197789. lajstromszámú szabadalom • Forgattyús hajtómű
A találmány tárgya forgattyús hajtómű, amihez alternáló mozgást végző dugattyú és forgó mozgású főtengely van hozzácsatlakoztatva, a kettő pedig hajtókeret útján van egymással összekötve. Az alternáló mozgás és a forgó mozgás egymásba történő átalakítása igen sok műszaki területen, sokféle gépben fellépő műszaki feladat. Erre leggyakrabban az olyan forgatytyús tengelyt használják, amelynek forgáspontja körül forgó forgattyúscsapja van és erre csatlakozik az alternáló mozgást végző alkatrésszel összekötött hajtórúd. Közismert, hogy ez a mozgásátalakítás viszonylag alacsony hatásfokú. Ez abból adódik, hogy az általa lehetővé váló erőátvitel szinuszos lefolyású, ami azt jelenti, hogy egy főtengely körül fordulás során két esetben is nullára csökken az átvihető erő értéke. Ezek az úgynevezett holtponti helyzetek. Minthogy ez egybeesik az alternáló mozgást végző alkatrész mozgásirányának megváltozásával is, az ilyen hajtásátalakítót ezekben a holtponti helyzetekben rendkívül nagy igénybevétel terheli. Különösen hátrányos az előbb említett erőátvitel a belsőégésű motorok esetében. Ott, ugyanis a motorban lejátszódó égési folyamatok következtében a legnagyobb erő éppen a felső holtponti helyzetben keletkezik és éppen itt kellene ezt a nagyerejű alternáló mozgást minél jobb hatásfokkal forgó mozgássá alakítani. Láttuk azonban, hogy ebben a pontban nulla az erőátvitel lehetősége. A dugattyún ébredő erőnek a főtengelyre való átvitele csak a holtponti helyzetből kimozdulva, bizonyos erőkar jelentkezésekor lehetséges, amivel egyidejűleg azonban a hengerben expanziós folyamat indul meg. Ilyen módon az erőkar növekedésének arányában csökken a dugattyúra ható erő. A legnagyobb az erőkar, amikor a hajtórúd a forgattyús sugárra merőlegesen áll, ekkor azonban az expanziós térfogat — a sűrítési viszonytól és a feltöltési lehetőségtől függően — a benzinüzemű motorok esetében mintegy 3—6-szorosára, dízelüzemű motorokban legalább tízszeresére növekszik. Ezzel egyidejűleg a dugattyúra ható maximális erő benzinüzemnél egyharmadára-egyhatodára, dízelüzemnél legalább egytizedére csökken. Minthogy ebben a helyzetben a legnagyobb az erőkar, ez jelenti a maximális forgatónyomatékot is. Ez döntő mértékben rontja a hagyományos belsőégésű motorok hatásfokát. A hagyományos megoldás a termikus hatásfok szempontjából is hátrányos. A dugatytyúnak a hajtórúd forgattyúsugárra merőleges állásáig megtett útja alatt bizonyos idő telik el, amíg a hengerfalon és a hengerfejen keresztül hőleadás játszódik le. Mindez csökkenti a hasznosan kivehető teljesítményt, a legnagyobb forgatónyomatékot szolgáltató erőt, hiszen ez a hőmennyiség a legnagyobb erő átadásának lehetősége előtt vész el. A fenti hátrányok kiküszöbölésére régóta történnek kísérletek. Ennek egyik eredménye 9 1 az úgynevezett Wankel-motor, amelynek közismert konstrukciós, elsősorban tömítési problémái a gyakorlati alkalmazhatóság útjában állnak. Ezek a gondok a forgódugattyús motorokkal folytatott kísérleteket kivétel nélkül zsákutcába juttatták. Nem hoztak megoldást az úgynevezett támolygótárcsás forgattyús hajtóművek sem, amelyek esetében az alternáló mozgást végző dugattyú és a forgómozgású főtengely közé úgynevezett támolygótárcsát helyeztek. A motorban jelentkező kiegyensúlyozatlanság, rezonancia, továbbá a különleges kialakításból és a különleges csapágyazási konstrukcióból eredő hátrányok szintén megakadályozták ennek a megoldásnak a gyakorlati alkalmazhatóságát. Az említett problémák miatt erőfeszítések történtek az alternáló és forgó mozgás közötti átalakítást célzó mechanizmusok továbbfejlesztésének irányában is. Ilyet ismertet pl. a 3200326 számú német szabadalmi leírás, amely lépcsős forgattyús tengelyt alkalmaz a szokásos excenterkulisszás elv alapján. A továbbfejlesztés itt abban van, hogy a holtponti helyzetek körzetében fogazásos kapcsolat van az excentertengely és a kulissza között, ezzel lendítvén át a szerkezetet a kritikus holtponti helyzeten. A gyakorlatban azonban ez a megoldás nem vált be. Nem oldható meg ugyanis, hogy a fogazások a nélkül kapcsolódjanak egymáshoz a holtponti helyzetek körzetében, hogy a fogak egymásra ütnének, összeakadnának. A megoldás ráadásul számos gyártástechnológiai problémát is felvet. Fejlettebb javaslatot ismertet a kétféle mozgás közötti átalakításra a 4336723 amerikai szabadalmi leírás. Ebben a javaslatban ötvözték az excenterkulisszás hajtómű és a bolygómű jellemzőit. A dugattyú és a főtengely között olyan hajtókeretet alkalmaznak, amely forgás nélküli bolygómozgást végez. Ugyanakkor a hajtókeret megvezeti az excenter keretét is, az excenterkő pedig a főtengelyhez van erősítve. Emiatt csőtengelyszerű főtengelyt kell alkalmazni, amelyben két, egymáshoz képest elfordítható tengely van, mimellett a főtengely is elfordíthatóan van a hajtómű házában ágyazva. Gondoskodni kell egyúttal a hajtókeret forgás nélküli bolygómozgásáról is, amihez a hajtókeretet rögzítő tengelyeket csapágyazott módon szintén ki kell vezetni a hajtómű házából és ezeket a tengelyeket nyomatékátvivő módon össze kell egymásai kötni. Mindez rendkívül bonyolulttá teszi a javasolt megoldást, de egyúttal le is rontja a mozgásátalakítás hatásfokát. Ráadásul mindennek ellenére sem szűnik meg az erőátvitel szinuszos jellege, hiszen a dugattyúkar a hagyományos módon csatlakozik a hajtókeretet mozgató kerékhez. Mondani sem kell, hogy ez a megoldás a gyakorlatban nem megvalósítható. A találmánnyal megoldandó feladat olyan forgattyús hajtómű kialakítása, amely a koráb-2 197789 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
