БАЛАНСИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
BALANCING DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Уровень техники
Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к балансировочному устройству для двигателя внутреннего сгорания, и, в частности, относятся к балансировочному устройству, подходящему для монтажа на одноцилиндровом или двухцилиндровом четырехтактном двигателе внутреннего сгорания.
Уровень техники
Балансировочное устройство, в общем, монтируется на двигателе внутреннего сгорания с возвратно-поступательным ходом. В ходе работы двигателя внутреннего сгорания, возникает сила инерции, вызываемая посредством движения поршня. Балансировочное устройство выполнено с возможностью формирования вызывающей вибрацию силы для уравновешивания вибрации, вызываемой посредством силы инерции. Если балансировочное устройство надлежащим образом уравновешивает вибрацию, может быть реализован двигатель внутреннего сгорания с превосходной плавностью работы.
В публикации JP 2010-169045 A раскрыто балансировочное устройство для монтажа на четырехцилиндровом двигателе внутреннего сгорания. Балансировочное устройство имеет балансировочный вал, к которому присоединяется эксцентриковый груз. Балансировочный вал соединяется с коленчатым валом через шестерни с неравной скоростью вращения. Когда коленчатый вал вращается в ходе работы двигателя внутреннего сгорания, балансировочный вал вращается через шестерни с неравной скоростью вращения.
В это время, эксцентриковый груз, который присоединяется к балансировочному валу, периодически формирует вызывающую вибрацию силу в соответствии с угловой скоростью и угловым ускорением балансировочного вала. Угловая скорость и угловое ускорение балансировочного вала изменяются с профилями, соответствующими характеристикам шестерен с неравной скоростью вращения. Согласно JP 2010-169045 A, шестерни с неравной скоростью вращения формируются таким образом, что большая вызывающая вибрация силу формируется при угле поворота коленчатого вала, при котором вибрация, которая должна уравновешиваться, является большой. Следовательно, согласно вышеописанному традиционному балансировочному устройству, может эффективно подавляться вибрация двигателя внутреннего сгорания, и может быть реализована превосходная плавность работы.
Проблема, на решение которой направлено изобретение
Тем не менее, в балансировочном устройстве, описанном в JP 2010-169045 A, необходимо передавать вращение коленчатого вала на балансировочный вал посредством шестерен. Следовательно, в двигателе внутреннего сгорания, в котором расстояние между коленчатым валом и балансировочным валом является большим, шестерни не позволяют сдерживать увеличение размера. Как результат, размер балансировочного устройства увеличивается, и возникает ситуация, когда уменьшение размера и веса двигателя внутреннего сгорания затрудняется.
Варианты осуществления настоящего изобретения осуществлены для того, чтобы разрешать проблему, как описано выше, и имеют целью расположения балансировочного устройства, которое может эффективно уравновешивать вибрацию двигателя внутреннего сгорания без затруднения уменьшения размера и веса двигателя внутреннего сгорания.
Сущность изобретения
Для достижения вышеуказанной цели, первый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания, содержащее:
коленчатый вал, который вращается вместе с главным валом коленчатого вала в качестве вращательного вала; и
балансировочный вал, который вращается вместе с осевым валом балансировочного вала параллельно главному валу коленчатого вала в качестве вращательного вала,
при этом коленчатый вал включает в себя эксцентриковый груз коленчатого вала, который задает центр тяжести коленчатого вала эксцентрическим относительно центра главного вала коленчатого вала, и
балансировочный вал включает в себя эксцентриковый груз балансировочного вала, который задает центр тяжести балансировочного вала эксцентрическим относительно центра осевого вала балансировочного вала,
при этом балансировочное устройство дополнительно содержит:
шатун, который соединяет точку соединения с коленчатым валом, расположенную на коленчатом валу в позиции, отклоненной от центра главного вала коленчатого вала, и точку соединения с балансировочным валом, расположенную на балансировочном валу в позиции, отклоненной от центра осевого вала балансировочного вала;
механизм соединения с коленчатым валом, который обеспечивает относительное вращение коленчатого вала и шатуна с точкой соединения с коленчатым валом в качестве центра вращения;
механизм соединения с балансировочным валом, который обеспечивает относительное вращение балансировочного вала и шатуна с точкой соединения с балансировочным валом в качестве центра вращения; и
направляющую секцию, которая направляет движение шатуна таким образом, что балансировочный вал вращается в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала.
Второй аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно первому аспекту, поясненному выше, дополнительно содержащее:
механизм регулирования точек соединения, который предоставляет возможность по меньшей мере одной из точки соединения с коленчатым валом и точки соединения с балансировочным валом смещаться в направлении радиуса вращения по меньшей мере одной из точки соединения с коленчатым валом и точки соединения с балансировочным валом; и
скользящую часть, расположенную в одной точке шатуна,
при этом направляющая секция регулирует движение скользящей части до прямолинейного движения в направлении от стороны главного вала коленчатого вала к стороне осевого вала балансировочного вала и прямолинейного движения в противоположном направлении по отношению к направлению.
Третий аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно первому аспекту, поясненному выше, дополнительно содержащее:
механизм регулирования точек соединения, который предоставляет возможность по меньшей мере одной из точки соединения с коленчатым валом и точки соединения с балансировочным валом смещаться в направлении радиуса вращения по меньшей мере одной из точки соединения с коленчатым валом и точки соединения с балансировочным валом;
при этом направляющая секция может вращаться в плоскости, идентичной подвижной плоскости шатуна с позицией, накладывающейся на шатун в качестве центра, и удерживает шатун с возможностью скольжения в направлении центральной линии шатуна.
Четвертый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно первому аспекту, поясненному выше, дополнительно содержащее:
ограничительную часть, расположенную в средней точке между точкой соединения с коленчатым валом и точкой соединения с балансировочным валом шатуна,
при этом расстояние между точкой соединения с коленчатым валом и точкой соединения с балансировочным валом равно расстоянию между главным валом коленчатого вала и осевым валом балансировочного вала,
расстояние между центром главного вала коленчатого вала и точкой соединения с коленчатым валом равно расстоянию между центром осевого вала балансировочного вала и точкой соединения с балансировочным валом, и
направляющая секция включает в себя направляющую на стороне балансировочного вала, которая предотвращает смещение ограничительной части в направлении вращения, идентичном направлению вращения точки соединения с коленчатым валом в позиции, в которой ограничительная часть приближается в наибольшей степени к осевому валу балансировочного вала, и направляющую на стороне коленчатого вала, которая предотвращает смещение ограничительной части в направлении вращения, идентичном направлению вращения точки соединения с коленчатым валом в позиции, в которой ограничительная часть приближается в наибольшей степени к главному валу коленчатого вала.
Пятый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно второму аспекту, поясненному выше, в котором:
коленчатый вал используется способом смещенного кривошипа, в котором центр главного вала коленчатого вала задается в позиции, которая смещается на фиксированное значение от осевой линии возвратно-поступательного движения поршня, и
балансировочный вал и направляющая секция располагаются таким образом, что по меньшей мере один из центра главного вала коленчатого вала и центра осевого вала балансировочного вала размещен в позиции, которая смещается на фиксированное значение от осевой линии прямолинейного движения.
