【特許請求の範囲】【請求項1】
少なくとも1つのクランクスロウを有するクランクシャフトと少なくとも2つのピストンアセンブリとを含むV型エンジンを動的に平衡させる方法であって、前記ピストンアセンブリをクランクスロに連結するための少なくとも2つの連結ロッドと、方法であって、
（a）クランクシャフトを回転平衡装置に配置するステップと、
（b）各ディスクの半径がクランクスロウの半径より大きく、2つのディスクの合計質量がクランクシャフトの質量よりも大きい、クランクシャフトの対向する端部に一対の静的に平衡したディスクを取り付けるステップと、
（c）クランク/コネクティングロッド/ピストンアセンブリの回転重量の100％プラスクランク/コネクティングロッド/ピストンアセンブリの往復重量の55％に等しい錘重量をクランクスロに取り付ける。ピストンアセンブリ;
（d）任意の動的不均衡が存在するかどうかを判定するために、クランピングシャフトおよび取り付けられたディスクをバランシング機械に回転させるステップと、 そして
（e）クランクシャフトの動的アンバランスを相殺するために、クランクシャフトに重量を除去または追加する。
説明：
発明の分野
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、不均一度点火パタンを有するタイプの往復動エンジンを製造する方法に関し、より詳細には、そのようなエンジン内でクランクシャフトを釣り合わせる方法に関する。
発明の背景
1970年代初期の石油危機以来、より小型でより燃費の良い車の需要が高まっています。 米国の自動車メカは、最近のデザインの4気筒エンジンを搭載した車両を導入することでこの要求に応えてきました。 これらの新しい設計は、自動車製造業者およびそのサプライヤ側の設計、開発、および製造設備へのかなりの投資を表しています。 これらの増加したコストは、それらを消費者に渡すことによってのみ回復することができます。
より小型の車両は、過去40年間に米国自動車産業によって一般的に生産された6気筒エンジンおよび8気筒エンジンに対応できない小型エンジンコンパトメントで設計されなければならない。 より小型の車両用に開発されたエンジンファミリは、しばしば本質的に高価な全く新しい設計である。 顧客の期待パフォマンスを満足させるために、メカはエンジンの排気量を増加させていますが、排気量の増加に伴い、4気筒エンジンは過酷な振動特性を示します。 現行の慣行は、逆回転バランスシャフトの追加によってこれらの振動特性を減衰させることであるが、これらのシャフトはエンジンの重量を増加させ、生産コストを高め、4つの値を大きく犠牲にするシリンダ設計。 もう1つの代替方法である、小排気量60度V-6エンジンは、さらに高価なソリュションです。
現在のエンジンクランクシャフトのバランスをとる方法の下では、クランクシャフトを動的に平衡させる前に、ピストンおよびコネクティングロッドアセンブリの重量を考慮せずにクランクシャフトをまず静的に平衡させ、それによって合計で2,000立方センチメトル4気筒エンジンの排気量。 真に大きな排気量の4気筒または2気筒のエンジンを製造することに固有の経済性は、現在の均衡化手順を利用することが不可能または非実用的であると考えられてきた。
発明の概要および目的
上記の問題を多く研究した後、本方法は、シリンダ数の少ない内燃機関の往復動エンジンを設計および製造するために開発されたが、自動車産業で現在使用されているより大きいエンジンに等しい全エンジン排気量を有する。 これは、ボアおよびストロクの寸法を大きくし、エンジンブロック内の多数のシリンダを排除することによって達成され、その結果、2気筒エンジンは、4気筒エンジンの等しい変位および馬力出力を有することができる。 往復動部品の質量を増加させ、気筒の不均一度を増加させることによって生じる振動力の増加を補償するために、エンジンのクランクシャフトを動的にバランスさせる新たな方法が開発されている。
上記を考慮して、本発明の目的は、往復動型の内燃機関の製造および組み立てのコストを低減することである。
