SK8052Y1 - Piestový spaľovací motor s modifikovaným kľukovým mechanizmom - Google Patents

Abstract

Piestový spaľovací motor s modifikovaným kľukovým mechanizmom v zážihovom alebo vznetovom dvojtaktnom alebo štvortaktnom spaľovacom motore pozostáva z kľuky (1), uloženej v kľukovom ložisku (2), z ojnice (3), ktorá je v spodnej časti ojničným ložiskom (4) spojená s ramenom kľuky (1) a v hornej časti je ojnica piestnym čapom (5) spojená s piestom (6), ktorý je vedený vo valci (7). Os (8) dráhy piestneho čapu je od osi kľuky (9) posunutá v smere otáčania kľuky z horného úvratu (HU) pri expanznom zdvihu o vzdialenosť (E).

Description

Technické riešenie sa týka piestového spaľovacieho motora s kľukovým mechanizmom, s priamočiarym vratným pohybom piesta. Riešenie patrí z hľadiska výroby do oblasti strojárstva a z hľadiska použitia do oblasti najmä automobilového priemyslu.

Doterajší stav techniky

Klasický spaľovací motor s kľukovým mechanizmom, s priamočiarym vratným pohybom piesta je doteraz najviac využívaným pohonom v automobilovej doprave. V niektorých prípadoch má nezastupiteľné miesto aj v iných druhoch dopravy alebo pri pohone strojových zariadení. Sú to vlastne klasické, sériovo najviac vyrábané zážihové alebo vznetové dvojtaktné alebo štvortaktné spaľovacie motory. Ich prvenstvo doteraz neohrozili ani motory s krúživým pohybom piesta, a ani celé desiatky motorov iných konštrukčných riešení. Spaľovací motor s kľukovým mechanizmom sa javí ako najvhodnejšia pohonná jednotka v spomínanej oblasti. Aj keď je historicky najdlhšie vyvíjaný, stále prichádzajú nové alebo modifikované technické riešenia zvyšujúce jeho parametre, ktoré nie sú zďaleka na hranici možnosti.

Horením plynov pri expanznom zdvihu vzniká tlak pôsobiaci na plochu piesta vedeného vo valci. Spôsobená sila je vedená cez piestny čap spojený s hornou časťou ojnice, ktorý koná priamočiary pohyb. Ojnica tak z hornej časti prenáša silu do spodnej časti ojnice, spojenej kľukovým ložiskom s kľukou, ktorá vykonáva otáčavý pohyb odvádzaný v osi kľuky. Medzi osou ojnice a osou dráhy piestneho čapu pri otáčaní kľuky vzniká premenlivý uhol, takzvaný uhol kyvu ojnice. Nevýhodou klasických piestových spaľovacích motorov je skutočnosť, že čím je väčší uhol kyvu ojnice, tým je väčší bočný tlak piesta na valec a na iné konštrukčné časti motora. Zväčšuje sa tým trenie a zmenšuje sila vytvárajúca krútiaci moment.

Pri expanzii, čiže v čase najväčšieho tlaku vo valci, je os ojnice v priamke s osou piesta, čo je priaznivý stav na prenos sily do ojnice a trenie medzi valcom a piestom je minimálne. Aj os ojnice a kľuky je v tom čase v priamke, resp. zviera uhol 180°, lenže vzhľadom na vytvorenie čo najväčšieho krútiaceho momentu je to naopak nepriaznivý stav, pretože je vo vzpere. V tomto momente pôsobí maximálny tlak priamo na stredovú os kľukového hriadeľa a značne namáha konštrukčné časti motora. Vzniká nežiaduce klepanie a časom opotrebenie. Až ďalšie pootočenie kľukového hriadeľa, zotrvačnosťou, vedie ku zmenšeniu uhla medzi kľukou a ojnicou a k vytváraniu krútiaceho momentu.