Шестой аспект и вариант осуществления настоящего изобретения представляют собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно пятому аспекту, поясненному выше, в котором центральная линия "коленчатый вал - балансировочный вал", соединяющая центр главного вала коленчатого вала и центр осевого вала балансировочного вала, смещается на фиксированное значение от осевой линии прямолинейного движения.
Седьмой аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно пятому аспекту, поясненному выше, в котором:
центр главного вала коленчатого вала расположен на осевой линии прямолинейного движения, и
центр осевого вала балансировочного вала смещается на фиксированное значение от осевой линии прямолинейного движения.
Восьмой аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно пятому аспекту, поясненному выше, в котором:
центр осевого вала балансировочного вала расположен на осевой линии прямолинейного движения, и
центр главного вала коленчатого вала смещается на фиксированное значение от осевой линии прямолинейного движения.
Девятый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно пятому аспекту, поясненному выше, в котором:
центр осевого вала балансировочного вала смещается на фиксированное значение к одной стороне от осевой линии прямолинейного движения, и
центр главного вала коленчатого вала смещается на фиксированное значение к другой стороне от осевой линии прямолинейного движения.
Десятый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно третьему аспекту, поясненному выше, в котором:
коленчатый вал используется способом смещенного кривошипа, в котором центр главного вала коленчатого вала задается в позиции, которая смещается на фиксированное значение от возвратно-поступательного движения поршня, и
центр вращения направляющей секции смещается на фиксированное значение от центральной линии "коленчатый вал - балансировочный вал", соединяющей центр главного вала коленчатого вала и центр осевого вала балансировочного вала.
Одиннадцатый аспект и вариант осуществления настоящего изобретения представляют собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из первого-десятого аспектов, поясненных выше, в котором:
точка соединения с коленчатым валом предоставляется на стороне, идентичной стороне центра тяжести эксцентрикового груза коленчатого вала относительно центра главного вала коленчатого вала, и
точка соединения с балансировочным валом предоставляется на стороне, идентичной стороне центра тяжести эксцентрикового груза балансировочного вала относительно центра осевого вала балансировочного вала.
Двенадцатый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из первого-десятого аспектов, поясненных выше, в котором:
точка соединения с коленчатым валом предоставляется на противоположной стороне относительно центра тяжести эксцентрикового груза коленчатого вала относительно центра главного вала коленчатого вала, и
точка соединения с балансировочным валом предоставляется на противоположной стороне относительно центра тяжести эксцентрикового груза балансировочного вала относительно центра осевого вала балансировочного вала.
Тринадцатый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из первого-двенадцатого аспектов, поясненных выше, дополнительно содержащее:
механизм приложения момента, который прикладывает к балансировочному валу вращающий момент в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала.
Четырнадцатый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно тринадцатому аспекту, поясненному выше, в котором:
механизм приложения момента включает в себя кулачок, который предоставляется на балансировочном валу, и пружинный элемент, который сжимается посредством прижатия посредством кулачка, и
кулачок формируется таким образом, что он прижимает пружинный элемент в процессе перемещения шатуна к стороне осевого вала балансировочного вала с вращением балансировочного вала и принимает вращающий момент в противоположном направлении от пружинного элемента в позиции, в которой осевая линия шатуна накладывается на осевой вал балансировочного вала.
Пятнадцатый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из первого-четырнадцатого аспектов, поясненных выше, в котором балансировочное устройство монтируется на одноцилиндровом или четырехтактном двухцилиндровом двигателе внутреннего сгорания.
Шестнадцатый аспект и вариант осуществления настоящего изобретения представляют собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из первого-пятнадцатого аспектов, поясненных выше, в котором:
шатун располагается таким образом, что он является наклонным относительно осевой линии возвратно-поступательного движения поршня в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке двигателя внутреннего сгорания,
эксцентриковый груз коленчатого вала имеет центр тяжести в области, которая находится на противоположной стороне относительно точки соединения с коленчатым валом, с осевой линией коленчатого вала, которая проходит через центр главного вала коленчатого вала и является параллельной с осевой линией поршня между ними, в ситуации в верхней мертвой точке, и
эксцентриковый груз балансировочного вала имеет центр тяжести в области, которая находится на противоположной стороне относительно точки соединения с балансировочным валом, с осевой линией балансировочного вала, которая проходит через центр осевого вала балансировочного вала и является параллельной с осевой линией поршня между ними, в ситуации в верхней мертвой точке.
Семнадцатый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно шестнадцатому аспекту, поясненному выше, в котором:
эксцентриковый груз коленчатого вала имеет центр тяжести и вес с абсолютной величиной, которая уравновешивает результирующую силу из вызывающей вибрацию силы, вызываемой посредством шатуна двигателя внутреннего сгорания, части вызывающей вибрацию силы, вызываемой посредством поршня двигателя внутреннего сгорания, и части вызывающей вибрацию силы, вызываемой посредством шатуна,
эксцентриковый груз балансировочного вала имеет центр тяжести и вес с абсолютной величиной, которая уравновешивает оставшуюся часть вызывающей вибрацию силы, вызываемой посредством поршня двигателя внутреннего сгорания, и оставшуюся часть вызывающей вибрацию силы, вызываемой посредством шатуна, и
упомянутые части вызывающей вибрацию силы и упомянутые оставшиеся части вызывающей вибрацию силы равны.
Восемнадцатый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно семнадцатому аспекту, поясненному выше, в котором:
балансировочный вал соединяется с шатуном на одном конце балансировочного вала, и
из веса эксцентрикового груза балансировочного вала вес для уравновешивания оставшейся части вызывающей вибрацию силы, вызываемой посредством шатуна, отражается в окрестности одного конца более значительно по сравнению с окрестностью другого конца балансировочного вала.
Девятнадцатый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из первого-восемнадцатого аспектов, поясненных выше, в котором:
шатун имеет подшипник на стороне коленчатого вала на стороне коленчатого вала,
механизм соединения с коленчатым валом имеет эксцентриковый вал на стороне коленчатого вала, который удерживается с возможностью вращения посредством подшипника на стороне коленчатого вала,
эксцентриковый вал на стороне коленчатого вала крепится к главному валу коленчатого вала таким образом, что эксцентриковая точка коленчатого вала, которая отклоняется на фиксированное значение от его центра, совпадает с центром главного вала коленчатого вала, и
центр эксцентрикового вала на стороне коленчатого вала конфигурирует точку соединения с коленчатым валом.
Двадцатый аспект варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой балансировочное устройство для двигателя внутреннего сгорания согласно любому из первого-девятнадцатого аспектов, поясненных выше, в котором:
шатун имеет подшипник на стороне балансировочного вала на стороне балансировочного вала,
механизм соединения с балансировочным валом имеет эксцентриковый вал на стороне балансировочного вала, который удерживается с возможностью вращения посредством подшипника на стороне балансировочного вала,
эксцентриковый вал на стороне балансировочного вала крепится к осевому валу балансировочного вала таким образом, что эксцентриковая точка балансировочного вала, которая отклоняется на фиксированное значение от его центра, совпадает с центром осевого вала балансировочного вала, и
центр эксцентрикового вала на стороне балансировочного вала конфигурирует точку соединения с балансировочным валом.