本発明の別の目的は、エンジンブロックおよび補助部品（シリンダヘッド、吸気、排気マニホルド、クランクシャフト）のサイズを小さくすることによって、小型化および軽量化を図ることにある。
別の目的は、必要な可動部品の数を減らすことによってエンジンの設計を単純化し、それによって製造、組み立て、および設置のコストを削減することである。
本発明の別の目的は、エンジンのクランクシャフトに作用する回転力と往復動力との均衡を取って、エンジンを円滑に作動させる方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、所与の変位に必要な多数のシリンダを排除することによって可能となるシリンダポンピング損失の低減によって内燃機関の効率を高めることである。
本発明の他の目的および利点は、そのような発明の単なる例示である以下の説明および添付図面の研究から明らかであり、明らかになるであろう。
図面の簡単な説明
イチジク。 図1は、本発明に従って製造されたV型エンジンの断面図である。
イチジク。 図2はシリンダヘッドを取り外した状態の平面図である。
イチジク。 【図3】エンジンに関連して使用されるディストリビュタの側部上面平面図である。
イチジク。 エンジンの側面図である。
イチジク。 【図5】エンジンに関連して使用されるカムシャフトの正面図である。 そして
イチジク。 図6は、エンジンに関連して使用されるクランクシャフトの正面図である。
イチジク。 クランクシャフトが内部に取り付けられた平衡装置の正面図である。
イチジク。 図8はクランクシャフトが内部に取り付けられた平衡装置の断面図である。
発明の詳細な説明
さらに図面を参照すると、本発明に従って製造されたエンジン10の一例が示されている。 このエンジンの構造は、今日使用されている標準の8気筒V型エンジンの構造に似ています。 2つの設計間の類似点は、製造業者が現在の自動車産業製造エンジンで既に使用されている多くの標準部品、材料、工作機械を利用できるようにする。
ここで図4を参照する。 図1に示すように、V型エンジン10は、下部クランクケス14と、互いに90度に配置された2つのシリンダバンク16とを有するエンジンブロック12を含む。
各シリンダバンク16は、単一シリンダ18を含む。エンジンブロック12の設計は、現在使用されているより大きなV型エンジンと実質的に同じである。 クランクシャフト20は、一体的に形成されたクランクシャフトスプロケットと、このようなエンジンの通常の態様でクランクケス14内に取り付けられた単一のクランクスロ24とを含む。 往復動ピストン28が各シリンダ18内に配置され、コネクティングロッド32によってクランクシャフト20に接続されている。本発明において、クランクシャフトは単一のクランクスロ24とジャナルを含み、各ピストン28のコネクティングロッド32は添付されています。 これにより、各ピストン連接棒32のジャナルが分離され、オフセットされているよりも簡単で、強く、コストの低いクランク軸が形成される。 この単一のジャナルクランクシャフト20は、通常は運転中に実質的な振動を生じる不均一な度合いの発射順序をもたらす。 しかしながら、2つのシリンダエンジンのクランクシャフト20を動的に平衡させる新しい方法は、この振動を除去し、大きなシリンダボアで正常かつ円滑な動作を可能にする。 このバランシング方法は、本明細書の以下の部分でより完全に議論される。
一対のシリンダヘッド34が、ヘッドボルト36によって各シリンダバンク16の上部に取り付けられている。シリンダヘッド34は、シリンダ18の上端部を閉鎖し、複数の機械開口部を含む。 より詳細には、シリンダヘッド34は、各シリンダ18に連通する吸気弁開口40および排気弁開口42を含む。吸気弁開口40および排気弁開口42内には、吸気弁44および排気弁46がそれぞれ取り付けられているそれらを開閉するように操作される。 吸気バルブ44および排気バルブ46は、カムシャフト48によって開閉される。
カムシャフト48は、シリンダブロック16の間のエンジンブロック12内に取り付けられている。カムシャフト48は、隆起部またはロブ52を有する複数のカム50を含む。カムシャフト48上のカム50の数は、もちろん、吸気弁と排気弁をエンジンに内蔵しています。 本発明のカムシャフト48は、2つの吸気バルブ40および2つの排気バルブ42を操作するための4つのカム48のみを有する（図3）
