МНОГОЗВЕННЫЙ ПОРШНЕВОЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
MULTIELEMENT RECIPROCATING CRANK-AND-ROD MECHANISM FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINE

Область техники
Настоящее изобретение относится к многозвенному поршневому кривошипно-шатунному механизму для двигателя внутреннего сгорания.
Уровень техники
Многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм для двигателя внутреннего сгорания хорошо известен. Этот многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм включает в себя: верхнее звено, которое соединяется с поршнем через палец поршня; нижнее звено, которое соединяется с возможностью вращения с или устанавливается на шатунную шейку коленчатого вала и которое соединяется поворотным образом с верхним звеном через первый соединительный штифт; управляющее звено, которое включает в себя первый конец, соединенный поворотным образом с нижним звеном через второй соединительный штифт; и вал управления, который соединяется с возможностью вращения с или поддерживается посредством блока цилиндров и который снабжается эксцентриковым валом, поддерживающим второй конец управляющего звена поворотным образом. Многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм компонуется так, что первый соединительный штифт располагается на одной стороне центральной осевой линии цилиндра, а второй соединительный штифт располагается на другой стороне центральной осевой линии цилиндра.
В этом многозвенном поршневом кривошипно-шатунном механизме усилие прикладывается к поршню в направлении прижатия поршня к внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне, на которой лежит управляющее звено, если смотреть с осевого направления коленчатого вала, вследствие конструкции этого механизма.
Для многозвенного поршневого кривошипно-шатунного механизма вышеупомянутого типа публикация JP 2010-185396 A раскрывает компоновку, включающую в себя отверстие для подачи масла, имеющее открытый вперед торцевой проем в поверхности опорного подшипника вокруг шатунной шейки коленчатого вала, и канавку для направления масла, которая формируется в поверхности кольцеообразного фланца нижнего звена, скользящего по поверхности опорного подшипника, и которая проходит в радиальном направлении шатунной шейки и совпадает с передним открытым торцом отверстия для подачи масла в заданном поворотном положении нижнего звена. С этой компоновкой смазочное масло (струя масла) подается на внутреннюю поверхность стенки цилиндра из нижнего звена по канавке для направления масла.
Однако в компоновке, в качестве примера в котором центр шатунной шейки всегда значительно отступает в другую сторону относительно центральной осевой линии цилиндра в виде в осевом направлении коленчатого вала, шатунная шейка располагается в направлении другой стороны за внутренней поверхностью стенки цилиндра на стороне управляющего звена. Следовательно, в вышеупомянутом многозвенном поршневом кривошипно-шатунном механизме невозможно в некоторых случаях задавать направление канавки для направления масла, протягивающейся в радиальном направлении шатунной шейки по направлению к внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне управляющего звена независимо от поворотного положения нижнего звена.
Сущность изобретения
Согласно настоящему изобретению многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм для двигателя внутреннего сгорания содержит верхнее звено, соединенное с поршнем, нижнее звено, соединенное с возможностью вращения с или установленное с возможностью вращения на шатунной шейке коленчатого вала и соединенное поворотным образом с верхним звеном через первый соединительный штифт, управляющее звено, включающее в себя один конец, или первый конец, соединенный поворотным образом с нижним звеном через второй соединительный штифт, и вал управления, который соединяется с возможностью вращения с, или поддерживается с возможностью вращения посредством, блока цилиндров и который снабжается эксцентриковым валом, поддерживающим другой конец, или второй конец, управляющего звена поворотным образом, первый соединительный штифт располагается с одной стороны, или первой стороны, от центральной осевой линии цилиндра, при этом нижнее звено формируется с масляным каналом нижнего звена, который сообщается с масляным каналом шатунной шейки, проходящим в радиальном направлении шатунной шейки, в заданном поворотном положении нижнего звена, и выпускает смазочное масло по направлению к верхнему звену, и верхнее звено выполнено с возможностью отражать или откидывать назад смазочное масло, выпущенное из масляного канала нижнего звена, и, таким образом, подавать или направлять смазывающее масло к внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне, на которой управляющее звено располагается, если смотреть в осевом направлении коленчатого вала.