To sa už ale zmenšuje tlaková sila horiacej zmesi a zhoršujú sa aj pomery na prenos sily medzi ojnicou a piestom, pretože uhol, ktorý zvierajú ich osi, sa tiež zmenšuje a spôsobuje rozklad sily, ktorá už tlačí piest aj na stenu valca, čo vedie ku zvýšeniu trenia medzi piestom a valcom. Práve v týchto polohách dochádza k najväčšiemu opotrebeniu valca a piesta, časom až ku vzniku elipsy. V týchto momentoch tiež vzniká aj nežiaduce, takzvané, klepanie piesta.

Táto skutočnosť evokovola vytvoriť konštrukciu spaľovacieho motora s kľukovým mechanizmom, ktorá by eliminovala uhol kyvu ojnice v expanznom, čiže pracovnom zdvihu, zmenšila trenie a opotrebenie časti motora a viedla ku zvýšeniu krútiaceho momentu pri zachovaní počiatočných podmienok, ako je najmä objem motora a kompresný pomer.

Podstata technického riešenia

Technické riešenie spaľovacieho motora s modifikovaným kľukovým mechanizmom v zážihovom alebo vznetovom dvojtaktnom alebo štvortaktnom spaľovacom motore spočíva v tom, že os dráhy piestneho čapu je od osi kľuky posunutá. Vzniká tak známy excentrický kľukový mechanizmus, ktorého podstatou je smer excentricity, čiže posunutia spomínanej osi dráhy piestneho čapu od osi kľuky a to v smere otáčania kľuky z horného úvratu pri expanznom, čiže pracovnom zdvihu.

Hlavným podstatným znakom, ktorý vychádza z podstaty spomínaného technického riešenia, je to, že sa dosiahne zmenšenie uhla kyvu ojnice pri maximálnom výkyve ojnice v expanznom zdvihu, v ktorom sa vytvára krútiaci moment. Z toho vyplýva následné zmenšenie trenia piesta na valec a priaznivejšie pomery prenosu síl na vytváranie krútiaceho momentu. Navyše v danom momente, v porovnaní s klasickým kľukovým mechanizmom, na piest pôsobí väčší tlak, nakoľko vplyvom menšieho uhla kyvu ojnice je piest bližšie ku hornému úvratu. V klasickom, centrickom kľukovom mechanizme sa zmenšenie uhla výkyvu ojnice pri maximálnom výkyve dosiahne jej predĺžením, no na úkor zväčšenia hmotnosti a odstredivých síl ojnice. Naopak pri motore s modifikovaným kľukovým mechanizmom ojnica pri pracovnom zdvihu prenáša menšie namáhanie na ohyb, čím dosahuje zmenšenie hmotnosti ojnice, následne zmenšenie zotrvačných síl. Nepriaznivejšie silové pomery proti klasickému kľukovému mechanizmu v spaľovacích motoroch sa prejavujú pri pohybe z dolného do horného úvratu, čiže pri stláčaní a výfuku. Vzhľadom na to, že vo valci motora pri týchto zdvi2

SK 8052 Υ1 hoch vznikajú menšie protitlaky na piest, prevládajú výhodnejšie silové pomery modifikovaného kľukového mechanizmu pri nasávaní a expanzii.

Ďalším podstatným znakom motora s modifikovaným kľukovým mechanizmom zážihového alebo vznetového dvojtaktného alebo štvortaktného spaľovacieho motora je priaznivejší uhol na prenos sily medzi piestom a ojnicou v čase expanzie, v momente maximálneho pracovného tlaku. Vo svete známy stav postupného vstrekovania paliva pri expanzii umožňuje nastavenie tlakového diagramu tak, aby maximálny tlak vo valci modifikovaného kľukového mechanizmu nastal v čase, keď os ojnice je s osou piesta v priamke. V tom čase je najvýhodnejší prenos sily z piesta na ojnicu, pretože sa nerozkladá na treciu silu piesta o valec a relatívne celá sila sa prenáša do ojnice. Eliminuje sa tak aj následné tkzv. klepanie a opotrebenie medzi piestom a valcom v danej časti. V porovnaní spomínané osi ojnice a valca v danom momente pri klasickom kľukovom mechanizme nie sú v priamke, dochádza ku rozkladu sily, úmernému vychýleniu spomínaných osí.

