МНОГОЗВЕННЫЙ ПОРШНЕВОЙ КРИВОШИПНО-ШАТУННЫЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
MULTI-LINK PISTON-CRANK MECHANISM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к многозвенному поршневому кривошипно-шатунному механизму для двигателя внутреннего сгорания.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Например, в документе JP H05-302617 раскрыт так называемый однорычажный поршневой кривошипно-шатунный механизм, в котором возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение коленчатого вала посредством шатуна. Шатун включает в себя небольшой концевой участок, соединенный с поршневым пальцем, большой концевой участок, соединенный с шатунной шейкой коленчатого вала, и стержневой участок, который объединяет небольшой концевой участок с большим концевым участком.
В методике согласно JP H05-302617 металл подшипника, вставленный между большим концевым участком и шатунной шейкой, включает в себя трубчатый радиальный участок подшипника, который скользящим образом находится в соприкосновении с шатунной шейкой. С целью улучшения поверхностного контакта между металлом подшипника и большим концевым участком задняя поверхность участка радиального подшипника, которая соединяется с большим концевым участком шатуна, состоит из прямой цилиндрической поверхности и искривленных цилиндрических поверхностей. Прямая цилиндрическая поверхность проходит концентрически со своей осью вращения, тогда как искривленные цилиндрические поверхности искривляются в форме бочки непрерывно от переднего и заднего концевых участков прямой цилиндрической поверхности.
Однако, методика согласно JP H05-302617 основана на так называемом однорычажном поршневом кривошипно-шатунном механизме, но не обсуждает возможности многозвенного поршневого кривошипно-шатунного механизма. Кроме того, большой концевой участок шатуна в однорычажном поршневом кривошипно-шатунном механизме необязательно имеет ту же структуру, что и связующий элемент, присоединенный с возможностью вращения к шатунной шейке в многозвенном поршневом кривошипно-шатунном механизме.
То есть, согласно JP H05-302617 всего лишь изучается форма, которая улучшает поверхностный контакт металла подшипника, скользящим образом примыкающего к шатунной шейке, в области однорычажного поршневого кривошипно-шатунного механизма.
В области многозвенного поршневого кривошипно-шатунного механизма улучшение в поверхностном контакте металла подшипника, скользящим образом примыкающего к шатунной шейке, оставляет пространство для изучения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм согласно настоящему изобретению содержит нижнее звено, присоединенное с возможностью вращения к шатунной шейке коленчатого вала, при этом нижнее звено формируется со сквозным отверстием шатунной шейки, через которое проходит шатунная шейка, и присоединяется с возможностью вращения к шатунной шейке через цилиндрический металл подшипника, удерживаемый в сквозном отверстии шатунной шейки, при этом нижнее звено формируется так, что жесткость внешних круговых участков обоих концевых участков сквозного отверстия шатунной шейки выше жесткости внешнего кругового участка центрального участка сквозного отверстия шатунной шейки, и внутренние диаметры обоих концевых участков сквозного отверстия шатунной шейки больше внутреннего диаметра центрального участка сквозного отверстия шатунной шейки.
Согласно настоящему изобретению поверхностное давление на металл подшипника может быть предохранено от частичного увеличения, даже если сквозное отверстие шатунной шейки деформируется во время ввода нагрузки. Поэтому, в большей степени может не допускаться частичный износ металла подшипника.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 - пояснительный вид многозвенного поршневого кривошипно-шатунного механизма для двигателя внутреннего сгорания, к которому было применено настоящее изобретение;
Фиг. 2 - пояснительный вид, схематично показывающий соответствующую часть нижнего звена в состоянии, когда входная нагрузка не прикладывается к нижнему звену в первом варианте осуществления согласно настоящему изобретению;
Фиг. 3 - пояснительный вид, схематично показывающий соответствующую часть нижнего звена в состоянии, когда входная нагрузка прикладывается к нижнему звену в первом варианте осуществления согласно настоящему изобретению;
Фиг. 4 - пояснительный вид, схематично, показывающий состояние, когда входная нагрузка не прикладывается к нижнему звену в сравнительном примере;
Фиг. 5 - пояснительный вид, схематично, показывающий состояние, когда входная нагрузка прикладывается к нижнему звену в сравнительном примере; и
Фиг. 6 - пояснительный вид, схематично показывающий соответствующую часть нижнего звена в состоянии, когда входная нагрузка не прикладывается к нижнему звену во втором варианте осуществления согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее в данном документе вариант осуществления согласно настоящему изобретению будет описан более подробно со ссылкой на чертежи.
