CS230913B1

CS230913B1 - Camshaft crankshaft bearing eccentric. pelvic insert and cushioning

Info

Publication number: CS230913B1
Application number: CS828578A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Jonas
Original assignee: Vaclav Jonas
Priority date: 1982-11-30
Filing date: 1982-11-30
Publication date: 1984-08-13
Also published as: CS857882A1

Abstract

Účelem vynálezu je zlepšení převodu sil působících na píst spalovacího motoru v době expanze, na klikový hřídel, zlepšeni průběhu točivého momentu motoru a současně odstranění nebezpečí poškození mechanických částí motoru při klepání a samozápalech. Uvedeného účelu se dosáhne vestavěním excentrické pánevní vložky opatřené na vnějších stranách přírubami s ozubením, na ojniční čep klikového hřídele. Poloha excentrické vložky je řízena systémem výkyvného protizávaží a pružiny v závislosti na hodnotě tlaku nad pístem motoru. Výkyvná část protizávaží je rovněž opatřena ozubením sloužícím k převodu ohybů excentrické pánevní vložky na protizávaží. Zařízení funguje tak, že po zapálení hořlavé směsi před dosažením horní úvrati pístu se pánevní vložka tlakem ojnice pootočí přibližně o 180° a v době zastavení svého pohybu vůči ojničnímu čepu půsbbí celý systém .momentem síly tangenciálně po obvodu opisovaném ojničním čepem. Současně se vychýlí výkyvné protizávaží směrem k ose klikového hřídele proti působení odstředivé síly a pružiny. V další fázi působí ojnice na klikový hřídel podobně jako u klasického uspořádání s tlm, že po snížení tlaku nad plstem se systém pružiny a výkyvného protizávaží vrátí do výchozí polohy přičemž předá klikovému hřídeli energii získanou v počátcích expanze.The purpose of the invention is to improve the transfer of forces acting on the piston of an internal combustion engine during expansion to the crankshaft, to improve the course of the engine torque and at the same time to eliminate the risk of damage to the mechanical parts of the engine during knocking and self-ignition. The stated purpose is achieved by installing an eccentric pan liner provided with flanges with teeth on the outer sides, on the connecting rod journal of the crankshaft. The position of the eccentric liner is controlled by a system of a swinging counterweight and a spring depending on the pressure value above the engine piston. The swinging part of the counterweight is also provided with teeth serving to transfer the bends of the eccentric pan liner to the counterweight. The device works in such a way that after igniting the combustible mixture before reaching the top dead center of the piston, the pelvic liner is rotated approximately 180° by the pressure of the connecting rod and at the time of stopping its movement towards the connecting rod pin, the entire system acts with a moment of force tangentially along the circumference described by the connecting rod pin. At the same time, the swinging counterweight is deflected towards the crankshaft axis against the action of centrifugal force and spring. In the next phase, the connecting rod acts on the crankshaft similarly to the classic arrangement with a damper, that after reducing the pressure above the felt, the spring and swinging counterweight system returns to its initial position, transferring the energy obtained at the beginning of the expansion to the crankshaft.

Description

Vynález se týká klikového hřídele spalovacího motoru, do jehož ojničního ložiska je vestavěna excentrická pánevní Vložka, přičemž její poloha vzhledem k pístu je řízene systémem výkyvného protizávaží a odpružení.The invention relates to a crankshaft of an internal combustion engine, into whose connecting rod bearing an eccentric ladle is inserted, its position with respect to the piston being controlled by a pivotable counterweight and suspension system.

Běžně vyráběné spalovací motory používají klikové hřídele s jednoduchým ojničním ložiskem, kde spodní hlava ojnice je klikovým hřídelem unáěena po kruhové dráze. Při tomto uspořádání směřuje rektor maximálního tlaku v okamžiku zapálení pohonné směsi a určitý časový úsek po tomto zapálení téměř přímo proti ose klikového hřídele, takže ke skutečnému využití pracovího tlaku nad pístem dochází až po přechodu pístu horní úvrati a to postupně se zvětěováním úhlové odchylky svislé osy ojnice od osy válce a pístu. Kritickýn faktorem je zde také přesné stanovení předstihu zápalu, kdy relativně pozdějěí zapálení snižuje výkon a hospodárnost provozu motoru, na druhé straně příliš vysoká hodnota předstihu způsobuje klepání motoru a tím i mechanické poškozování, vibrace apod. K omezení vzniku klepáni se používá chemických antidetonačních přísad do paliva, z nichž většina odchází s výfukovými plyny do ovzduší, kde zejména přísady olova mají velmi škodlivý vliv na životní prostředí.Conventionally manufactured internal combustion engines use crankshafts with a single connecting rod bearing, where the lower connecting rod head is driven by the crankshaft along a circular path. With this arrangement, the maximum pressure rector is directed almost immediately against the crankshaft axis at the moment of ignition of the propellant and a certain period of time after ignition, so that the actual utilization of the working pressure above the piston occurs only after the piston connecting rod from cylinder and piston axis. Critical factor is also accurate determination of ignition timing, when relatively later ignition reduces power and economy of engine operation, on the other hand too high value of timing causes engine knocking and thus mechanical damage, vibrations, etc. To reduce knocking, chemical anti-knock additives are used. fuels, most of which are exhausted into the atmosphere, where lead additives in particular have a very damaging effect on the environment.