Согласно настоящему изобретению многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм может направлять смазочное масло к внутренней поверхности стенки цилиндра, принимающей осевое давление или нагрузку поршня, т.е. внутренней стенке цилиндра на стороне, на которой управляющее звено располагается в виде в осевом направлении коленчатого вала, и, таким образом, сдерживая задирание поршня в многозвенном поршневом кривошипно-шатунном механизме.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид, схематично показывающий двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия возвратно-поступательного типа, к которому применяется многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2 - вид, схематично показывающий двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия возвратно-поступательного типа, к которому применяется многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм согласно настоящему изобретению;
Фиг. 3 - схематичный вид для иллюстрации направления осевого усилия в многозвенном поршневом кривошипно-шатунном механизме; и
Фиг. 4 - характеристический вид, показывающий вариацию осевого усилия, действующего на поршень в многозвенном поршневом кривошипно-шатунном механизме.
Способы осуществления изобретения
Один вариант осуществления настоящего изобретения объясняется далее в данном документе со ссылкой на чертежи. Фиг. 1 и 2 представляют собой виды, схематично показывающие основную конструкцию двигателя 10 внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия возвратно-поступательного типа, к которому многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм согласно настоящему изобретению применяется, в качестве одного примера. Фиг. 1 показывает состояние более низкой степени сжатия, а фиг. 2 показывает состояние более высокой степени сжатия.
Поршень 1 располагается скользящим образом в цилиндре 6, сформированном в блоке 5 цилиндров. Один конец верхнего звена 11 поворотным образом соединяется с этим поршнем 1 через палец 2 поршня.
Другой конец верхнего звена 11 соединяется с возможностью вращения с одним концом нижнего звена 13 через верхний штифт 12 в качестве первого соединительного штифта. Нижнее звено 13 включает в себя центральный участок, сформированный со сквозным отверстием 21 шатунной шейки, через которое проходит шатунная шейка 4 коленчатого вала 3. Для сборки с шатунной шейкой 4 нижнее звено 13 выполняется из двух секций, верхней и нижней секций или левой и правой секций, которые соединяются вместе посредством непоказанного болта(ов). Коленчатый вал 3 вращается вокруг точки O в качестве центра.
Другой конец нижнего звена 13 соединяется с возможностью вращения с одним концом управляющего звена 15 через управляющий штифт 14 в качестве второго соединительного штифта. Другой конец управляющего звена 15 поддерживается поворотным образом посредством части основного корпуса двигателя внутреннего сгорания и размещается так, что позиция центра вращения для поворотного движения является подвижной относительно основного блока двигателя внутреннего сгорания для того, чтобы изменять степень сжатия. В частности, предоставляется вал 18 управления, протягивающийся параллельно коленчатому валу 3, и другой конец управляющего звена 12 насаживается с возможностью вращения на эксцентриковый вал 19, предусмотренный эксцентрично в вале 18 управления. Вал 18 управления поддерживается с возможностью вращения относительно блока 5 цилиндров и связывается с непоказанным соответствующим механизмом актуатора.
Следовательно, позиция центра эксцентрикового вала 19, служащего в качестве центра вращения управляющего звена 15, перемещается относительно основного корпуса двигателя, когда вал 18 управления вращается посредством вышеупомянутого механизма актуатора, чтобы изменять степень сжатия. С этим перемещением механизм изменяет условие ограничения движения управляющего звена 15, ограничивая движение нижнего звена 13, следовательно, изменяет позицию хода поршня 1 относительно угла поворота коленчатого вала и, в конечном счете, изменяет степень сжатия двигателя.
Фиг. 1 и 2 дополнительно показывают главную магистраль 7, передающую смазочное масло высокого давления.
В двигателе 10 внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия механизм конструируется так, что верхний штифт 12, соединяющий верхнее звено 11 и нижнее звено 13, находится на одной стороне, или первой стороне, центральной осевой линии L цилиндра, тогда как управляющий штифт 14, соединяющий нижнее звено 13 и управляющее звено 15, находится на другой стороне, или второй стороне, центральной осевой линии L цилиндра. Следовательно, как показано на фиг. 3, усилие прикладывается к поршню 1 в направлении толкания поршня 1 к внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне, на которой лежит управляющее звено 15, если смотреть в осевом направлении коленчатого вала. Другими словами, как показано на фиг. 4, осевое усилие, действующее на поршень 1, направляется только в направлении в сторону, на которой находится управляющее звено 15 (в правую сторону, как видно на фиг. 1 и фиг. 2). Осевое усилие, действующее на поршень 1, становится наибольшим в позиции верхней мертвой точки поршня.