Фиг. 1 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий один пример основной конфигурации двигателя внутреннего сгорания возвратно-поступательного действия с переменной степенью сжатия, к которому был применен многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм согласно настоящему изобретению.
Поршень 1 предусматривается в цилиндре 6, сформированном в блоке 5 цилиндров, так что поршень 1 имеет возможность скольжения по цилиндру 6. Один конец верхнего звена 11 поворотно соединяется с поршнем 1 через поршневой палец 2.
Другой конец верхнего звена 11 соединяется с возможностью вращения с одним концевым участком нижнего звена 13 через верхний штифт 12. Верхний штифт 12 предусматривается в качестве первого соединительного штифта. Нижнее звено 13 формируется со сквозным отверстием 21 шатунной шейки, расположенным в центральном участке нижнего звена 13. Шатунная шейка 4 коленчатого вала 3 проходит через сквозное отверстие 21 шатунной шейки. Нижнее звено 13 может быть разделено на две части в правом и левом направлениях или в верхнем и нижнем направлениях, с целью присоединения нижнего звена 13 к шатунной шейке 4. Эти разделенные две части нижнего звена 13 объединятся друг с другом посредством болта(ов) (не показаны).
Цилиндрический (трубчатый) металл 23 подшипника помещается и удерживается в сквозном отверстии 21 шатунной шейки. В этом варианте осуществления металл 23 подшипника удерживается и прикрепляется к внутренней круговой поверхности 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки. То есть, нижнее звено 13 присоединяется с возможностью вращения к шатунной шейке 4 через металл 23 подшипника. Отметим, что коленчатый вал 3 вращается относительно (вокруг) точки O.
Один конец управляющего звена 15 соединен с возможностью вращения с другим концевым участком нижнего звена 13 через штифт 14 управления. Штифт 14 управления предусматривается в качестве второго соединительного штифта. Другой конец управляющего звена 15 поворотно поддерживается посредством части основного корпуса двигателя внутреннего сгорания. Центр вращения другого конца управляющего звена 15 может быть смещен в местоположение относительно основной части двигателя внутреннего сгорания для того, чтобы изменять степень сжатия. В частности, вал 18 управления предусматривается, чтобы проходить параллельно коленчатому валу 3. Эксцентриковый вал 19 предусматривается в вале 18 управления, так что эксцентриковый вал 19 имеет центр, отклоняющийся от центра (оси) вала 18 управления. Другой конец управляющего звена 15 устанавливается с возможностью вращения поверх этого эксцентрикового вала 19. Вал 18 управления поддерживается с возможностью вращения блоком 5 цилиндров и связывается с надлежащим приводным механизмом (не показан).
Поэтому, когда приводной механизм вращает с возможностью передачи приводного усилия вал 18 управления с целью изменения степени сжатия, местоположение центра эксцентрикового вала 19, который функционирует в качестве оси вращения управляющего звена 15, перемещается относительно основного корпуса двигателя. Следовательно, условие ограничения перемещения нижнего звена 13, которое предоставляется посредством управляющего звена 15, изменяется так, что положение хода поршня 1 относительно угла поворота коленчатого вала изменяется. Таким образом, степень сжатия двигателя изменяется.
Один концевой участок нижнего звена 13 формируется в раздвоенной форме. Другой конец верхнего звена 11 помещается между или вставляется в раздвоенные два участка (т.е., один концевой участок) нижнего звена 13. В этом варианте осуществления, как показано пунктирной линией на фиг. 1, раздвоенная форма, сформированная в одном концевом участке нижнего звена 13, находится в верхнем участке нижнего звена 13 относительно сквозного отверстия 21 шатунной шейки (на фиг. 1) и проходит к местоположению, близкому к другому концевому участку нижнего звена 13. Кроме того, другой концевой участок нижнего звена 13 формируется в раздвоенной форме. Один конец управляющего звена 15 помещается между или вставляется в раздвоенные два участка (т.е. другой концевой участок) нижнего звена 13. В этом варианте осуществления, как показано пунктирной линией на фиг. 1, раздвоенная форма, сформированная в другом концевом участке нижнего звена 13, находится в нижнем участке нижнего звена 13 относительно сквозного отверстия 21 шатунной шейки (на фиг. 1) и проходит к местоположению, близкому к первому концевому участку нижнего звена 13.