Výěe uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny ojničním ložiskem podle vynálezu, jehož podstatou je válcová pánevní vložka, excentricky uložená na čepu ojničního ložiska a udržovaná ve výchozí poloze pružinou a výkyvným protizávažím. Výchozí polohou, jak je patrné z výkresu, se rozumí takové postavení excentrické Vložky, kdy spojnice její osy a osy čepu ojničního ložiska je přibližně totožná se spojnicí osy čepu ojničního ložiska a osy hlavních čepů klikového hřídele a osa pánevní vložky je více vzdálena ose hlavních čepů klikového hřídele než osa ojničního čepu.The above drawbacks are largely overcome by the connecting rod bearing according to the invention, which is based on a cylindrical shim, eccentrically mounted on the connecting rod bearing pin and held in the initial position by a spring and a pivotable counterweight. The starting position as shown in the drawing is understood to be the position of the eccentric liner, where the connecting line of its axis and the connecting rod journal is approximately identical to the connecting rod axis of the connecting rod bearing and the crankshaft main journals axis. crankshaft than the connecting rod pin axis.

Vestavěním excentrické pánevní vložky na čep ojničního ložiska se docílí toho, že po vzplanutí hořlavé směsi nad plstem se na počátku expanze tlakem ojnice stlačí pružina, která drží excentrickou vložku a tato vložka ee začne otáčet kolem čepu ojničního ložiska.By incorporating the eccentric liner on the connecting rod bearing pin, after ignition of the flammable mixture over the felt, the spring holding the eccentric insert is compressed at the beginning of the expansion by the connecting rod pressure and this insert ee starts to rotate around the connecting rod bearing pin.

Současně s tím dojde k vychýlení výkyvného protizávaží, umístěného na klikovém hřídeli, které je odstředivou silou tlačeno směrem od osy klikového hřídele. Tato síla, jejíž hodnota vzrůstá s počtem otáček klikového hřídele, je rovněž ¹ překonávána expanzním tlakem působícím prostřednictvím pístu a ojnice na excentrickou pánevní vložku. Protizávaží je mechanickým převodem vychylováno směrem k ose klikového hřídele a krajní polohy dosáhne v okamžiku, kdy se excentrická vložka dostane do své dolní úvrati. Spodní hlava ojnice se přitom pohybuje po půlkruhové dráze kolem osy čepu ojničníholožiska a zastaví se po pootočení přibližně o 180°. .....¹ At the same time, the pivotable counterweight located on the crankshaft is deflected by the centrifugal force away from the crankshaft axis. This force, whose value increases with the number of rotations of crankshaft ¹ is also overcome by the expansion pressure acting through the piston and connecting rod of an eccentric pelvic pad. The counterweight is deflected by a mechanical transmission towards the crankshaft axis and reaches the extreme position when the eccentric bush reaches its dead center. The lower connecting rod head moves along a semicircular race around the axis of the connecting rod bearing pin and stops after rotation by approximately 180 °. ..... ¹

Tímto uspořádáním je umožněno nastavení podstatně většího předstihu zápalu bez nebezpečí klepání a mechanického poškození motoru, nebot dochází k značnému změkčení chodu motoru V počáteční fázi spalování hořlavé směsi. Je také možno použít ‘Stejného nebo vyššího kompresního poměru bez použití antidetonačních přísad paliva, což značnězlepšuje poměr škodlivin exhalovaných spalovacími motory do ovzduší. ^u ·With this arrangement, it is possible to set a significantly greater ignition timing without the risk of knocking and mechanical damage to the engine, since the engine runs considerably in the initial phase of combustion of the combustible mixture. It is also possible to use the same or higher compression ratio without using anti-knock additives, which greatly improves the ratio of pollutants exhaled by internal combustion engines to the atmosphere. ^u ·