Преимущества вариантов осуществления изобретения
Согласно первому аспекту варианта осуществления настоящего изобретения, коленчатый вал и балансировочный вал вращаются в противоположных направлениях относительно друг друга. В то время, когда коленчатый вал и балансировочный вал и поворачиваются на один оборот, фазы центра тяжести коленчатого вала и центра тяжести балансировочного вала совпадают между собой два раза. В дальнейшем в этом документе, направление, соединяющее две точки, которые совпадают между собой, называется "направлением по оси Y", а направление, перпендикулярное направлению по оси Y, называется "направлением по оси Х". Дополнительно, вызывающая вибрацию сила, вызываемая посредством эксцентрикового груза коленчатого вала, упоминается в качестве "вызывающей вибрацию коленчатого вала силы", а вызывающая вибрацию сила, вызываемая посредством эксцентрикового груза балансировочного вала, упоминается в качестве "вызывающей вибрацию балансировочного вала силы". В процессе вращения коленчатого вала и балансировочного вала в противоположных направлениях, компонент по оси X вызывающей вибрацию коленчатого вала силы и компонент по оси X вызывающей вибрацию балансировочного вала силы действуют с возможностью уравновешивать друг друга. Между тем, компоненты по оси Y этих вызывающих вибрацию сил объединяются между собой и усиливаются. Следовательно, согласно первому аспекту, поясненному выше, вызывающая вибрацию сила может формироваться в основном в направлении по оси Y. В двигателе внутреннего сгорания, при возвратно-поступательном движении поршня, сила инерции, которая является причиной вибрации, возникает в направлении возвратно-поступательного движения. Согласно первому аспекту, поясненному выше, посредством согласования направления по оси Y с направлением возвратно-поступательного движения, сила инерции поршня может уравновешиваться посредством результирующей силы из вызывающей вибрацию коленчатого вала силы и вызывающей вибрацию балансировочного вала силы.
В первом аспекте, поясненном выше, эксцентриковый груз коленчатого вала вращается вместе с коленчатым валом. Следовательно, компонент по оси Y вызывающей вибрацию коленчатого вала силы изменяется в форме синусоидальной волны с изменением угла поворота коленчатого вала. Между тем, эксцентриковый груз балансировочного вала вращается в противоположном направлении относительно коленчатого вала через шатун. В этом случае, вращение эксцентрикового груза балансировочного вала обязательно становится вращением на неравной скорости вращения, когда вращение коленчатого вала является вращением на равной скорости вращения. Компонент по оси Y вызывающей вибрацию балансировочного вала силы демонстрирует изменение формы искаженной синусоидальной волны относительно изменения угла поворота коленчатого вала.
Сила инерции, вызываемая посредством возвратно-поступательного движения поршня, демонстрирует изменение формы синусоидальной волны относительно вращения коленчатого вала, когда отношение длины 1c шатуна к радиусу rc кривошипа, т.е. коэффициент 1c/rc шатуна является бесконечностью. При практическом коэффициенте 1c/rc шатуна, сила инерции демонстрирует изменение формы искаженной синусоидальной волны относительно изменения угла поворота коленчатого вала. Согласно первому аспекту, поясненному выше, компонент по оси Y вызывающей вибрацию балансировочного вала силы изменяется на форму искаженной синусоидальной волны, результирующая сила из вызывающей вибрацию коленчатого вала силы и вызывающей вибрацию балансировочного вала силы может согласовываться с силой инерции, вызываемой посредством возвратно-поступательного движения поршня, с высокой точностью. Следовательно, согласно первому аспекту, поясненному выше, может эффективно подавляться вибрация двигателя внутреннего сгорания.
Помимо этого, первый аспект варианта осуществления настоящего изобретения может реализовывать вышеописанный эффект посредством шатуна и направляющей секции без использования шестерен. Шатун и направляющая секция могут формироваться таким образом, что они легче и размещаются в небольшом пространстве по сравнению с шестернями. Следовательно, согласно первому аспекту, поясненному выше, вибрация двигателя внутреннего сгорания может эффективно уравновешиваться без затруднения уменьшения размера и веса двигателя внутреннего сгорания.
Согласно второму аспекту, поясненному выше, позиция скользящей части на шатуне ограничивается любой из точек в прямолинейном движении, разрешенном посредством направляющей секции. В дальнейшем в этом документе, направление прямой линии называется "направлением по оси y", а направление, ортогональное к направлению по оси y, называется "направлением по оси x". Когда коленчатый вал вращается, точка соединения с коленчатым валом изменяет позицию в направлении по оси x, а также позицию в направлении по оси y. Координата x скользящей части ограничивается, и, следовательно, когда точка соединения с коленчатым валом перемещается в положительном направлении по оси x, точка соединения с балансировочным валом обязательно перемещается в отрицательном направлении по оси x. Дополнительно, когда направление смещения точки соединения с коленчатым валом изменяется на отрицательное направление по оси x с положительного направления по оси x, направление смещения точки соединения с балансировочным валом изменяется на положительное направление по оси x с отрицательного направления по оси x. В этом случае, точка соединения с балансировочным валом всегда смещается в направлении, идентичном направлению точки соединения с коленчатым валом относительно направления по оси y. Как результат, балансировочный вал вращается в противоположном направлении относительно коленчатого вала.
В третьем аспекте, поясненном выше, точка соединения с коленчатым валом и точка соединения с балансировочным валом смещаются в идентичном направлении в направлении по оси y, тогда как в направлении по оси x, точка соединения с коленчатым валом и точка соединения с балансировочным валом смещаются в противоположных направлениях, как и в случае второго аспекта. Следовательно, согласно третьему аспекту, поясненному выше, балансировочный вал после вращения коленчатого вала может вращаться в противоположном направлении относительно коленчатого вала. Дополнительно, в третьем аспекте, поясненном выше, отношение BS/CS между расстоянием от точки соединения с балансировочным валом до направляющей секции (в дальнейшем в этом документе, называемым "BS-расстоянием") и расстоянием от точки соединения с коленчатым валом до направляющей секции (в дальнейшем в этом документе, называемым "CS-расстоянием") изменяется с вращением коленчатого вала. Во втором аспекте, поясненном выше, отношение всегда является постоянным. На основе принципа рычага, по мере того, как вышеописанное отношение увеличивается больше, изменение угла поворота балансировочного вала, сопровождающее изменение угла поворота коленчатого вала, становится большим. Следовательно, согласно третьему аспекту, поясненному выше, вызывающей вибрацию силе для уравновешивания силы инерции поршня может предоставляться профиль, отличающийся от случая второго аспекта, поясненного выше.
