RU1786312C - Four cylinder in-line internal combustion engine - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению и может быть использовано при проектировании двигателей внутреннего сгорани , Цель изобретени  - повышение качества уравновешивани . Цель достигаетс  за счет выполнени  коленчатого вала с кривошипами, расположенными под углом 120°, одинаковым направлением крайних кривошипов и удвоением массы поступательно движущихс  частей крайнего цилиндра по сравнению с аналогичными массами средних цилиндров. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.The invention relates to mechanical engineering and can be used in the design of internal combustion engines. The purpose of the invention is to improve the quality of the balancing. The goal is achieved by performing a crankshaft with cranks located at an angle of 120 °, the same direction of the extreme cranks and doubling the mass of the translationally moving parts of the extreme cylinder in comparison with similar masses of the middle cylinders. 1 s.p. f-ly, 2 ill.

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности к двигателестроению, и может быть использовано дл  уравновешивани  четырехцилиндровых р дных автомобильных двигателей внутреннего сгорани .The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, and can be used to balance the four-cylinder row of automobile internal combustion engines.

Цель изобретени  - повышение динамической уравновешенности.The purpose of the invention is to increase dynamic balance.

На фиг.1 и 2 приведена схема криво- шипно-шатунного механизма четырехци- линдрового р дного двигател  внутреннего сгорани .Figures 1 and 2 show a diagram of the crank mechanism of a four-cylinder row internal combustion engine.

Двигатель имеет цилиндры (на фиг. не показаны), коленчатый вал, содержащий кривошипы 1-4, с которыми св заны 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 движущейс  в крайнем цилиндре, кThe engine has cylinders (not shown in Fig.), A crankshaft containing cranks 1-4, to which are connected the connecting rods 5 and the pistons 6 of the outer cylinders and the connecting rods 7 and the pistons 8 of the middle cylinders. The cranks of the shaft are arranged so that in each pair of adjacent cranks the angle between the cranks is 120 °. and cranks of extreme cylinders coincide in a direction. On the continuation of the shaft cheeks, counterweights 9 and 10 of the same mass are placed, the ratio of the reduced mass Mi translating in the extreme cylinder

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 двигател , а задн   - сзади коробки передач автомобил .a similar mass of M2 in the middle cylinder is 1: 2. The elements of the connecting rod and piston groups of the same name have the same dimensions and material, the engine has three external bearings, of which two are front on the sides in the middle of the engine and the rear on the back of the car gearbox.

Двигатель работает следующим образом .The engine operates as follows.

Противовесы 9 и 10 обеспечивают динамическую уравновешенность двигател  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 пор дка дл  крайнего цилиндра находитс  из выражени Counterweights 9 and 10 provide dynamic balance of the engine in centrifugal forces from the masses of each of the cranks 1-4 and parts of the masses of the connecting rods 5 and 7, brought to the neck of the corresponding crank, while there are no unbalanced moments from the centrifugal forces, the inertia force Pki of the first order for extreme cylinder is from the expression

Pki C-cos (F),Pki C-cos (F),

где F - угол поворота первого кривошипа от начала отсчета;where F is the angle of rotation of the first crank from the origin;

С - параметр двигател , определ емым массой Mi, радиусом кривошипа и угловой скоростью вала.C is the parameter of the engine, determined by the mass Mi, the radius of the crank, and the angular velocity of the shaft.

VJVj

0000

ОABOUT

со юwith y

Аналогично сила инерции PCI первого пор дка средних цилиндровSimilarly, the inertia force PCI of the first order of the middle cylinders

Pci 2-Ccos(F+120),Pci 2-Ccos (F + 120),

Pci 2-Ccos(F+240),Pci 2-Ccos (F + 240),

поскольку и имеетс  угловой сдвиг кривошиНов.since there is an angular shift of the cranks.

Сумма сил инерции первого пор дкаThe sum of the inertia forces of the first order

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

Аналогично сумма сил инерции второго пор дка равна нулю.;Similarly, the sum of the inertia forces of the second order is zero .;

Момент сил инерции первого пор дка относительно точки пересечени  осей вала и четвёртого цилиндра равенThe moment of inertia forces of the first order relative to the point of intersection of the axes of the shaft and the fourth cylinder is

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 - рассто ние между ос ми цилиндров. .. Аналогично момент сил инерции второго пор дкаTi 3-AC-cos (F) + 2-A-2-C-cos (F + 120) + A-2 C-cos (F + 240) 1 J32-A- C-cos (F), where A is the distance between the axes of the cylinders. .. Similarly, the moment of inertia forces of the second order

,732-A-C-Y- sin (2 -F). Л : где Y - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна732-A-C-Y-sin (2 -F). L: where Y is the ratio of the radius of the crank to the length of the connecting rod

Суммарный момент, который действует в плоскости осей цилиндров, равенThe total moment that acts in the plane of the axes of the cylinders is

Claims (1)