Следовательно, двигатель 10 внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия выполняется с возможностью подавать смазывающее масло, выталкиваемое из масляного канала 25 нижнего звена, сформированного в нижнем звене 13, к внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне, на которой управляющее звено 15 находится в виде в осевом направлении коленчатого вала.
Масляный канал 25 нижнего звена формируется так, что масляный канал 25 нижнего звена сообщается с масляным каналом 26 шатунной шейки, сформированным в шатунной шейке 4, когда нижнее звено 13 находится в заданном поворотном положении, и выпускает смазывающее масло, протекающее внутри, из масляного канала 26 шатунной шейки по направлению к верхнему звену 11. Смазывающее масло, выпущенное в направлении к верхнему звену 11, отражается или возвращается и направляется к внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне, на которой находится управляющее звено 15, если смотреть в осевом направлении коленчатого вала. Масляный канал 26 шатунной шейки проходит в радиальном направлении шатунной шейки 4 и соединяется с главной магистралью 7 через непоказанный масляный канал, сформированный в коленчатом вале 3.
Масляный канал 25 нижнего звена в этом варианте осуществления сообщается с масляным каналом 26 шатунной шейки и выпускает смазывающее масло по направлению к верхнему звену 11, когда поршень находится в верхней мертвой точке.
В частности, когда степень сжатия двигателя 10 внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия устанавливается в низкую степень сжатия, как показано толстой прерывистой линией C1 на фиг. 1, смазывающее масло, выпрыскивающееся струей из масляного канала 25 нижнего звена, отражается или возвращается посредством верхнего звена 11 и направляется в область во внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне, на которой находится управляющее звено 15 в виде, который виден в осевом направлении коленчатого вала, рядом с юбкой 1a поршня 1. Следовательно, во время запуска двигателя 10 внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия смазывающее масло подается к внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне, на которой находится управляющее звено 15, если смотреть в осевом направлении коленчатого вала. Кроме того, когда степень сжатия двигателя 10 внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия устанавливается в высокую степень сжатия, как показано толстой прерывистой линией C2 на фиг. 2, смазывающее масло, выпрыскивающееся струей из масляного канала 25 нижнего звена, отражается и приходит в норму посредством верхнего звена 11 и направляется к задней стороне головки поршня.
Следовательно, во время запуска из долговременного нерабочего состояния или холодного запуска при низкой температуре механизм может подавать смазывающее масло к внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне, к которой поршень 1 прижимается, и таким образом, предотвращать задирание поршня 1.
Когда степень сжатия двигателя 10 внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия устанавливается в более высокую степень, температура поршня увеличивается посредством увеличения степени сжатия по сравнению с увеличением температуры при установке более низкой степени сжатия. Следовательно, механизм может сдерживать увеличение температуры поршня, подавая смазочное масло, отраженное или возвращенное посредством верхнего поршня 11, к задней стороне головки поршня.
Поскольку смазочное масло выпускается из масляного канала 25 нижнего звена в момент верхней мертвой точки поршня, смазочное масло подается к внутренней поверхности стенки цилиндра, по которой поршень 1 должен скользить непосредственно после выпуска смазочного масла, когда степень сжатия является более низкой. Следовательно, подача смазывающего масла более эффективна для сдерживания задирания поршня 1. Когда степень сжатия является более высокой, смазывающее масло подается к задней стороне головки поршня в момент, когда температура поршня 1 становится выше, так что подача смазывающего масла является более эффективной для сдерживания увеличения температуры поршня.
Механизм конфигурируется с возможностью подавать смазывающее масло в желаемую позицию через верхнее звено 11, перенаправляющее смазывающее масло, выпущенное из масляного канала 25 нижнего звена. Следовательно, свобода в установке позиции масляного канала 25 нижнего звена является относительно высокой, и можно формировать масляный канал 25 нижнего звена в участке нижнего звена 13, где механической напряжение не концентрируется.