Согласно четвертому аспекту, поясненному выше, ограничительная часть шатуна приближается в наибольшей степени к осевому валу балансировочного вала в ситуации, в которой центр главного вала коленчатого вала, точка соединения с коленчатым валом, ограничительная часть, центр осевого вала балансировочного вала и точка соединения с балансировочным валом совмещаются на одной прямой линии. В дальнейшем в этом документе, эта позиция называется "первой точкой изменения". В первой точке изменения, осевая сила шатуна, которая действует на точку соединения с балансировочным валом, не формирует вращающего момента. Следовательно, если отсутствует ограничение в направлении перемещения, точка соединения с балансировочным валом может вращаться в любом направлении из первой точки изменения с изменением угла поворота коленчатого вала. Когда точка соединения с балансировочным валом смещается в направлении, идентичном с направлением вращения коленчатого вала, балансировочный вал вращается в направлении, идентичном направлению коленчатого вала. В четвертом аспекте, поясненном выше, смещение в вышеуказанном направлении предотвращается посредством ограничительной части шатуна и направляющей на стороне балансировочного вала. Следовательно, когда угол поворота коленчатого вала изменяется из вышеописанной ситуации, точка соединения с балансировочным валом смещается в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала. Когда точка соединения находится за пределами первой точки изменения, осевая сила шатуна, которая действует на точку соединения с балансировочным валом, формирует вращающий момент. Следовательно, балансировочный вал продолжает обратное вращение с вращением коленчатого вала. Когда коленчатый вал вращается на 180 градусов из состояния первой точки изменения, формируется ситуация, в которой центр главного вала коленчатого вала, точка соединения с коленчатым валом, ограничительная часть, центр осевого вала балансировочного вала и точка соединения с балансировочным валом совмещаются на одной прямой линии, в состоянии, в котором ограничительная часть шатуна приближается в наибольшей степени к главному валу коленчатого вала. В дальнейшем в этом документе, позиция называется "второй точкой изменения". Во второй точке изменения, смещение ограничительной части регулируется посредством направляющей на стороне коленчатого вала. Как результат, во второй точке изменения, точка соединения с балансировочным валом направляется в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала. Вышеуказанная операция повторяется, за счет чего балансировочный вал также может продолжать вращаться в противоположную сторону относительно коленчатого вала через шатун посредством четвертого аспекта, поясненного выше.
Согласно любому из пятого-девятого аспектов, поясненных выше, коленчатый вал используется способом смещенного кривошипа, так что сила инерции, вызываемая посредством движения поршня с прохождением от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, и сила инерции, вызываемая посредством движения поршня с прохождением от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке, становятся асимметричными. Если скользящая часть соединительной части должна выполнять возвратно-поступательное движение на центральной линии "коленчатый вал - балансировочный вал", которая соединяет центр главного вала коленчатого вала и центр осевого вала балансировочного вала, балансировочный вал должен демонстрировать профили симметричной угловой скорости в процессе прохождения от стороны верхней мертвой точки к стороне нижней мертвой точки и в процессе, который является обратным по отношению к нему. Таким образом, вызывающие вибрацию силы, которые должны формироваться посредством эксцентрикового груза балансировочного вала наружным способом и обратным способом, становятся симметричными. В отличие от этого, в любом из пятого-девятого аспектов, поясненных выше, прямолинейное движение скользящей части направляется на прямую линию, которая не совпадает с центральной линией "коленчатый вал - балансировочный вал". В этом случае, возникает искажение в профиле угловой скорости балансировочного вала, и вызывающие вибрацию силы, которые формируются наружным способом и обратным способом посредством эксцентрикового груза балансировочного вала, становятся асимметричными. Следовательно, согласно любому из пятого-девятого аспектов, поясненных выше, могут формироваться вызывающие вибрацию силы, которые становятся асимметричными наружным способом и обратным способом, и сила инерции, сформированная посредством поршня при условии смещенного кривошипа, может надлежащим образом уравновешиваться.
Согласно десятому аспекту, поясненному выше, силы инерции, которые формируются посредством поршня наружным способом и обратным способом, являются асимметричными, как и в случае девятого аспекта, поясненного выше. В конфигурации, в которой вращающаяся направляющая секция удерживает шатун, если центр вращения задается на центральной линии "коленчатый вал - балансировочный вал", профили угловой скорости балансировочного вала наружным способом и обратным способом становятся симметричными, и как результат, вызывающие вибрацию силы, сформированные посредством эксцентрикового груза балансировочного вала наружным способом и обратным способом, также становятся симметричными. В отличие от этого, если центр вращения направляющей секции находится за пределами центральной линии "коленчатый вал - балансировочный вал", вызывающие вибрацию силы, которые формируются посредством эксцентрикового груза балансировочного вала наружным способом и обратным способом, становятся асимметричными. Следовательно, согласно десятому аспекту, поясненному выше, сила инерции, сформированная посредством поршня, может надлежащим образом уравновешиваться при условии смещенного кривошипа.
Согласно одиннадцатому аспекту, поясненному выше, посредством синхронизации фазы вращения эксцентрикового груза коленчатого вала и фазы вращения эксцентрикового груза балансировочного вала между собой, вызывающая вибрацию сила, которая изменяется вдоль требуемого профиля, может формироваться в направлении по оси Y.
Согласно двенадцатому аспекту, поясненному выше, посредством синхронизации фазы вращения эксцентрикового груза коленчатого вала и фазы вращения эксцентрикового груза балансировочного вала между собой, вызывающая вибрацию сила, которая изменяется вдоль профиля, отличающегося от профиля, который реализован в одиннадцатом аспекте, поясненном выше, может формироваться в направлении по оси Y.
В тринадцатом аспекте, поясненном выше, балансировочному валу предоставляется вращающий момент через шатун. В этой конфигурации, в точке изменения, в которой осевая линия шатуна накладывается на центр вращения балансировочного вала, осевая сила шатуна не прикладывает вращающий момент к балансировочному валу. Следовательно, если внешняя сила, которая прикладывается к балансировочному валу, представляет собой только осевую силу шатуна, балансировочный вал должен находиться в состоянии, в котором балансировочный вал может вращаться в нормальном и в обратном направлениях в точке изменения. В тринадцатом аспекте, поясненном выше, момент обратного вращения прикладывается к балансировочному валу посредством механизма приложения момента. Следовательно, согласно тринадцатому аспекту, поясненному выше, балансировочный вал может продолжать стабильно вращаться в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала.
Согласно четырнадцатому аспекту, поясненному выше, подходящий вращающий момент может прикладываться к балансировочному валу в точке изменения посредством кулачка и пружинного элемента.
Согласно пятнадцатому аспекту, поясненному выше, двигатель внутреннего сгорания включает в себя один поршень, который работает отдельно, или два поршня, которые работают в идентичной фазе. В двигателе внутреннего сгорания, поршни взаимно не уравновешивают силы инерции возвратно-поступательных движений. Согласно пятнадцатому аспекту, поясненному выше, вибрация двигателя внутреннего сгорания может надлежащим образом подавляться посредством вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством балансировочного устройства.
