahan diberikan tanpa menggunakan mahal, rumit, dan energi merampok perangkat peredam getaran eksternal.
Penemuan ini mungkin, tentu saja, harus dilakukan dengan cara-cara tertentu selain yang ditetapkan dalam perjanjian tanpa menyimpang dari semangat dan karakteristik penting dari penemuan ini. Perwujudan ini, oleh karena itu, harus dipertimbangkan dalam semua hal sebagai ilustrasi dan tidak membatasi, dan semua perubahan datang dalam arti dan kesetaraan berbagai Klaim ditambahkan dimaksudkan untuk dipeluk dalamnya.