Současně se tímto dosáhne většího točivého momentu motoru, neboí po zapálení směsi nad pístem působí spodní hlava ojnice při pootočení kolem čepu ojničního ložiska momentem síly také tangenciálně po obvodu otáčení zmíněného čepu a nikoliv pouze v radiálním směru jak je tomu u stávajících motorů. Tento silový moment je přímo úměrný hmotnosti ojnicové hlavy, ojnice, pístu, expanznímu tlaku a současně také stupni excentricity pánevní vložky. V neposlední řadě dochází také k akumulaci určitého množství energie y mechanismu pružiny a výkyvného protizávaží, které udržují excentrickou vložku ve výchoáí poloze.At the same time, this results in greater engine torque, since when the mixture is ignited above the piston, the lower connecting rod head, when rotated around the connecting rod journal, also acts tangentially along the circumference of rotation of said journal and not only in the radial direction. This force moment is proportional to the weight of the connecting rod head, connecting rod, piston, expansion pressure and also the degree of eccentricity of the shim. Last but not least, there is also an accumulation of a certain amount of energy γ of the spring mechanism and the swinging counterweight, which keeps the eccentric insert in the starting position.

Pružina a protizávaží jsou po zapálení směsi a pootočení excentrické vložky vychýleny do i mezní polohy dříve, než čep ojničního ložiska dosáhne horního kulminačního bodu a nashromážděnou energii udílejí klikovému hřídeli po snížení pracovního tlaku nad pístem při návratu systému do výchozí polohy. Vzhledem k veliké hodnotě předstihu dochází k zapálení směsi v okamžiku, kdy ojniční čep je stále ještě na vzestupné dráze, takže píst začíná stlačovat pružinu a vychylovat výkyvné protizávaží a tím i vykonávat práci, ačkoliv se v této fázi ve válci téměř nepohybuje.After ignition of the mixture and rotation of the eccentric liner, the spring and counterweight are deflected to the limit position before the connecting rod bearing pin reaches the upper culmination point and imparts the stored energy to the crankshaft when the working pressure over the piston is reduced. Due to the high advance value, the mixture ignites when the connecting rod is still on the upward travel, so that the piston begins to compress the spring and deflect the swinging counterweight and thus perform work, although at this stage the cylinder is barely moving.

Provedení spalovacího motoru podle vynálezu zmenšuje nadměrné zatížení klikového hřídele k němuž normálně dochází v počátcích expanze. Tím se umožňuje snížení nároků na pevnost a hmotnost celého klikového mechanismu zejména u vznětových motorů. U dvoutaktních motorů lze vhodnou volbou protizávaží a pružiny dosáhnout toho, že systém se vrací do výchozí polohy přibližně v době, kdy píst je v dolní úvrati, přičemž dojde k výraznému zpomalení pohybu pístu a při otevření výfukového a přefukovacího kanálu je k dispozici delší čásový úsek pro vypláchnutí prostoru nad pístem a nasátí čerstvé směsi.The embodiment of the internal combustion engine of the invention reduces the overload of the crankshaft that normally occurs at the onset of expansion. This makes it possible to reduce the strength and weight requirements of the entire crank mechanism, especially in compression ignition engines. With two-stroke engines, the appropriate choice of counterweight and spring allows the system to return to its initial position approximately when the piston is at the bottom dead center, significantly slowing the piston movement and opening the exhaust and flue ducts for a longer period of time for flushing the space above the piston and sucking in the fresh mixture.

Na připojených výkresech je znázorněno vestavění excentrické pánevní vložky na klikový hřídel spalovacího motoru s mechanickým převodem k výkyvnému protizávaží a pružině, provedeným pomocí ozubení, upraveného na přírubě excentrické vložky a na tělese protizávaží.The accompanying drawings show the installation of an eccentric pan liner on a crankshaft of an internal combustion engine with a mechanical transmission to a pivotable counterweight and spring, by means of a toothing provided on the eccentric liner flange and the counterweight body.