Согласно шестнадцатому аспекту, поясненному выше, в ситуации в верхней мертвой точке, поршень и шатун формируют вызывающие вибрацию силы в опорном направлении, которое идет вдоль осевой линии возвратно-поступательного движения поршня. В этом случае, шатун прикладывает вызывающую вибрацию силу к эксцентриковому грузу коленчатого вала в первом направлении наклона, которое идет практически из центра главного вала коленчатого вала к точке соединения с коленчатым валом, при одновременном приложении также вызывающей вибрацию силы к эксцентриковому грузу балансировочного вала во втором направлении наклона, которое идет практически из центра осевого вала балансировочного вала к точке соединения с балансировочным валом. Результирующая сила из вышеуказанных вызывающих вибрацию сил имеет компоненты к первому направлению наклона и второму направлению наклона, в дополнение к компоненту к вышеописанному опорному направлению. В шестнадцатом аспекте, поясненном выше, центр тяжести эксцентрикового груза коленчатого вала предоставляется на противоположной стороне точки соединения с коленчатым валом, с осевой линией коленчатого вала между ними. Согласно центру тяжести, компонент вызывающей вибрацию силы в первом направлении наклона может уравновешиваться в дополнение к компоненту вызывающей вибрацию силы в опорном направлении. Дополнительно, в шестнадцатом аспекте, поясненном выше, центр тяжести эксцентрикового груза балансировочного вала предоставляется на противоположной стороне точки соединения с балансировочным валом, с осевой линией балансировочного вала между ними. Согласно центру тяжести, компонент вызывающей вибрацию силы во втором направлении наклона может уравновешиваться в дополнение к компоненту вызывающей вибрацию силы в опорном направлении. В нижней мертвой точке двигателя внутреннего сгорания, уравновешивание вызывающих вибрацию сил возникает на основе аналогичного принципа. Следовательно, согласно шестнадцатому аспекту, поясненному выше, вызывающие вибрацию силы, которые, соответственно, формируются посредством поршня, шатуна и шатуна, могут надлежащим образом уравновешиваться.
Согласно семнадцатому аспекту, поясненному выше, в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке двигателя внутреннего сгорания, вызывающие вибрацию силы, вызываемые посредством эксцентрикового груза коленчатого вала и эксцентрикового груза балансировочного вала, могут балансироваться с вызывающими вибрацию силами, вызываемыми посредством шатуна, поршня и шатуна. Дополнительно, в ситуации за исключением верхней мертвой точки и нижней мертвой точки, вызывающие вибрацию силы, вызываемые посредством шатуна и эксцентрикового груза балансировочного вала, могут балансироваться с вызывающей вибрацию силой, вызываемой посредством эксцентрикового груза коленчатого вала. Следовательно, согласно семнадцатому аспекту, поясненному выше, вызывающие вибрацию силы, вызываемые посредством отдельных элементов, всегда могут уравновешиваться предпочтительно.
Согласно восемнадцатому аспекту, поясненному выше, вызывающая вибрацию сила, вызываемая посредством шатуна, вводится в один конец балансировочного вала. Эксцентриковый груз балансировочного вала, расположенный для балансировочного вала, может уравновешивать вышеуказанную вызывающую вибрацию силу посредством веса, значительно отражаемого в окрестности одного конца. По мере того, как входная точка вызывающей вибрацию силы и точка веса для уравновешивания вызывающей вибрацию силы отдаляются друг от друга, момент, который действует на балансировочный вал, становится большим. Согласно восемнадцатому аспекту, поясненному выше, вызывающие вибрацию силы могут уравновешиваться посредством соответствующих элементов, тогда как момент подавляется таким образом, что он является достаточно небольшим.
Согласно девятнадцатому аспекту, поясненному выше, шатун и главный вал коленчатого вала могут соединяться посредством эксцентрикового вала на стороне коленчатого вала. Согласно конструкции, коленчатый вал и шатун могут относительно вращаться с центром подшипника на стороне коленчатого вала, расположенным в шатуне в качестве центра вращения. Таким образом, "точка соединения с коленчатым валом" в первом аспекте, поясненном выше, может формироваться в центре подшипника на стороне коленчатого вала. Дополнительно, согласно эксцентриковому валу на стороне коленчатого вала, центр главного вала коленчатого вала может задаваться эксцентрическим посредством предварительно определенного значения от центра подшипника на стороне коленчатого вала, т.е. точки соединения с коленчатым валом. Таким образом, согласно девятнадцатому аспекту, поясненному выше, может быть конкретно реализован "механизм соединения с коленчатым валом", который удовлетворяет функции, требуемой посредством первого аспекта, поясненного выше.
Согласно двадцатому варианту осуществления, шатун и осевой вал балансировочного вала могут соединяться посредством эксцентрикового вала на стороне балансировочного вала. Согласно конструкции, балансировочный вал и шатун могут относительно вращаться с центром подшипника на стороне балансировочного вала, расположенным в шатуне в качестве центра вращения. Таким образом, "точка соединения с балансировочным валом" в первом аспекте, поясненном выше, может формироваться в центре подшипника на стороне балансировочного вала. Дополнительно, согласно эксцентриковому валу на стороне балансировочного вала, центр осевого вала балансировочного вала может задаваться эксцентрическим посредством фиксированного значения от центра подшипника на стороне балансировочного вала, т.е. точки соединения с балансировочным валом. Таким образом, согласно двадцатому аспекту, поясненному выше, может быть конкретно реализован "механизм соединения с балансировочным валом", который удовлетворяет функции, которая требуется посредством первого аспекта, поясненного выше.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 является видом для пояснения конфигурации первого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 является схемой для пояснения взаимосвязи между состоянием балансировочного устройства, показанного на фиг. 1, и углом θ поворота коленчатого вала;
Фиг. 3 является схемой, иллюстрирующей взаимосвязь между углом θ поворота коленчатого вала и углом α поворота балансировочного вала в балансировочном устройстве, показанном на фиг. 1;
Фиг. 4 является схемой, иллюстрирующей взаимосвязь между углом θ поворота коленчатого вала и угловой скоростью dα/dθ балансировочного вала в балансировочном устройстве, показанном на фиг. 1;
Фиг. 5 является схемой, иллюстрирующей взаимосвязь между углом θ поворота коленчатого вала и угловым ускорением d2α/dθ2 балансировочного вала в балансировочном устройстве, показанном на фиг. 1;
Фиг. 6 является схемой для пояснения взаимосвязи между работой поршня и углом θ поворота коленчатого вала в балансировочном устройстве, показанном на фиг. 1;
Фиг. 7 иллюстрирует профили силы инерции, сформированной посредством поршня двигателя внутреннего сгорания, и вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством балансировочного устройства, показанного на фиг. 1;
Фиг. 8 является схемой, показывающей результирующую вызывающую вибрацию силу, полученную посредством объединения вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством коленчатого вала, и вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством балансировочного вала, обе из которых показаны на фиг. 7;
Фиг. 9 является схемой, показывающей результирующую силу, полученную посредством объединения силы инерции, сформированной посредством поршня, и результирующей вызывающей вибрацию силы, обе из которых показаны на фиг. 8;
Фиг. 10 является схемой для пояснения взаимосвязи между состоянием конфигурации примера модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения и углом θ поворота коленчатого вала;
Фиг. 11 иллюстрирует профили силы инерции, сформированной посредством поршня двигателя внутреннего сгорания, и вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством балансировочного устройства, показанного на фиг. 10;
Фиг. 12 является схемой, показывающей результирующую вызывающую вибрацию силу, полученную посредством объединения вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством коленчатого вала, и вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством балансировочного вала, обе из которых показаны на фиг. 11;
Фиг. 13 является схемой, показывающей результирующую силу, полученную посредством объединения силы инерции, сформированной посредством поршня, и результирующей вызывающей вибрацию силы, обе из которых показаны на фиг. 12;
Фиг. 14 является схемой для пояснения взаимосвязи между состоянием балансировочного устройства согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения и углом θ поворота коленчатого вала;
Фиг. 15 является схемой для пояснения взаимосвязи между состоянием балансировочного устройства согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения и углом θ поворота коленчатого вала;