Nemenej podstatným znakom, ktorý vychádza z podstaty spomínaného technického riešenia, je skutočnosť, že pri expanznom zdvihu je pootočenie kľuky z horného do dolného úvratu väčšie ako 180 stupňov. Zväčšia sa tým nasávacie a expanzné časy, čo vedie ku lepšiemu zmiešaniu a zhoreniu zmesi, ako aj dlhšiemu pôsobeniu pracovných síl na kľuku.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Spaľovací motor s modifikovaným kľukovým mechanizmom v zážihovom alebo vznetovom dvojtaktnom alebo štvortaktnom spaľovacom motore je bližšie objasnený na výkresoch, kde obrázok 1 znázorňuje podstatu technického riešenia. Obrázky 2 až 6 znázorňujú následné podstatné znaky modifikovaného kľukového mechanizmu a z nich plynúcu výhodnosť proti klasickému kľukovému mechanizmu pri rovnakých pootočeniach kľuky a rovnakom tlakovom diagrame, pričom na ľavej strane je ilustrovaný motor s klasickým kľukovým mechanizmom a na pravej strane motor s modifikovaným kľukovým mechanizmom. Obrázky 7 až 10 znázorňujú príklady uskutočnenia technického riešenia.

Príklady uskutočnenia

Technické riešenie posunutia osi dráhy piestneho čapu 8 od osi kľuky 9 v smere otáčania kľuky z horného úvratu HU pri expanznom zdvihu o vzdialenosť E v spaľovacom motore s modifikovaným kľukovým mechanizmom v zážihovom alebo vznetovom, dvojtaktnom, alebo štvortaktnom spaľovacom motore je uskutočniteľné viacero spôsobmi.

Príklad 1. Obrázok 7. Technické riešenie uskutočnené spôsobom posuvu osi valca 10 od osi kľuky 9 v smere otáčania kľuky 1.

Príklad 2. Obrázok 8. Technické riešenie uskutočnené spôsobom posuvu piestneho čapu 5 v pieste 6 ku stene valca 7 v smere otáčania kľuky T

Príklad 3. Obrázok 9. Technické riešenie uskutočnené spôsobom posuvu, osi valca 10 od osi kľuky 9 v smere otáčania kľuky J_, ako aj posuvom piestneho čapu 5 v pieste 6 ku stene valca 7 v smere otáčania kľuky 1Príklad 4. Obrázok 10. Technické riešenie uskutočnené spôsobom posuvu osi valca 10 od osi kľuky 9 v smere otáčania kľuky j_ a posuvom piestneho čapu 5 v pieste 6 od osi valca 10 ku stene valca 7 proti smeru otáčania kľuky j_, pričom platí, že posunutie piestneho čapu 5 v pieste 6 je menšie ako posun osi valca 10 od osi kľuky 9, čím vznikne os dráhy piestneho čapu 8, ktorá je od osi kľuky 9 posunutá o vzdialenosť E v smere otáčania kľuky T

Jednotlivé uskutočnenia podľa technického riešenia sú predstavované iba ilustračne a nie ako obmedzenia technických riešení. Odborníci poznajúci stav techniky s použitím výpočtov a skúšok majú možnosť zistiť priaznivé ekvivalenty vedúce ku špecifickému uskutočneniu technických riešení, ktoré budú patriť do následných nárokov na ochranu.

Priemyselná využiteľnosť

Spaľovací motor s modifikovaným kľukovým mechanizmom v zážihovom alebo vznetovom dvojtaktnom alebo štvortaktnom spaľovacom motore dokáže plne absorbovať praktické výhody klasického a doteraz najviac využívaného motora s klasickým kľukovým mechanizmom, nakoľko sa odlišuje iba jedným zásadným riešením a to posunutím osi dráhy piestneho čapu od osi kľuky v smere otáčania kľuky z horného úvratu v expanznom zdvihu. Všetky súčiastky sú prakticky totožné. Podobnosť motorov skracuje čas na realizáciu riešenia. Nachádza uplatnenie najmä v automobilom priemysle.