Как показано на фиг. 2, нижнее звено 13 в этом варианте осуществления имеет жесткость внешнего кругового участка сквозного отверстия 21 шатунной шейки, которая изменяется вдоль осевого направления коленчатого вала. То есть, нижнее звено 13 формируется так, что жесткость внешних круговых участков (в осевом направлении) обоих концевых участков сквозного отверстия 21 шатунной шейки выше жесткости внешнего кругового участка центрального участка сквозного отверстия 21 шатунной шейки. Этот центральный участок сквозного отверстия 21 шатунной шейки соответствует нижнему участку раздвоенной формы (т.е., соответствует участку основания между раздвоенными двумя участками). Фиг. 2 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий часть поперечного сечения на фиг. 1, взятого по линии A-A. Фиг. 2 представляет состояние, когда входная нагрузка не прикладывается к нижнему звену 13.
Сквозное отверстие 21 шатунной шейки нижнего звена 13 формируется так, что прижимающее усилие от нижнего звена 13 к металлу 23 подшипника становится равномерным в (согласующимся между концами) диапазоне контакта нижнего звена 13 относительно осевого направления коленчатого вала, когда входная нагрузка, вызванная нагрузкой сгорания и т.п., прикладывается к нижнему звену 13. Во время ввода нагрузки сквозное отверстие 21 шатунной шейки деформируется (изменяется по форме) посредством упругой деформации нижнего звена 13. В этом варианте осуществления, как показано на фиг. 3, сквозное отверстие 21 шатунной шейки формируется так, что внутренняя круговая поверхность 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки становится прямолинейной формой в осевом направлении коленчатого вала, когда входная нагрузка F, вызванная максимальной нагрузкой сгорания, прикладывается к нижнему звену 13. Фиг. 3 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий часть поперечного сечения на фиг. 1, взятого по линии A-A. Фиг. 3 представляет состояние, когда входная нагрузка F прикладывается к нижнему звену 13.
b
Оба концевых участка сквозного отверстия 21 шатунной шейки формируются так, что каждая из внутренних круговых поверхностей 22a обоих концевых участков сквозного отверстия 21 шатунной шейки искривляется (изгибается) с предварительно определенной кривизной вдоль (относительно) осевого направления коленчатого вала, когда входная нагрузка не прикладывается к нижнему звену 13. То есть, оба концевых участка сквозного отверстия 21 шатунной шейки формируются в так называемой колоколообразной форме. Внутренняя круговая поверхность 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки в диапазонах отрезка a и отрезка c на фиг. 2 формируется в изогнутой форме, чтобы выступать (выпучиваться) в радиально внутреннем направлении сквозного отверстия 21 шатунной шейки. Кроме того, в состоянии, когда нагрузка не вводится на нижнее звено 13, внутренняя круговая поверхность 22b центрального участка сквозного отверстия 21 шатунной шейки располагается направленной радиально внутрь (т.е. располагается направленной внутрь за пределы) внутренних круговых поверхностей 22a обоих концевых участков сквозного отверстия 21 шатунной шейки и проходит прямо в осевом направлении коленчатого вала. То есть, центральный участок сквозного отверстия 21 шатунной шейки формируется, чтобы иметь постоянный внутренний диаметр, и, следовательно, внутренняя круговая поверхность 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки имеет прямолинейную форму в диапазоне отрезка , как показано на фиг. 2.
Другими словами, сквозное отверстие 21 шатунной шейки формируется, чтобы иметь внутренний диаметр, который изменяется с осевым местоположением сквозного отверстия 21 шатунной шейки (т.е., изменяется в осевом направлении коленчатого вала). Каждый из двух концевых участков (отрезок a и отрезок c) сквозного отверстия 21 шатунной шейки, которые имеют относительно высокую жесткость, имеют внутренний диаметр, который более увеличивается, когда осевое местоположение внутреннего диаметра становится ближе к торцевому отверстию сквозного отверстия 21 шатунной шейки. С другой стороны, центральный участок (отрезок b) сквозного отверстия 21 шатунной шейки, который имеет относительно низкую жесткость, имеет постоянный внутренний диаметр.