Фиг. 16 является схемой, показывающей траекторию шарнира шатуна в ходе работы балансировочного устройства, показанного на фиг. 15;
Фиг. 17 является схемой для пояснения условий, которые должны удовлетворяться посредством направляющей секции 82, проиллюстрированной на фиг. 15;
Фиг. 18 иллюстрирует пример другой конфигурации, которая может использоваться в качестве направляющей секции в третьем варианте осуществления;
Фиг. 19 является схемой для пояснения конфигурации четвертого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 20 является схемой для пояснения работы балансировочного устройства, показанного на фиг. 19;
Фиг. 21 иллюстрирует изменение крутящего момента от пружинного элемента, который балансировочный вал принимает от пружинного элемента при каждой ситуации, проиллюстрированной на фиг. 20;
Фиг. 22 иллюстрирует изменение крутящего момента от пружинного элемента, который балансировочный вал принимает от пружинного элемента в модификации четвертого варианта осуществления настоящего варианта осуществления;
Фиг. 23 является схемой для пояснения конфигурации второй модификации четвертого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 24 является схемой для пояснения конфигурации третьей модификации четвертого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 25 является схемой для пояснения конфигурации пятого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 26 является схемой для пояснения работы балансировочного устройства, показанного на фиг. 25;
Фиг. 27 иллюстрирует изменение крутящего момента от пружинного элемента, который балансировочный вал принимает от пружинного элемента при каждой ситуации, проиллюстрированной на фиг. 26;
Фиг. 28 является схемой для пояснения конфигурации шестого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 29 является схемой для пояснения эффекта, полученного посредством конструкции смещенного кривошипа, расположенного в двигателе внутреннего сгорания, показанном на фиг. 28;
Фиг. 30 является схемой для пояснения взаимосвязи между позицией поршня в двигателе внутреннего сгорания, показанном на фиг. 28, и углом поворота коленчатого вала;
Фиг. 31A является схемой для пояснения конфигурации шестого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 31B является схемой для пояснения конфигурации первой модификации шестого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 31C является схемой для пояснения конфигурации второй модификации шестого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 31D является схемой для пояснения конфигурации третьей модификации шестого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 32 является схемой, иллюстрирующей взаимосвязь между углом θ поворота коленчатого вала и угловой скоростью dα/dθ балансировочного вала в конфигурации, показанной на фиг. 31A, с использованием коэффициента h/r смещения в качестве параметра;
Фиг. 33 иллюстрирует профили силы инерции, сформированной посредством поршня двигателя внутреннего сгорания, и результирующей вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством балансировочного устройства, показанного на фиг. 31A;
Фиг. 34 является схемой, показывающей результат, полученный посредством объединения результирующей вызывающей вибрацию силы и силы инерции, сформированной посредством поршня, обе из которых показаны на фиг. 33;
Фиг. 35 является схемой для пояснения конфигурации седьмого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 36 является схемой, иллюстрирующей взаимосвязь между углом θ поворота коленчатого вала и угловой скоростью dα/dθ балансировочного вала в конфигурации, показанной на фиг. 35, с использованием коэффициента h/r смещения в качестве параметра;
Фиг. 37 иллюстрирует профили силы инерции, сформированной посредством поршня двигателя внутреннего сгорания, и результирующей вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством балансировочного устройства, показанного на фиг. 35;
Фиг. 38 является схемой, показывающей результат, полученный посредством объединения результирующей вызывающей вибрацию силы и силы инерции, сформированной посредством поршня, обе из которых показаны на фиг. 37;
Фиг. 39 является схемой для пояснения конфигурации восьмого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 40 является схемой для пояснения принципа того, как балансировочное устройство, показанное на фиг. 39, уравновешивает вызывающие вибрацию силы;
Фиг. 41 является схемой для пояснения позиции центра тяжести эксцентрикового груза коленчатого вала, расположенного в балансировочном устройстве, показанном на фиг. 39;
Фиг. 42 является видом в перспективе для пояснения признаков коленчатого вала, расположенного в балансировочном устройстве, показанном на фиг. 39;
Фиг. 43 является видом в перспективе для пояснения признаков балансировочного вала, расположенного в балансировочном устройстве, показанном на фиг. 39;
Фиг. 44 является схемой для пояснения работы балансировочного устройства, показанного на фиг. 39;
Фиг. 45 является видом в перспективе для пояснения признаков другого балансировочного вала, применимого для использования в балансировочном устройстве согласно восьмому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 46 является схемой для пояснения конфигурации девятого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 47 является схемой для пояснения принципа того, как балансировочное устройство, показанное на фиг. 46, уравновешивает вызывающие вибрацию силы;
Фиг. 48 является схемой для пояснения позиции центра тяжести эксцентрикового груза коленчатого вала, расположенного в балансировочном устройстве, показанном на фиг. 46;
Фиг. 49 является видом в перспективе для пояснения признаков балансировочного вала, расположенного в балансировочном устройстве, показанном на фиг. 46;
Фиг. 50 является схемой для пояснения работы балансировочного устройства, показанного на фиг. 46;
Фиг. 51 является видом в перспективе для пояснения признаков другого балансировочного вала, применимого для использования в балансировочном устройстве согласно девятому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 52 является покомпонентным видом в перспективе балансировочного устройства согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 53 является покомпонентным видом в перспективе шатуна, показанного на фиг. 52;
Фиг. 54 является видом сбоку в сечении основной секции балансировочного устройства согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 55 является схемой для пояснения способа для формирования эксцентрикового вала на стороне коленчатого вала и эксцентрикового вала на стороне балансировочного вала, показанных на фиг. 52, посредством общей машинной обработки отверстий;
Фиг. 56 является схемой для пояснения работы балансировочного устройства согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 57 является схемой для пояснения первой модификации балансировочного устройства согласно десятому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 58 является схемой для пояснения конфигурации эксцентрикового вала на стороне балансировочного вала, расположенного во второй модификации десятого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 59 является схемой для пояснения конфигурации эксцентрикового вала на стороне коленчатого вала, расположенного в третьей модификации десятого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 60 является схемой для пояснения конфигурации и работы четвертой модификации десятого варианта осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 61 является покомпонентным видом в перспективе балансировочного устройства согласно одиннадцатому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 62 является покомпонентным видом в перспективе шатуна, показанного на фиг. 61;
Фиг. 63 является видом сбоку в сечении основной секции балансировочного устройства согласно одиннадцатому варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 64 является схемой, показывающей то, что эксцентрическая величина, возникающая в эксцентриковом валу на стороне балансировочного вала, может изменяться в одиннадцатом варианте осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 65 является схемой для пояснения работы балансировочного устройства согласно одиннадцатому варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 66 является схемой для пояснения конфигурации и работы модификации одиннадцатого варианта осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Первый вариант осуществления изобретения
Конфигурация первого варианта осуществления изобретения
Фиг. 1 является видом для пояснения конфигурации первого варианта осуществления настоящего изобретения. Настоящий вариант осуществления включает в себя двигатель 10 внутреннего сгорания. Двигатель 10 внутреннего сгорания имеет поршень 12. В настоящем варианте осуществления, двигатель 10 внутреннего сгорания представляет собой одноцилиндровый четырехтактный двигатель, включающий в себя только один поршень 12.