Для подачи смазывающего масла к внутренней поверхности стенки цилиндра на стороне, на которой находится управляющее звено 15, если смотреть в осевом направлении коленчатого вала, можно задумывать компоновку, в которой верхнее звено 11 формируется с масляным каналом, проходящим непрерывно от нижнего звена 13, и выполняется с возможностью выпускать смазывающее масло из верхнего канала 11. По сравнению с этой сравнительной компоновкой вариант осуществления не требует операции формирования масляного канала в верхнем звене 11 и, следовательно, предотвращает задирание поршня 11 менее дорогостоящим образом. Кроме того, компоновка варианта осуществления для предотвращения задирания поршня 1 является менее дорогостоящей по сравнению с другой возможной компоновкой, в которой блок 5 цилиндров формируется с вспомогательной магистралью, непрерывной с главной магистралью 7 на стороне, на которой находится верхнее звено 11, если смотреть в осевом направлении коленчатого вала, и смазочное масло выпускается со стороны, на которой находится верхнее звено 11, к внутренней поверхности стенки цилиндра, на которой находится управляющее звено 15, если смотреть в осевом направлении коленчатого вала.
Угол отражения смазочного масла, выпущенного из масляного канала 25 нижнего звена, верхним звеном 11 является регулируемым посредством угла(ов) верхнего звена 11 и/или нижнего звена 13. Кроме того, этот угол отражения является регулируемым посредством формирования углубления или выступа в участке верхнего звена 11 для отражения смазывающего масла.
Кроме того, можно задавать момент выпуска смазывающего масла из масляного канала 25 нижнего звена в момент времени, отличный от верхней мертвой точки стенки цилиндра на стороне, на которой находится управляющее звено 15, если смотреть в осевом направлении коленчатого вала, можно задумывать компоновку, в которой верхнее звено 11 формируется с масляным каналом, проходящим непрерывно от нижнего звена 13, и выполняется с возможностью выпускать смазывающее масло из верхнего канала 11. По сравнению с этой сравнительной компоновкой вариант осуществления не требует операции формирования масляного канала в верхнем звене 11 и, следовательно, предотвращает задирание поршня 11 менее дорогостоящим образом. Кроме того, компоновка варианта осуществления для предотвращения задирания поршня 1 является менее дорогостоящей по сравнению с другой возможной компоновкой, в которой блок 5 цилиндров формируется с вспомогательной магистралью, непрерывной с главной магистралью 7 на стороне, на которой находится верхнее звено 11, если смотреть в осевом направлении коленчатого вала, и смазочное масло выпускается со стороны, на которой находится верхнее звено 11, к внутренней поверхности стенки цилиндра, на которой находится управляющее звено 15, если смотреть в осевом направлении коленчатого вала.
Угол отражения смазочного масла, выпущенного из масляного канала 25 нижнего звена, верхним звеном 11 является регулируемым посредством угла(ов) верхнего звена 11 и/или нижнего звена 13. Кроме того, этот угол отражения является регулируемым посредством формирования углубления или выступа в участке верхнего звена 11 для отражения смазывающего масла.
Кроме того, можно задавать момент выпуска смазывающего масла из масляного канала 25 нижнего звена в момент времени, отличный от верхней мертвой точки.
В многозвенном поршневом кривошипно-шатунном механизме согласно иллюстрированному варианту осуществления, как показано на фиг. 1 и 2, первый соединительный штифт располагается на первой стороне (левой стороне) центральной осевой линии (L) цилиндра; второй соединительный штифт 14 располагается на второй стороне (правой стороне) центральной осевой линии (L) цилиндра напротив первой стороны; масляный канал 25 нижнего звена для нижнего звена 13 открывается, чтобы выпускать смазочное масло в первую сторону или в заданном первом (или выпускающем) направлении к верхнему звену 11 во время заданного поворотного положения нижнего звена; и верхнее звено 11 включает в себя участок (такой как промежуточный участок), чтобы перенаправлять смазывающее масло, выпрыскиваемое струей из масляного канала 25 нижнего звена по направлению к верхнему звену 11 и ударяющееся об или налетающее на верхнее звено 11, с первого (выпускающего) направления во втором направлении к целевой области внутренней поверхности стенки цилиндра на второй (правой) стороне, чтобы подавать смазывающее масло в целевую область внутренней поверхности стенки цилиндра. Первое (выпускающее) направление масляного канала 25 нижнего звена не является направлением к целевой области внутренней поверхности стенки цилиндра на второй (правой) стороне), но является направлением к верхнему звену на первой (левой) стороне, в сторону от целевой области внутренней поверхности стенки цилиндра на второй (правой) стороне.