1 11+12 1,732 А-С ((cos(F)-Y-sin (2-F)),1 11 + 12 1.732 A-C ((cos (F) -Y-sin (2-F)), Максимальное значение этого неуравновешенного момента при The maximum value of this unbalanced moment at ТМИ,732-А-С, ; Максимальна  реакци  на передней опоре получаетс  из соотношений: 2-R-B 1,732-А-С,TMI, 732-A-C,; The maximum reaction at the front support is obtained from the ratios: 2-R-B 1,732-A-C, ,866 A-C/B,. . где В - рассто ние между задней и передними опорами., 866 A-C / B ,. . where B is the distance between the rear and front supports. Принима  А, получаем RH),0866 С.Taking A, we get RH), 0866 C. У двигател -прототипа с плоской схемой коленчатого вала аналогична  реакци  равна . половине неуравновешенной суммарной силы инерции второго пор дка:In a prototype engine with a flat crankshaft layout, the reaction is similar. half of the unbalanced total inertia force of the second order: RA 2 C-Y,RA 2 C-Y, Отношение сопоставл емых реакций при ,28 представим таким образом:The ratio of the comparable reactions at, 28 is represented as follows: ,47., 47. Как видно, уменьшение максимального значени  реакции происходит более чем в 6 раз.. As you can see, the decrease in the maximum value of the reaction occurs by more than 6 times. В варианте двигатель имеет следующее соотношение параметров:.. :. Re о. Bk + k Rk Be -f k где Re, Rk - радиусы кривошипов среднего и крайнего;In an embodiment, the engine has the following ratio of parameters: ..:. Re about. Bk + k Rk Be -f k where Re, Rk are the radii of the cranks of the middle and extreme; Be, Bk. плотность материала поршн , соответственно, средйего и крайнего цилиндров;Be, Bk. the density of the piston material, respectively, of the middle and outer cylinders; k M/V - пара-метр конструкций; М. V - масса Йоршневой головки шатуна и объем материала поршн , соответственно одинаковые дл  всех цилиндров двигател .k M / V - parameter of constructions; M. V is the mass of the Yorshnaya connecting rod head and the volume of the piston material, respectively, the same for all engine cylinders. 00 55 00 55 00 55 00 55 00 55 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 дл  поршней материалов с различной плотностью при одинаковых размерах одноименных элементов шат групп, что служит упрощению технологии, и разных противовесах, в примере прин ты: дл  крайнего поршн  - силумин ( кг/м , дл  Среднего - сталь ( кг/м3), k 1000 кг/м3 получимThe masses of the balances 9 and 10 in this embodiment are not the same. The engine works similarly to that considered with the feature that the indicated effect on increasing dynamic balance is achieved when using pistons with materials of different densities and with the same dimensions of the same elements of the shat groups, which serves to simplify the technology and different balances, in the example it is accepted: for the extreme piston - silumin (kg / m, for Middle - steel (kg / m3), k 1000 kg / m3 we get .. : .85;: ; ;:;;..: .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 максимальна  реакци  на опоре от суммы моментов уменьшаетс  в 3,2 раза, это свидетельствует о Значительном уменьшении вибраций и расхода топлива по сравнению с аналогами и приближении двигател  к более дорогому шестицилиндровому варианту по уровню обеспечиваемой комфортабельности автомобил . .:, ;: Двигатель рекомендуетс  примен ть вместо аналогичных четырехцилиндровьгх р дных двигателей с плоской и крестообразной схемами коленчатого вала. Форму л а изо бретен и   1.Четырехцилиндровый р дный двигатель внутреннего сгорани , содержащий коленчатый вал, св занные с ним шатуны, поршни и цилиндры, о т ли ч а ю щ и и с   тем, что, с целью уравновешивани , коленчатый вал выполнен с кривошипами, три из которых расположены под углом 120°, а первый и четвертый совпадают по направлению И .This means that the radii of cranks 2 and 3 are less than those of cranks 1 and 4 by 15%. A balance analysis based on the results of more accurate computer calculations taking into account tilting moments has shown that the maximum reaction on the support from the sum of the moments decreases by 3 , 2 times, this indicates a Significant reduction in vibration and fuel consumption compared to peers and the approach of the engine to a more expensive six-cylinder version in terms of the level of vehicle comfort provided. .:,;: The engine is recommended to be used instead of similar four-cylinder row engines with flat and cruciform crankshaft circuits. Formula is also 1. A four-cylinder internal combustion engine comprising a crankshaft, associated connecting rods, pistons and cylinders, as well as the fact that, in order to balance, the crankshaft is made with cranks, three of which are located at an angle of 120 °, and the first and fourth coincide in the direction of And. 2, Двигатель по п.1, отличающийс  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 находитс  из услови 2, The engine according to claim 1, characterized in that the connecting rod and piston groups of all cylinders are made of the same size, the pistons of the outer and middle cylinders are made of different materials, and the ratio of the radii of the cranks of the outer and middle cylinders is found from the condition RC 9 Bk-f k . Rk : Be +k RC 9 Bk-f k. Rk: Be + k где mi - поступательно движуща с  масса среднего цилиндра, состо ща  из массы поршневого комплекта и массы шатуна, статически приведенной к поршню;where mi is the translationally moving mass of the middle cylinder, consisting of the mass of the piston set and the mass of the connecting rod statically reduced to the piston; гп2 - поступательно движуща с  масса крайнего цилиндра;gp2 - translationally moving with the mass of the extreme cylinder; Re, Rk радиусы кривошипов соответственно средних и крайних цилиндров;Re, Rk are the crank radii of the middle and outer cylinders, respectively; Be, Bk - плотности материалов поршней среднего и крайнего цилиндров;Be, Bk — density of materials of the pistons of the middle and outer cylinders; М к -тт - параметр конструкции;M to -tt - design parameter; V - обьем поршн , одинаковый дл  средних и крайних цилиндров;V is the piston volume, the same for the middle and outer cylinders; М- масса поршневых головок шатуной, одинакова  дл  средних и крайних цилинд- ров.M is the mass of the piston heads of the connecting rod, the same for the middle and outer cylinders. Фиг. 2FIG. 2 /Ч/ H Фиг-/Fig- /