Фиг. 4 и 5 показывают сравнительный пример. В сравнительном примере, показанном на фиг. 4 и 5, сквозное отверстие 21 шатунной шейки формируется, чтобы иметь постоянный (равный) внутренний диаметр по всей длине сквозного отверстия 21 шатунной шейки относительно осевого направления коленчатого вала. Также в этом примере нижнее звено 13 формируется так, что жесткость внешних круговых участков обоих концевых участков сквозного отверстия 21 шатунной шейки выше жесткости внешнего кругового участка центрального участка сквозного отверстия 21 шатунной шейки, который соответствует нижнему участку раздвоенной формы. В этом случае, когда входная нагрузка F, вызванная нагрузкой сгорания, прикладывается к нижнему звену 13, внутренняя круговая поверхность 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки и металл 23 подшипника деформируются, чтобы выступать (выпучиваться) в радиально внешнем направлении сквозного отверстия 21 шатунной шейки. То есть, во время ввода нагрузки оба концевых участка сквозного отверстия 21 шатунной шейки выступают соответственно в радиально внутреннем направлении сквозного отверстия 21 шатунной шейки. В результате, прижимающее усилие от нижнего звена 13 неравномерно прикладывается к металлу 23 подшипника относительно осевого направления коленчатого вала. Следовательно, в осевом направлении оба концевых участка металла 23 подшипника, которые принимают относительно большое прижимающее усилие от нижнего звена 13, изнашиваются. Фиг. 4 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий нижнее звено 13 в сравнительном примере в состоянии без входной нагрузки. Фиг. 4 соответствует пояснительному виду, схематично показывающему часть поперечного сечения на фиг. 1, взятого по линии A-A. Фиг. 5 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий нижнее звено 13 в сравнительном примере в состоянии приложения входной нагрузки F. Фиг. 5 соответствует пояснительному виду, схематично показывающему часть поперечного сечения на фиг. 1, взятого по линии A-A.
Наоборот, нижнее звено 13 в этом варианте осуществления формируется так, что внутренние круговые поверхности 22a обоих концевых участков сквозного отверстия 21 шатунной шейки, которые деформируются, чтобы соответственно выступать (выпучиваться) в радиально внутреннем направлении во время ввода нагрузки, располагаются обращенными радиально наружу из внутренней круговой поверхности 22b центрального участка сквозного отверстия 21 шатунной шейки в состоянии без входной нагрузки, и так, что внутренняя круговая поверхность 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки выполнена, чтобы проходить прямо параллельно с осевым направлением коленчатого вала во время ввода нагрузки. Следовательно, даже если сквозное отверстие 21 шатунной шейки деформируется во время ввода нагрузки, поверхностное давление на металл 23 подшипника может быть предотвращено от частичного увеличения. Соответственно, металл 23 подшипника может сдерживаться от частичного износа до значительной степени.
В частности, когда входная нагрузка F, вызванная максимальной нагрузкой сгорания, прикладывается к нижнему звену 13, внутренняя круговая поверхность 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки становится прямой в осевом направлении коленчатого вала. Следовательно, может не допускаться частичное повышение поверхностного давления на металл 23 подшипника более надежным способом.
Поскольку частичное истирание (износ) металла 23 подшипника может быть пресечено, в качестве материала металла 23 подшипника может быть использован более дешевый материал.
Также возможно, что внешняя круговая поверхность металла 23 подшипника или внешняя круговая поверхность шатунной шейки 4 обрабатывается и формируется так, что прижимающее усилие от нижнего звена 13 равномерно прикладывается ко всему диапазону металла 23 подшипника относительно осевого направления коленчатого вала во время ввода нагрузки. Однако, процесс обработки для сквозного отверстия 21 шатунной шейки является легким и несет низкие затраты на обработку по сравнению с процессом обработки для металла 23 подшипника или шатунной шейки 4.
В случае, когда сквозное отверстие 21 шатунной шейки формируется посредством механической обработки с помощью дрели или т.п., каждый из обоих концевых участков сквозного отверстия 21 шатунной шейки обычно имеет практически форму воронки. Следовательно, если сквозное отверстие 21 шатунной шейки формируется, чтобы гарантировать прямолинейность, как в сравнительном примере, показанном на фиг. 4, необходима финишная обработка для устранения воронкообразной формы. Однако, в этом варианте осуществления, эта воронкообразная форма может быть использована в качестве окончательной формы внутренней круговой поверхности сквозного отверстия 21 шатунной шейки. Поэтому, в этом варианте осуществления, время механической обработки для сквозного отверстия 21 шатунной шейки может быть сокращено, так что сквозное отверстие 21 шатунной шейки может быть сформировано с более низкими затратами.