Claims (5)

1. Piestový spaľovací motor s modifikovaným kľukovým mechanizmom v zážihovom alebo vznetovom dvojtaktnom alebo štvortaktnom spaľovacom motore, vyznačujúci sa tým, že pozostáva z kľuky (1), uloženej v kľukovom ložisku (2), z ojnice (3), ktorá je v spodnej časti ojničným ložiskom (4) spojená s ramenom kľuky (1) a v hornej časti je ojnica (3) piestnym čapom (5) spojená s piestom (6), ktorý je vedený vo valci (7), pričom os dráhy piestneho čapu (8) je od osi kľuky (9) posunutá v smere otáčania kľuky (1) z horného úvratu (HU), pri expanznom zdvihu o vzdialenosť (E), posuvom osi valca (10) od osi kľuky (9) v smere otáčania kľuky (1).

2. Piestový spaľovací motor s modifikovaným kľukovým mechanizmom v zážihovom alebo vznetovom dvojtaktnom alebo štvortaktnom spaľovacom motore, vyznačujúci sa tým, že pozostáva z kľuky (1), uloženej v kľukovom ložisku (2), z ojnice (3), ktorá je v spodnej časti ojničným ložiskom (4) spojená s ramenom kľuky (1) a v hornej časti je ojnica (3) piestnym čapom (5) spojená s piestom (6), ktorý je vedený vo valci (7), pričom os dráhy piestneho čapu (8) je od osi kľuky (9) posunutá v smere otáčania kľuky (1) z horného úvratu (HU), pri expanznom zdvihu o vzdialenosť (E), posuvom piestneho čapu (5) v pieste (6) od osi valca (10) ku stene valca (7) v smere otáčania kľuky (1).

3. Piestový spaľovací motor s modifikovaným kľukovým mechanizmom v zážihovom alebo vznetovom dvojtaktnom alebo štvortaktnom spaľovacom motore, vyznačujúci sa tým, že pozostáva z kľuky (1), uloženej v kľukovom ložisku (2), z ojnice (3), ktorá je v spodnej časti ojničným ložiskom (4) spojená s ramenom kľuky (1) a v hornej časti je ojnica (3) piestnym čapom (5) spojená s piestom (6), ktorý je vedený vo valci (7), pričom os dráhy piestneho čapu (8) je od osi kľuky (9) posunutá v smere otáčania kľuky (1) z horného úvratu (HU), pri expanznom zdvihu o vzdialenosť (E), posuvom osi valca (10) od osi kľuky (9) v smere otáčania kľuky (1), ako aj posuvom piestneho čapu (5) v pieste (6) od osi valca (10) ku stene valca (7) v smere otáčania kľuky (1).

4. Piestový spaľovací motor s modifikovaným kľukovým mechanizmom v zážihovom alebo vznetovom dvojtaktnom alebo štvortaktnom spaľovacom motore, vyznačujúci sa tým, že pozostáva z kľuky (1), uloženej v kľukovom ložisku (2), z ojnice (3), ktorá je v spodnej časti ojničným ložiskom (4) spojená s ramenom kľuky (1) a v hornej časti je ojnica piestnym čapom (5) spojená s piestom (6), ktorý je vedený vo valci (7), pričom os valca (10) je od osi kľuky (9) posunutá v smere otáčania kľuky (1) z horného úvratu (HU), pri expanznom zdvihu a piestny čap (5) v pieste (6) je posunutý od osi valca (10) ku stene valca (7) proti smeru otáčania kľuky (1), pričom platí, že posunutie piestneho čapu (5) v pieste (6) je menšie ako posun osi valca (10) od osi kľuky (9), čím vznikne os dráhy piestneho čapu (8), ktorá je od osi kľuky (9) posunutá o vzdialenosť (E) v smere otáčania kľuky (1).

5 výkresov