Четырехцилиндровый рядный двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1993 года по МПК F16F15/22 F02B75/06 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано для уравновешивания четырехцилиндровых рядных автомобильных двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения - повышение динамической уравновешенности.

На фиг.1 и 2 приведена схема криво- шипно-шатунного механизма четырехци- линдрового рядного двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель имеет цилиндры (на фиг. не показаны), коленчатый вал, содержащий кривошипы 1-4, с которыми связаны шатуны 5 и поршни 6 крайних цилиндров и шатуны 7 и поршни 8 средних цилиндров. Кривошипы вала размещены так, что в каждой паре смежных кривошипов угол между кривошипами равен 120°. а кривошипы крайних цилиндров совпадают по направлению. На продолжение щек вала размещены противовесы 9 и 10 одинаковой массы, отношение приведенной массы Mi, поступательно движущейся в крайнем цилиндре, к

аналогичной массе М2 в среднем цилиндре равно 1:2. Одноименные элементы шатун- но-поршневых групп имеют одинаковые размеры и материал, двигатель имеет три внешних опоры, из которых две передние по бокам - в средней части двигателя, а задняя - сзади коробки передач автомобиля.

Двигатель работает следующим образом.

Противовесы 9 и 10 обеспечивают динамическую уравновешенность двигателя по центробежным силам от масс каждого из кривошипов 1-4 и частей масс шатунов 5 и 7, приведенных к шейке соответствующего кривошипа, при этом неуравновешенных моментов от центробежных сил не возникает, сила инерции Pki первого порядка для крайнего цилиндра находится из выражения

Pki C-cos (F),

где F - угол поворота первого кривошипа от начала отсчета;

С - параметр двигателя, определяемым массой Mi, радиусом кривошипа и угловой скоростью вала.

VJ

00

О

со ю

Аналогично сила инерции PCI первого порядка средних цилиндров

Pci 2-Ccos(F+120),

Pci 2-Ccos(F+240),

поскольку и имеется угловой сдвиг кривошиНов.

Сумма сил инерции первого порядка

Pi C-cos(F)+2- С -cos (F+120)+2 -C-cos (F±240)+C-cos (F)0;;

Аналогично сумма сил инерции второго порядка равна нулю.;

Момент сил инерции первого порядка относительно точки пересечения осей вала и четвёртого цилиндра равен

Ti 3-A-C-cos (F)+2-A-2-C-cos (F+120) +A-2 C-cos (F+240)1 J32-A- C-cos (F), где А - расстояние между осями цилиндров. .. Аналогично момент сил инерции второго порядка

,732-A-C-Y- sin (2 -F). Л : где Y - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна

Суммарный момент, который действует в плоскости осей цилиндров, равен

1 11+12 1,732 А-С ((cos(F)-Y-sin (2-F)),

Максимальное значение этого неуравновешенного момента при

ТМИ,732-А-С, ; Максимальная реакция на передней опоре получается из соотношений: 2-R-B 1,732-А-С,

,866 A-C/B,. . где В - расстояние между задней и передними опорами.

Принимая А, получаем RH),0866 С.

У двигателя-прототипа с плоской схемой коленчатого вала аналогичная реакция равна . половине неуравновешенной суммарной силы инерции второго порядка:

RA 2 C-Y,

Отношение сопоставляемых реакций при ,28 представим таким образом:

,47.

Как видно, уменьшение максимального значения реакции происходит более чем в 6 раз..

В варианте двигатель имеет следующее соотношение параметров:.. :. Re о. Bk + k Rk Be -f k где Re, Rk - радиусы кривошипов среднего и крайнего;

Be, Bk. плотность материала поршня, соответственно, средйего и крайнего цилиндров;

k M/V - пара-метр конструкций; М. V - масса Йоршневой головки шатуна и объем материала поршня, соответственно одинаковые для всех цилиндров двигателя.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Массы противовесов 9 и 10 в этом варианте не одинаковы. Двигатель работает аналогично рассмотренному с той особенностью, что указанный эффект по повышению динамической уравновешенности достигают при использовании для поршней материалов с различной плотностью при одинаковых размерах одноименных элементов шат групп, что служит упрощению технологии, и разных противовесах, в примере приняты: для крайнего поршня - силумин ( кг/м , для Среднего - сталь ( кг/м3), k 1000 кг/м3 получим

.. : .85;: ; ;:;;

Это значит, что радиусы кривошипов 2 и 3 меньше, чем у кривошипов 1 и 4 на 15% анализ уравновешенности, выполненный на основе результатов более точных расчетов на ЭВМ с учетом опрокидывающих моментов, показал, что максимальная реакция на опоре от суммы моментов уменьшается в 3,2 раза, это свидетельствует о Значительном уменьшении вибраций и расхода топлива по сравнению с аналогами и приближении двигателя к более дорогому шестицилиндровому варианту по уровню обеспечиваемой комфортабельности автомобиля. .:, ;: Двигатель рекомендуется применять вместо аналогичных четырехцилиндровьгх рядных двигателей с плоской и крестообразной схемами коленчатого вала. Форму л а изо бретен и я 1.Четырехцилиндровый рядный двигатель внутреннего сгорания, содержащий коленчатый вал, связанные с ним шатуны, поршни и цилиндры, о т ли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью уравновешивания, коленчатый вал выполнен с кривошипами, три из которых расположены под углом 120°, а первый и четвертый совпадают по направлению И .

2, Двигатель по п.1, отличающийся тем, что шатунно-поршневые группы всех цилиндров выполнены одинаковыми по размерам, поршни крайних и средних цилиндров выполнены из разных материалов, а отношение радиусов кривошипов крайних и средних цилиндров находится из условия

RC 9 Bk-f k . Rk : Be +k

где mi - поступательно движущаяся масса среднего цилиндра, состоящая из массы поршневого комплекта и массы шатуна, статически приведенной к поршню;

гп2 - поступательно движущаяся масса крайнего цилиндра;

Re, Rk радиусы кривошипов соответственно средних и крайних цилиндров;

Be, Bk - плотности материалов поршней среднего и крайнего цилиндров;

М к -тт - параметр конструкции;

V - обьем поршня, одинаковый для средних и крайних цилиндров;

М- масса поршневых головок шатуной, одинаковая для средних и крайних цилинд- ров.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при проектировании двигателей внутреннего сгорания, Цель изобретения - повышение качества уравновешивания. Цель достигается за счет выполнения коленчатого вала с кривошипами, расположенными под углом 120°, одинаковым направлением крайних кривошипов и удвоением массы поступательно движущихся частей крайнего цилиндра по сравнению с аналогичными массами средних цилиндров. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фиг. 2

/Ч

Фиг-/