Когда входная нагрузка, вызванная более низким уровнем нагрузки сгорания, чем максимальная нагрузка сгорания, прикладывается к нижнему звену 13, величина деформации нижнего звена 13 является относительно небольшой. В это время, сторона торцевой части каждого из обоих концевых участков внутренней круговой поверхности 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки упруго не деформируется и не делается проходящей прямо в осевом направлении коленчатого вала, так что зазор существует между внешней круговой поверхностью металла 23 подшипника и стороной торцевой части каждого из обоих концевых участков внутренней круговой поверхности 22. Однако, даже в это время, центральный участок внутренней круговой поверхности 22 и часть обоих концевых участков сквозного отверстия 21 шатунной шейки, которые находятся в контакте с внешней круговой поверхностью металла 23 подшипника, становятся (проходят) прямыми в осевом направлении коленчатого вала. Следовательно, прижимающее усилие от нижнего звена 13 к металлу 23 подшипника становится равномерным в диапазоне контакта нижнего звена 13 относительно осевого направления коленчатого вала. Кроме того, согласно настоящему изобретению, полный диапазон внутренней круговой поверхности 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки необязательно должен становиться прямым в осевом направлении коленчатого вала, когда входная нагрузка, вызванная максимальной нагрузкой сгорания, прикладывается к нижнему звену 13. Например, часть внутренних круговых поверхностей 21a обоих концевых участков сквозного отверстия 21 шатунной шейки может не подпускаться (т.е., не быть в контакте с) к внешней круговой поверхности металла 23 подшипника, когда входная нагрузка, вызванная максимальной нагрузкой сгорания, прикладывается к нижнему звену 13.
Кроме того, согласно настоящему изобретению, форма сквозного отверстия 21 шатунной шейки не ограничивается вышеупомянутой формой первого варианта осуществления. Например, как показано на фиг. 6 в качестве второго варианта осуществления, внутренняя круговая поверхность 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки может быть сформирована в искривленной форме (изогнутой форме) по всей своей длине относительно осевого направления коленчатого вала. Также посредством этой структуры, когда входная нагрузка, вызванная нагрузкой сгорания, прикладывается к нижнему звену 13, прижимающее усилие от нижнего звена 13 к металлу 23 подшипника может становиться равномерным относительно осевого направления коленчатого вала. Фиг. 6 представляет собой пояснительный вид, схематично показывающий соответствующую часть нижнего звена 13 во втором варианте осуществления в условиях без входной нагрузки. Фиг. 6 соответствует пояснительному виду, схематично показывающему часть поперечного сечения на фиг. 1, взятого по линии A-A.
В этом втором варианте осуществления внутренняя круговая поверхность 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки искривляется вдоль (относительно) продольного направления коленчатого вала с кривизной согласно жесткости внешнего кругового участка сквозного отверстия 21 шатунной шейки.
a
c
Внутренние круговые поверхности 22a обоих концевых участков (отрезок  и отрезок  на фиг. 6) сквозного отверстия 21 шатунной шейки искривляются, чтобы выступать (выпучиваться) в радиально внутреннем направлении сквозного отверстия 21 шатунной шейки с относительно большой кривизной в состоянии, когда входная нагрузка не прикладывается к нижнему звену 13, поскольку внешние круговые участки обоих концевых участков (отрезок a и отрезок c на фиг. 6) сквозного отверстия 21 шатунной шейки имеют относительно высокую жесткость. Кроме того, внутренняя круговая поверхность 22b центрального участка (отрезок b на фиг. 6) сквозного отверстия 21 шатунной шейки искривляется, чтобы выступать (выпучиваться) в радиально внутреннем направлении сквозного отверстия 21 шатунной шейки с относительно небольшой кривизной в состоянии, когда входная нагрузка не прикладывается к нижнему звену 13, поскольку внешний круговой участок центрального участка (отрезок b на фиг. 6) сквозного отверстия 21 шатунной шейки имеет относительно низкую жесткость. В состоянии, когда входная нагрузка не прикладывается к нижнему звену 13, внутренние круговые поверхности 22a обоих концевых участков сквозного отверстия 21 шатунной шейки располагаются радиально наружу (т.е., расположенные наружу за пределы) от внутренней круговой поверхности 22b центрального участка сквозного отверстия 21 шатунной шейки.
Также во втором варианте осуществления внутренняя круговая поверхность 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки может становиться (проходить) прямо в осевом направлении коленчатого вала, как показано на выше объясненной фиг. 3, когда входная нагрузка F, вызванная максимальной нагрузкой сгорания, прикладывается к нижнему звену 13. Поэтому, действия и результаты, аналогичные первому варианту осуществления, могут быть получены.
Согласно настоящему изобретению, вышеупомянутое искривление внутренней круговой поверхности 22 сквозного отверстия 21 шатунной шейки, которое получается в осевом направлении коленчатого вала, не должно иметь предварительно определенную кривизну. То есть, искривление внутренней круговой поверхности 22 может быть сформировано в различных формах искривления, которые представляются, например, посредством квадратической функции, кубической функции и т.п.