На фиг. 1 первое (выпускающее) направление является наклоненным вверх направлением к поршню 1, наклоненному в первую (левую) сторону. Второе направление является наклоненным вверх направлением, наклоненным во вторую (правую сторону). Следовательно, смазывающее масло приводится в движение по искривленному курсу, показанному прерывистой линией C1 на фиг. 1, к целевой области внутренней поверхности стенки цилиндра. Как показано на фиг. 1 и 2, верхнее звено 11 изгибает курс (C1) более значительно до большей кривизны в случае на фиг. 1, чем искривленный курс, показанный прерывистой линией C2 на фиг. 2.
Согласно одному из аспектов настоящего изобретения многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм для двигателя внутреннего сгорания содержит: средство (11) верхнего звена для передачи движения от поршня, который скользящим образом принимается в цилиндр, соединяясь с поршнем через палец поршня; средство (13) нижнего звена, установленное с возможностью вращения на шатунную шейку коленчатого вала, для принятия движения от средства верхнего звена посредством соединения поворотным образом со средством верхнего звена через первое соединительное средство (12), расположенное на первой стороне (левой стороне на фиг. 1) от заданной воображаемой центральной плоскости (L), протягивающейся параллельно оси коленчатого вала и проходящей через или разрезающей пополам поршень (или разрезающей пополам палец поршня); средство (15) управляющего звена, включающее в себя первый конец (верхний конец), соединенный поворотным образом со средством нижнего звена через второе соединительное средство (14), расположенное на второй стороне (правой стороне на фиг. 1) от центральной плоскости (L) напротив первой стороны, для сдерживания движения средства нижнего звена; приводное средство (18, 19 и т.д.) для поддержки второго конца (нижнего конца) средства управляющего звена поворотным образом (чтобы изменять ограничивающее условие нижнего соединительного средства или изменять степень сжатия двигателя); и смазывающее средство (25, 26 и т.д.) для подачи смазывающего масла в заданную область или целевую область внутренней поверхности стенки цилиндра для цилиндра на второй стороне центральной плоскости. Смазывающее средство содержит выпускающее средство (25) для выпуска смазывающего масла из средства нижнего звена в первую сторону (левую сторону) и перенаправляющее средство (11), включенное в средство верхнего звена, для приема смазывающего масла, выпущенного в первую сторону выпускающим средством, и перенаправляющее курс смазывающего масла во вторую сторону, чтобы подавать смазывающее масло в целевую область внутренней поверхности стенки цилиндра на второй стороне.
В одном из практических примеров согласно настоящему изобретению средство верхнего звена включает в себя верхнее звено 11, по меньшей мере, средство нижнего звена включает в себя нижнее звено 13, по меньшей мере, средство управляющего звена включает в себя управляющее звено 15, по меньшей мере, приводящее средство включает в себя, по меньшей мере, одно из вала 18 управления, эксцентрикового вала 19 и приводящего механизма для вращения вала 18 управления, смазывающее средство включает в себя, по меньшей мере, одно из масляного канала 25 нижнего звена, масляного канала 26 шатунной шейки, непоказанного (протягивающегося в осевом направлении) масляного канала, сформированного в коленчатом вале, и главной галереи 7, выпускающее средство включает в себя масляный канал 25 нижнего звена, по меньшей мере, а перенаправляющее средство включает в себя участок верхнего звена 11, который может быть промежуточным между обоими концами верхнего звена и который может иметь форму и быть ориентирован, чтобы перенаправлять смазывающее масло к целевой области внутренней поверхности стенки цилиндра плавно в заданном поворотном положении средства нижнего звена.