各カム50に乗ることは、円筒形の弁タペット54である。カムシャフト48が回転し、ロブ52が弁タペット54の下を移動すると、弁タペット54が持ち上げられる。 バルブタペット54は、バルブタペット54とシリンダヘッド34に取り付けられたロッカアム58との間に延在するプッシュロッド56に係合する。プッシュロッド56は、ロッカアム58を前方に押して吸気バルブ44または排気バルブ46を係合し、場合によっては、弁がその座から持ち上げられ、弁が開くようにすることができる。 カム上のロブ52が途中で動き回ると、バルブ上のバルブスプリング60の圧力によって、バルブが強制的に再装着される。 同時に、弁タペット54は、カム50と接触したままであるように、下方に押し込まれる。
吸排気弁44,46は、ピストン28の移動に連動して開閉する必要があることが理解されよう。バルブの開閉は、上述のようにカムシャフト48によって制御される。 ピストン28の位置は、連結ロッド32によって連結されているので、クランクシャフト20の位置に関係する。したがって、クランクシャフト20およびカムシャフト48の回転は、適切なバルブタイミングのために同期されなければならない。
適切なバルブタイミングを達成するために、カムシャフトギヤがカムシャフト48の前端の周りに軸支されている。カムシャフトギヤはクランクシャフトスプロケット22に噛み合っているが、より一般的にはタイミングチェンによって接続されている。 いずれの場合も、カムシャフト48とクランクシャフト20の運動は同期している。 カムシャフト歯車は、クランクシャフト20がクランクシャフトスプロケット22の2倍の大きさであり、クランクシャフト20がカムシャフト48の1回転毎に2回完全に回転する。
インテクマニホルド66は、ガソリンと空気の混合物を吸気弁開口40を介して各シリンダ18に分配する。吸気マニホルド66の上部には気化器68が取り付けられている。シリンダ18内のピストン28の下方移動により、気化器68および吸気マニホルド66を通って空気を引き込む傾向がある。気化器68を通って空気が移動すると、空気は、霧化されたガソリン粒子を拾い上げる。 次いで、ガス/空気混合物は吸気マニホルド66を通って開放吸気バルブ44を通ってシリンダ18内に引き込まれる。シリンダ18内のガス/空気混合気の点火によりシリンダ28内でピストン28が下方に駆動され、シリンダ28内でクランクシャフト20を以下にさらに詳細に説明する。 ピストン28がシリンダ18内で上方に移動するにつれて、燃焼されたガスは排気弁46を通過し、シリンダヘッド34に固定された排気マニホルド70を通って押し出される。
各シリンダ18内のガス/空気混合物は、シリンダヘッド34に形成されたねじ切りされた開口部にねじ込まれた点火プラグ72によって点火される。点火コイルによって生成された高電圧サジは、各点火プラグ72に、ディストリビュタ76は、ディストリビュタシャフトの上部に取り付けられたロタと、複数の高張力端子84を有するディストリビュタキャップ82とを含む。中央の高張力端子84は、高張力ワイヤによって点火コイルに接続される。 外部端子は点火プラグ線によってそれぞれの点火プラグ72に接続されている。ロタ78が回転すると、コイルから高電圧サジを種々のエンジンスパクに向ける様々な外側の高張力端子プラグ72を含む。
スパクのタイミングは、バルブおよびピストン28の動きと同期しなければならないことが理解される。通常、これは、ディストリビュタシャフト上のギアをカムシャフト48上のギアとかみ合わせることによって行われ、カムシャフト48。