Поршень 12 соединяется с коленчатым валом 16 через шатун 14 (в дальнейшем в этом документе, называемый "шатуном 14"). Коленчатый вал 16 включает в себя палец 18 кривошипа, который соединяется с шатуном 14. Палец 18 кривошипа формируется как единое целое с шейкой 22 коленчатого вала (в дальнейшем в этом документе называемой "главным валом коленчатого вала") через плечо 20 кривошипа. Главный вал 22 коленчатого вала удерживается с возможностью вращения посредством подшипника, расположенного в блоке цилиндров.
Коленчатый вал 16 включает в себя эксцентриковый груз 24 коленчатого вала. Эксцентриковый груз 24 коленчатого вала предоставляется таким образом, что его центр тяжести расположен в практически противоположной стороне пальца 18 кривошипа с центром главного вала 22 коленчатого вала между ними. Дополнительно, эксцентриковому грузу 24 коленчатого вала предоставляется вес (mc) для уравновешивания веса шатуна 14 и вес для уравновешивания веса (mp/2), соответствующий половине веса поршня 12.
Коленчатый вал 16 выполняет одно вращение в то время, когда поршень 12 выполняет одно возвратно-поступательное движение между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой. В дальнейшем в этом документе, направление возвратно-поступательного движения поршня 12 упоминается в качестве "направления по оси Y", а направление, ортогональное к "направлению по оси Y", называется "направлением по оси Х".
В настоящем варианте осуществления, эксцентриковый груз 24 коленчатого вала задается таким образом, что разность фаз угла поворота коленчатого вала практически в 180° (°CA) возникает из поршня 12. Таким образом, фаза эксцентрикового груза 24 коленчатого вала задается таким образом, что устанавливаются следующие два условия:
(1) когда поршень 12 расположен в верхней мертвой точке, центр тяжести эксцентрикового груза 24 коленчатого вала расположен практически на подвижном конце на стороне нижней мертвой точки в направлении по оси Y;
(2) когда поршень 12 расположен в нижней мертвой точке, центр тяжести эксцентрикового груза 24 коленчатого вала расположен практически на подвижном конце на стороне верхней мертвой точки в направлении по оси Y.
Двигатель 10 внутреннего сгорания включает в себя балансировочное устройство 30. Коленчатый вал 16 представляет собой компонент балансировочного устройства 30. Коленчатый вал 16 содержит точку 32 соединения с коленчатым валом в позиции, отклоняющейся от центра главного вала 22 коленчатого вала. Более конкретно, точка 32 соединения с коленчатым валом предоставляется на противоположной стороне эксцентрикового груза 24 коленчатого вала с центром главного вала 22 коленчатого вала между ними.
Шатун 36 соединяется с точкой 32 соединения с коленчатым валом через механизм 34 соединения с коленчатым валом. Шатун 36 удерживается с возможностью вращения посредством механизма 34 соединения с коленчатым валом. Следовательно, коленчатый вал 16 и шатун 36 могут относительно вращаться в плоскости, параллельной с поверхностью вращения коленчатого вала 16, с точкой 32 соединения с коленчатым валом в качестве центра вращения.
Другой конец шатуна 36 соединяется с балансировочным валом 40 в точке 38 соединения с балансировочным валом. Балансировочный вал 40 включает в себя механизм 42 соединения с балансировочным валом в точке 38 соединения с балансировочным валом. Шатун 36 удерживается с возможностью вращения посредством механизма 42 соединения с балансировочным валом. Следовательно, шатун 36 и балансировочный вал 40 могут относительно вращаться с точкой 38 соединения с балансировочным валом в качестве центра вращения.
Балансировочный вал 40 включает в себя осевой вал 44 балансировочного вала в позиции, отклоненной от точки 38 соединения с балансировочным валом. Осевой вал 44 балансировочного вала предоставляется параллельно главному валу 22 коленчатого вала и удерживается с возможностью вращения посредством подшипника, включенного посредством блока цилиндров. Следовательно, балансировочный вал 40 может вращаться в плоскости, которая является параллельной с поверхностью вращения коленчатого вала 16, с осевым валом 44 балансировочного вала в качестве вращательного вала.
Балансировочный вал 40 содержит механизм 46 регулирования точек соединения с балансировочным валом, который удерживает механизм 42 соединения с балансировочным валом. Механизм 46 регулирования точек соединения с балансировочным валом предоставляется таким образом, что позиция механизма 42 соединения с балансировочным валом на балансировочном валу 40, т.е. позиция точки 38 соединения с балансировочным валом пассивно регулируется до корректной позиции. Посредством функции механизма 46 регулирования точек соединения с балансировочным валом, точка 38 соединения с балансировочным валом может смещаться в фиксированном диапазоне в направлении радиуса вращения балансировочного вала 40, который проходит через осевой вал 44 балансировочного вала.
Балансировочный вал 40 дополнительно содержит эксцентриковый груз 48 балансировочного вала. Эксцентриковый груз 48 балансировочного вала предоставляется таким образом, что его центр тяжести расположен на противоположной стороне точки 38 соединения с балансировочным валом с центром осевого вала 44 балансировочного вала между ними. Дополнительно, эксцентриковому грузу 48 балансировочного вала предоставляется вес для уравновешивания веса (mp/2), практически соответствующий половине веса поршня 12.
В настоящем варианте осуществления, в то время, когда коленчатый вал 16 выполняет одно вращение, балансировочный вал 40 выполняет одно вращение в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала 16. Здесь, как проиллюстрировано на фиг. 1, эксцентриковый груз 48 балансировочного вала предоставляется таким образом, что он синхронизируется по фазе с эксцентриковым грузом 24 коленчатого вала. Таким образом, фаза эксцентрикового груза 48 балансировочного вала сдвигается из фазы поршня 12 посредством практически 180 °CA, аналогично фазе эксцентрикового груза 24 коленчатого вала. Следовательно, два условия, описанные следующим образом, также устанавливаются между фазой эксцентрикового груза 48 балансировочного вала и фазой поршня 12:
(1) когда поршень 12 расположен в верхней мертвой точке, центр тяжести эксцентрикового груза 48 балансировочного вала расположен практически на подвижном конце на стороне нижней мертвой точки в направлении по оси Y;
(2) когда поршень 12 расположен в нижней мертвой точке, центр тяжести эксцентрикового груза 48 балансировочного вала расположен практически на подвижном конце на стороне верхней мертвой точки в направлении по оси Y.