Na obr. 1 je toto provedeni znázorněno < pohledu v ose klikového hřídele v okamžiku počátku expanze, na obr. 2 je totéž provedení z bočního pohledu. ‘Fig. 1 shows this embodiment of the crankshaft axis at the time of start of expansion; Fig. 2 shows the same embodiment from a side view. ‘

Excentrická pánevní vložka J., opatřená na stranách přírubami £ s ozubením je uložena na ojničním čepu 2 klikového hřídele J spalovacího motoru tak, že ve výchozí poloze je osa pánevní vložky i systémem výkyvného protizávaží 6 a pružiny í udržována ve vzdálenější poloze od osy hlavních čepů klikového hřídele, než je poloha osy ojničního čepu 2. Protizávaží je upraveno tak, že na jeho pevnou část 8 je pomocí dolního čepu 3 otočně uložena výkyvné část protizávaží 6. Tato výkyvná část protizávaží je opatřena ozubenou pomocnou přírubou 2. Mezi pevnou a výkyvnou část protizávaží je vestavěna pružina 3·The eccentric pan liner 1, provided with toothed flanges 4 on the sides, is mounted on the crankshaft journal 2 of the internal combustion engine so that in its initial position the axis of the pan liner 1 is maintained by the pivot counterweight 6 and the springs 1 held more distant from the axis of the main pins the counterweight is arranged such that a pivotable portion of the counterweight 6 is rotatably mounted on its fixed portion 8 by means of a lower pin 3. Counterweight built-in spring 3 ·

Funkce zařízení je patrna zejména z obr. 1. Po vzplanutí hořlavé směsi ve válci překoná ojnice působením expanzního tlaku odpor pružiny 5. ^a odstředivou sílu, působící na výkyvné protizávaží 6 a pootočí excentrickou pánevní vložkou přibližně o 180° dříve, nti ojniční čep 2 klikového hřídele dosáhne horního kulminačního bodu. V okamžiku zastavení pohybu excentrické pánevní vložky vůči ojničnímu čepu, působí celý systém momentem síly tangenciálně po obvodu opisovaném ojničním čepem a napomáhá tak překonat horní kulminační bod ojničního čepu a současně zvyšuje točivý moment motoru. V další fázi působí ojnice expanzním tlakem na klikový hřídel podobně jako u klasického uspořádání s tím, že po snížení tlaku nad pístem se systém pružiny 3, výkyvného protizávaží 6 a excentrické pánevní vložky 1 vrátí do výchozí polohy a energii, kterou získal v počátku expanze, předá klikovému hřídeli.The operation of the device is particularly evident from Fig. 1. After the flammable mixture has ignited in the cylinder, the connecting rod will overcome the spring resistance 5 ^{and the} centrifugal force acting on the swinging counterweight 6 by rotating the counterweight 6 and rotate the cam the shaft reaches the upper culmination point. At the moment of stopping the movement of the eccentric liner relative to the connecting rod pin, the entire system applies a moment of force tangentially around the circumference described by the connecting rod pin and thus helps to overcome the upper culmination point of the connecting rod pin while increasing engine torque. In the next phase, the connecting rod exerts expansion pressure on the crankshaft in a similar way to the conventional arrangement, with the spring 3, the swing counterweight 6 and the eccentric shim 1 being returned to its initial position and the energy it gained at the start of expansion. to the crankshaft.

Konstrukce ojničního ložiska klikového hřídele podle tohoto vynálezu umožňuje zvýšení jmenovitého výkonu a točivého momentu spalovacího motoru případně při stejných parametrech snížení měrné spotřeby paliva, snížení nároků na antidetonační vlastnosti paliva a snížení obsahu škodlivin ve výfukových plynech spalovacích motorů.The design of the connecting rod bearing of the crankshaft according to the present invention allows increasing the rated power and torque of the internal combustion engine, possibly at the same parameters, to reduce specific fuel consumption, reduce the demand for anti-knock properties and reduce pollutants in the exhaust gases of internal combustion engines.

Uvedená úprava klikového mechanismu vytváří výhodné předpoklady pro konstrukci lehkého tichého a výkonného vznětového motoru pro osobní automobily.This modification of the crank mechanism creates advantageous prerequisites for the construction of a light, quiet and powerful diesel engine for passenger cars.

Claims

Crankshaft connecting rod bearing with an eccentric pan and cushioning, characterized in that the crankshaft connecting rod (2) has an eccentrically mounted piston liner (1) and is provided with flanges (4) or raised edges on the outside and the insert (1) is mechanically connected to a pivotable counterweight (6) mounted on the crankshaft and to at least one spring (5).

Connecting rod bearing according to claim 1, characterized in that the pivoting counterweight (6) is rotatably mounted on a fixed part of the crankshaft (2) by means of a lower pin (9) and together with the spring (5) is intended to control the position of the eccentric shim (1). ) depending on the working pressure over the engine felt.