MD1535Z - Grup bielă-manivelă al motorului cu ardere internă - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la construcţia de maşini şi anume la motoarele cu ardere internă cu mecanism bielă-manivelă.Grupul bielă-manivelă al motorului cu ardere internă conţine un piston (2) cu segmenţi de compresie (3), amplasat într-un cilindru (1) al motorului cu ardere internă, şi unit printr-un bolţ (4) cu o bielă (5), care printr-o articulaţie (6) este unită cu o manivelă (7), unită cu un arbore motor (8).Capul (9) pistonului (2), din partea camerei de ardere (10), este executat înclinat faţă de axa cilindrului (1).

Description

Invenţia se referă la construcţia de maşini şi anume la motoarele cu ardere internă cu mecanism bielă-manivelă.

Este cunoscut un piston oscilant, amplasat în cilindrul compresorului de aer. Capul pistonului este unit rigid cu o bielă, care este unită printr-un capăt liber cu un excentric rotativ. Capul pistonului conţine o cameră internă cu deschizături, prin care trece fluxul de aer turbionat [1].

De asemenea, este cunoscut pistonul motorului cu ardere internă, care încorporează o pereche de arcuri-disc, instalate între capul pistonului şi fusta acestuia. Arcurile-disc sunt susţinute de suporturi, unul dintre care, şi anume cel inferior fiind amplasat glisant în interiorul pistonului cu posibilitatea mişcării axiale relative în raport cu acesta, şi este unit cu biela mecanismului bielă-manivelă în aşa fel, încât arcurile-disc să permită suportului să se deplaseze axial în raport cu capul pistonului. Soluţia dată permite reducerea presiunii gazului comprimat asupra bolţului ce uneşte pistonul cu biela, ce conduce la reducerea raportului de compresie şi a presiunii în cilindru de aproape două ori, fapt ce conduce la reducerea consumului de combustibil cu 25-40%, a nivelului de zgomot şi vibraţiilor [2].

Dezavantajele soluţiilor cunoscute constau în eficienţă de funcţionare redusă şi fiabilitate relativ scăzută a grupului bielă-manivelă al motorului cu ardere internă.

Problema pe care o rezolvă invenţia constă în sporirea eficienţei de funcţionare şi majorarea fiabilităţii grupului bielă-manivelă al motorului cu ardere internă.

Grupul bielă-manivelă al motorului cu ardere internă, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine un piston cu segmenţi de compresie, amplasat într-un cilindru al motorului cu ardere internă, şi unit printr-un bolţ cu o bielă, care printr-o articulaţie este unită cu o manivelă, unită cu un arbore motor. Capul pistonului, din partea camerei de ardere, formată în cilindru, este executat înclinat faţă de axa cilindrului sub un unghi βopt, care este determinat după următoarea formulă:

βopt = arcsin (ai/l)· Pi/Pmax,

unde: ai= asinφi; 0°≤φi ≤180°;

a este proiecţia curentă a lungimii manivelei;

φi - unghiul de rotaţie a manivelei;

l - lungimea bielei;

Pmax - presiunea maximă a gazelor în camera de ardere;

Pi - presiunea curentă în funcţie de unghiul φi; 0°≤φi ≤180°.

Rezultatul tehnic al invenţiei constă în executarea capului pistonului înclinat, fapt ce conduce la minimizarea forţei radiale, cu care pistonul acţionează asupra segmenţilor-piston şi la reducerea uzurii şi a pierderilor de energie în contactul segmenţi-cilindru.

De asemenea, executarea capului pistonului înclinat sub un unghi optim βopt conduce la mărirea suprafeţei de lucru a capului pistonului de 1/cosβopt ori, ceea ce sporeşte eficienţa de funcţionare a motorului cu (1/cosβopt)x100%.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1 - 6, care reprezintă:

- fig. 1, vederea schematică a grupului bielă-manivelă şi a cilindrului motorului cu ardere internă, în secţiune;

- fig. 2, vederea schematică a acţiunii forţelor asupra pistonului cu capul executat drept;

- fig. 3, vederea schematică a acţiunii forţelor asupra pistonului cu capul executat înclinat;

- fig. 4, vederea schematică a forţelor, care apar în articulaţia piston-bielă, când pistonul este executat cu capul drept;

- fig. 5, vederea schematică a forţelor, care apar în articulaţia piston-bielă, când pistonul este executat cu capul înclinat;

- fig. 6, graficul funcţiilor αvar = f(φ) şi Pvar = f(φ).

Grupul bielă-manivelă al motorului cu ardere internă (fig. 1) include cilindrul 1, pistonul 2 cu segmenţii de compresie 3, unit prin bolţul 4 cu biela 5 care, la rândul său, este unită prin articulaţia 6 cu manivela 7, unită cu arborele motor 8. Capul 9 al pistonului 2, din partea camerei de ardere 10, este executat înclinat faţă de axa cilindrului 1 sub unghiul de înclinare βopt.

Pistonul motorului cu ardere internă funcţionează în modul următor.