このようなエンジンの動作方法は、当業者には周知であるが、以下で簡単に説明する。 このようなエンジンの動作は、ストロクと呼ばれる4つのサイクルに分割される。 最初のストロクは吸気行程と呼ばれます。 このストロクの間、ピストン28はシリンダ18内で下方に移動しており、吸気弁44は開いている。 ピストン28の下方への移動はシリンダ18内に部分的な真空を作り、ガス/空気混合気をキャブレタ68から開いた吸気弁44を通ってシリンダ18に引っ張る。ピストン28が吸気行程の底部に近づくと、吸気弁44が終了する。 圧縮行程は、吸気弁44と排気弁46の両方を閉じた状態でピストン28がシリンダ18内で上方に移動することから始まる。 ピストン28の上方への移動は、気体/空気混合物を元の容積の約1/10に圧縮して、それをより可燃性にする。 ピストン28が圧縮行程の頂部に達すると、ディストリビュタ76によって高電圧サジが点火コイルから点火プラグ72に向けられる。結果として生じるスパクがシリンダ内のガス/空気混合物を点火する。 燃焼熱は、ピストン28を下方に押すガスの強制的な膨張を引き起こす。 下向きの力は、連結ロッド32を介して強力な回転を与えられるクランクシャフト20に伝達される。 これはパワストロクと呼ばれます。 ピストン28が動力行程の底に達すると、排気弁46が開く。 排気行程は、燃焼されたガスを排気弁46を通過させて排気マニホルド68内に押し込むピストン28の上方移動から始まる。
上記の説明は、V型エンジンの基本的な機械的構成要素を説明している。 さらに、エンジンは、燃料供給システム、冷却システム、潤滑システム、および点火システムを備えていなければならない。 上記の各システムの構成要素および操作は、当業者に周知であり、容易に市販されている。 また、エンジンは、クランクケス14の下側に取り付けられたオイルパン26と、各ヘッド34に取り付けられたバルブカバ38とを備えている。
本発明のブロック12は、400立方体のCheverolet V-8エンジンのボア寸法、ピストン、リング、リストピン、コネクティングロッド、およびベアリングを利用し、94立方インチを置き換える。 クランクシャフト20は、標準的なV-8 Cheveroletクランクシャフトと同じスロ24を共有するが、はるかに短い。 （図4）同様に、カムシャフト48は、V-8カムシャフトおよびその16個のロブと比較して4つのロブ50しか必要としない。 （図3）本発明のディストリビュタ76は、8つの外部端子84のうちの6つが取り外されたV-8エンジンの在庫分配器に過ぎない。
上記の修正された部品は、既存の金型、金型、および金型をほとんど変更することなく製造することができます。 しかし、V-2エンジンがスムズに動くか振動がないようにするためには、デザインの変更が必要になります。 この変更は、V型エンジンクランクシャフトに通常使用されるバランス調整手順にあります。
V8エンジンは偶数度の発射エンジンです。 言い換えれば、クランクシャフト20が90度回転するたびに、8つのシリンダのうちの1つが点火する。 この偶数度の発射システムにより、エンジンは振動なしで滑らかに動くことができます。
上述したように、本発明の例示的なV-2エンジンは、90度のシリンダ間隔を有するシングルスロクランクシャフト20を使用する。 この配置は、シリンダの不均一度の点火を引き起こす。 1番シリンダが点火すると、2番シリンダが点火する前にクランクシャフトが270度回転します。 第2気筒が点火した後、第1気筒が再び点火する前に、クランク軸20は450度進む。 この不均一な度合いの燃焼は、通常、エンジンが不均一または振動する原因となる。 従って、クランクシャフトは、この不均一度の点火を補償するためにバランスをとらなければならない。
回転重量は、2つの面でバランスが取られている必要があります。 クランクシャフトに沿って回転する全ての部品は、部品の重さが回転中心の周りに均等に分配されるようにバランスが取られている。 これをスタティックバランスといいます。 ほとんどのV型エンジンのクランクシャフトは通常は長いため、一般的には両端から端まで均衡しているかどうかを確認する必要があります。 本発明のクランクシャフト20は、動的バランスしか受けない。 しかしながら、クランクシャフト20の両端部に取り付けられたフライホイル及びハモニックバランサ自体は、クランクシャフト20に取り付ける前に、それ自体が静的に平衡していなければならない。