La alimentarea camerei de ardere a cilindrului 1 cu combustibil în faza de compresie, pistonul 2 se mişcă în sus, comprimând amestecul de combustie. În cazul clasic, când capul 9 al pistonului 2 este executat drept, forţa de presiune rezultantă P se descompune în două componente de forţă (fig. 2, 4):

- Forţa normală Fn = Picosαi;

- Forţa radială Fr = Frcosαi = Pisinαicosαi= 1/2Pisin2αi,

unde Pi este rezultanta curentă a forţei de presiune a amestecului de combustie comprimat;

- αi - unghiul curent de înclinare a bielei 5: αi = f(φi), unde φi - unghiul de rotaţie a manivelei 7 (0°≤ φi ≤180°):

αi = arcsin (ai/l),

unde ai este proiecţia curentă a lungimii manivelei 7;

l - lungimea bielei 5.

În continuare forţa normală Fn se transformă în lucru util, iar forţa radială Fr apasă segmenţii 3 spre peretele cilindrului 1, constituind pierderi de putere şi uzura segmenţilor 3.

În scopul reducerii gradului de uzură a segmenţilor 3 şi a pierderilor de putere în contactul segment-cilindru prin reducerea valorii forţei radiale Fr capul 9 al pistonului 2, din partea camerei de ardere 10, este executată înclinată sub un unghi de înclinare (fig. 3, 5):

βopt = arcsin (ai/l)Pi/Pmax ,

unde: Pmax este presiunea maximă a gazelor;

Pi - presiunea curentă în funcţie de φi (0°≤ φi ≤180°).

În acest caz forţa radială va fi minimă Frmin (fig. 5).

Exemplu

Sub aspect geometric executarea capului 9 al pistonului 2 înclinat sub un unghi maxim βmax corespunzător unghiului αi al bielei 5, care corespunde unghiului de rotire al manivelei 7 φ = 90°, conduce la reducerea forţei radiale Fr la zero. Deoarece, presiunea maximă în cilindrul 1 se obţine nu în cazul φ =90°, când αi = max, ci în cazul punctului mort superior φ =180°, unghiul optim βopt de înclinare a capului 9 al pistonului 2 se obţine la intersecţia curbelor αvar=f(φi) şi Pvar=f(φi) (fig. 6). Curba Pvar=f(φi) este caracteristică tuturor motoarelor cu ardere internă şi este luată din literatura de specialitate. Curba αvar=f(φi) se poate obţine în baza valorilor a cinci puncte obţinute pentru minim cinci poziţii ale bielei 7 (manivelei 5) (fig. 6):

1. φi = 0°, α1 = 0°;

2. φ2 = 45°, α2 = arcsina2/l = arcsin (asinφ2/l)= arcsin (0,7a/l);

3. φ3 = 90°, α3 = arcsina3/l = arcsin (asinφ3/l)= arcsin (a/l);

4. φ4 = 135°, α4 = arcsina4/l = arcsin (asinφ4/l)= arcsin (0,7a/l);

5. φ5 = 180°, α5 = arcsina5/l = arcsin (asinφ5/l)= 0.

Uzura segmenţilor 3 este influenţată de mai mulţi factori, inclusiv de forţa radială Fr, care exercită o presiune a segmenţilor 3 pe suprafaţa de contact a cilindrului 1.

Executarea înclinată a capului 9 al pistonului 2 din partea camerei de ardere 10 sub unghiul βopt conduce la minimizarea forţei radiale Fr, la reducerea uzurii şi a pierderilor de energie în contactul segmenţi-cilindru (fig. 3).

De asemenea, executarea capului 9 al pistonului 2 înclinat sub unghi optim βopt conduce la mărirea suprafeţei de lucru a capului 9 al pistonului 2 de 1/cosβopt şi la sporirea eficienţei de funcţionare a motorului cu (1/cosβopt )x100%.

1. EP 0588466 A1 1994.03.23

2. CN 104838124 A 2015.08.12

Claims (1)

1. Grup bielă-manivelă al motorului cu ardere internă, care conţine un piston (2) cu segmenţi de compresie (3), amplasat într-un cilindru (1) al motorului cu ardere internă, şi unit printr-un bolţ (4) cu o bielă (5), care printr-o articulaţie (6) este unită cu o manivelă (7), unită cu un arbore motor (8); capul (9) pistonului (2), din partea camerei de ardere (10), formată în cilindru (1), este executat înclinat faţă de axa cilindrului (1) sub un unghi βopt, care este determinat după următoarea formulă:

   βopt = arcsin (ai/l)· Pi/Pmax,

   unde: ai= asinφi; 0°≤φi ≤180°;

   a este proiecţia curentă a lungimii manivelei (7);

   φi - unghiul de rotaţie a manivelei (7);

   l - lungimea bielei (5);

   Pmax - presiunea maximă a gazelor în camera de ardere;

   Pi - presiunea curentă în funcţie de unghiul φi; 0°≤φi ≤180°.