バランシングマシン90は、エンジンの回転部分のバランスを取るために使用される。 V型エンジンは互いに90度のクランクスロウを有するので、90度の間隔を補償するためにバランス処理中にスロに重量を加えなければならない。 重量は、クランクシャフトロッドジャナルにボルト止めされたボウウェイト92の形で加えられる。 偶数次燃焼エンジンでは、1つのクランクスロウ（2つのコンロッドのクランクピン側はV型エンジンが1スロクにつき2本のロッドを有するので）の全回転重量を加え、ボブ重量92の50％ 1回のクランクスロの往復重量。 言い換えれば、各クランクスロに取り付けられた往復動部品の重量の1/2に回転部品の重量が加わる。 V-8エンジンの典型的なボブ重量の計算は、次のようになる。
2本のコネクティングロッドの回転端700g 2つのベアリングインサトの総重量は800g。 1クランクスロの全回転重量880g 1ピストン125gピン80g 1組のリング100g 1本のコンロッドの往復端。 1クランクスロの往復重量の半分の695g半分880g 695g 1575gボブ重量
通常、クランクシャフトは、動的にバランスがとられる前に、静的にバランスが取られている。 しかしながら、本発明によるクランクシャフト20は静的なバランスを受けない。 通常、これにより、バランス調整中にクランクシャフトが激しく振動し、おそらくバランス調整機のオペレタを危険にさらすことになります。 バランス手順におけるこの振動を克服するために、2つのソリッドディスク94がクランクシャフトのアセンブリ全体、錘重量92、および取り付けられたディスク94をバランスマシン90に配置する前に、各端に1つずつクランクシャフトに取り付けられる。クランクシャフトの半径を超える半径を有し、一緒になってクランクシャフトおよび取り付けられたボウウェイト92の質量を超える全質量を有する。したがって、不規則な形状のクランクシャフトの角運動量によって生成される慣性モメントは、クランクシャフトの半径スロ。 全体の効果は、アセンブリ全体の質量中心を回転軸の近くに移動させることです。
また、バランシング手順の間に加えられるボブウェイト92の重量は、シリンダの不均一度の点火を補償するために、異なって計算されなければならない。
回転重量とクランクスロの往復重量の半分を計算した後、後者の数の10パセント（10％）に等しい補償係数が加えられる。 したがって、往復重量の半分が上記で計算された695グラムである場合、追加の69.5gがエンジンの不均一度の点火を補うために加えられる。 したがって、出願人のエンジン用のボブ重量92の重量は、1644.5g（800g + 695g + 69.5g）となる。 ボブウェイト92の重量は、1クランクロの回転重量の100パセント（100％）とクランクスロの往復重量の55パセント（55パセント）を簡略化して計算することもできることに留意されたい方法。
上記のように構成された完全なV-2エンジンは、長さ21インチ、幅20インチ、高さ24インチである。 エンジンの総重量は少なく、スタタと液体は約180ポンドです。 エンジンは110 ft-lbsの最大トルク出力を生成します。 62.8馬力である3000RPMで回転する。 したがって、このエンジンはほとんどの4気筒エンジンの仕事をすることができることが分かる。
本発明に記載された手順によって製造されたエンジンは、クランク軸の回転組立体および取り付けられた往復部品の全ての質量の固有の動的バランスを有することが容易に分かる。 クランクシャフトと往復質量アセンブリとを適切に釣り合わせるという問題により、個々のシリンダボアの押し退け容積がもはや制限されないことも容易に理解できる。 このように、高価で複雑でエネルギを浪費する外部振動減衰装置に頼ることなく、所与の変位のエンジンを製造するのに必要な多数のシリンダを排除することが可能である。
もちろん、本発明は、本発明の精神および本質的な特徴から逸脱することなく、ここに述べたもの以外の特定の方法で実施することができる。 したがって、本実施形態は、すべての点で例示的であって限定的でないと考えられるべきであり、添付の特許請求の範囲の意味および均等範囲内に入るすべての変更がその中に包含されることが意図される。