Шатун 36 включает в себя шарнир 50 в своей средней точке. Круглая скользящая часть 52 вставляется в шарнир 50. Блок цилиндров содержит направляющую секцию 54, которая регулирует перемещение скользящей части 52. Направляющая секция 54 имеет пространство скольжения, имеющее продольное направление в направлении центральной линии 56 "коленчатый вал - балансировочный вал", которая проходит через центр главного вала 22 коленчатого вала и центр осевого вала 44 балансировочного вала. Скользящая часть 52 может перемещаться вдоль внутренней стенки пространства скольжения. Как результат, движение шарнира 50 ограничено прямолинейным движением на центральной линии 56 "коленчатый вал - балансировочный вал".
Пояснение базового режима работы балансировочного устройства первого варианта осуществления изобретения
Фиг. 2 является схемой для пояснения работы балансировочного устройства 30, проиллюстрированного на фиг. 1. На фиг. 2, горизонтальная ось представляет угол θ поворота коленчатого вала (°CA). В дальнейшем в этом документе, угол θ поворота коленчатого вала в 0 (°CA) или 360 (°CA) соответствует верхней мертвой точке, а угол θ поворота коленчатого вала в 180 (°CA) соответствует нижней мертвой точке. Дополнительно, направление центральной линии 56 "коленчатый вал - балансировочный вал" задается как "направление по оси y", а направление, ортогональное к "направлению по оси y", задается как "направление по оси x". Следует отметить, что, на фиг. 2, для удобства пояснения, направление по оси y показано таким образом, что оно соответствует направлению по оси Y (направлению перемещения поршня 12).
На фиг. 2, в состоянии θ=0 (°CA), угол поворота α балансировочного вала 40 (в дальнейшем в этом документе, называемый "углом α поворота балансировочного вала") также составляет 0 (градусов). В это время, центр тяжести эксцентрикового груза 24 коленчатого вала и центр тяжести эксцентрикового груза 48 балансировочного вала находятся на подвижных концах на стороне нижней мертвой точки.
На фиг. 2, коленчатый вал 16 предположительно вращается в направлении по часовой стрелке. Когда коленчатый вал 16 вращается из состояния θ=0 (°CA), точка 32 соединения с коленчатым валом смещается в направлении (положительное направление по оси x, отрицательное направление по оси y). В это время, координата x шарнира 50 всегда поддерживается в исходной точке посредством направляющей секции 54. Следовательно, точка 38 соединения с балансировочным валом смещается в направлении (отрицательное направление по оси x, отрицательное направление по оси y). Как результат, балансировочный вал 40 вращается в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала 16.
До тех пор, пока θ не достигнет 90 (°CA), точка 32 соединения с коленчатым валом продолжает смещаться в направлении (положительное направление по оси x, отрицательное направление по оси y). Когда координата x точки 38 соединения с балансировочным валом изменяется на расстояние, идентичное расстоянию координаты x точки 32 соединения с коленчатым валом в это время, т.е. когда шатун 36 поддерживает вертикальное состояние на фиг. 2, координата y точки 38 соединения с балансировочным валом смещается на эквивалентное расстояние с координатой y точки 32 соединения с коленчатым валом. Тем не менее, в балансировочном устройстве 30, точка 32 соединения с коленчатым валом и точка 38 соединения с балансировочным валом отдаляются друг от друга в направлении по оси x до тех пор, пока θ не достигает 90 (°CA). Чтобы компенсировать расстояние в направлении по оси x, координата y точки 38 соединения с балансировочным валом не может удерживать от значительного смещения от координаты y точки 32 соединения с коленчатым валом. Как результат, на стадии, на которой коленчатый вал 16 вращается на 90 (°CA), угол α поворота балансировочного вала превышает 90 (градусов).
До тех пор, пока угол θ поворота коленчатого вала не превышает 90 (°CA), чтобы достигать 180 (°CA), точка 32 соединения с коленчатым валом изменяется в направлении (отрицательное направление по оси x, отрицательное направление по оси y). В это время, точка 38 соединения с балансировочным валом смещается в направлении (положительное направление по оси x, отрицательное направление по оси y). Здесь, точка 32 соединения с коленчатым валом и точка 38 соединения с балансировочным валом приближаются друг к другу в направлении по оси x с увеличением угла θ поворота коленчатого вала. Следовательно, изменение координаты y точки 38 соединения с балансировочным валом меньше изменения координаты y точки 32 соединения с коленчатым валом. Затем на стадии, на которой угол θ поворота коленчатого вала достигает 180 [°CA], угол α поворота балансировочного вала аналогично достигает 180 (градусов).
По вышеописанной причине, балансировочный вал 40 вращается с более высокой скоростью вращения, чем коленчатый вал 16 в процессе изменения угла θ поворота коленчатого вала с 0 (°CA) до 90 (°CA). Затем, скорость вращения балансировочного вала 40 ниже скорости вращения коленчатого вала 16 в процессе изменения угла θ поворота коленчатого вала с 90 (°CA) до 180 (°CA). Такое изменение скорости вращения также возникает, когда угол θ поворота коленчатого вала изменяется с 180 (°CA) до 360 (°CA) посредством аналогичного механизма.
Как описано выше, балансировочное устройство 30 в настоящем варианте осуществления имеет следующие характеристики:
(1) коленчатый вал 16 и балансировочный вал 40 вращаются в противоположных направлениях в идентичном цикле;
(2) когда коленчатый вал 16 вращается на равной скорости вращения, вращение на неравной скорости вращения возникает в балансировочном валу 40. В этом случае, скорость вращения балансировочного вала 40 выше скорости вращения коленчатого вала 16, когда угол θ поворота коленчатого вала принадлежит диапазону 0 (°CA) -90 (°CA) и диапазону 270 (°CA) -360 (°CA). Дополнительно, когда угол θ поворота коленчатого вала принадлежит диапазону 90 (°CA) -270 (°CA), скорость вращения балансировочного вала 40 ниже скорости вращения коленчатого вала 16;
(3) в состоянии угла поворота коленчатого вала θ=0 (°CA), т.е. в состоянии, в котором поршень 12 расположен в верхней мертвой точке, центр тяжести коленчатого вала 16 и центр тяжести балансировочного вала 40 находятся на подвижном конце в нижней мертвой точке. Дополнительно, в состоянии угла поворота коленчатого вала θ=180 (°CA), т.е. в состоянии, в котором поршень 12 расположен в нижней мертвой точке, центр тяжести коленчатого вала 16 и центр тяжести балансировочного вала 40 находятся на подвижном конце на стороне верхней мертвой точки.
В ходе работы двигателя 10 внутреннего сгорания, возвратно-поступательное движение возникает в поршне 12, и вращательные движения возникают в коленчатом валу 16 и балансировочном валу 40. В это время, составное движение из возвратно-поступательного движения и вращательного движения возникает в шатуне 14. Основной вес шатуна 14 существует в части, которая вращается вместе с пальцем 18 кривошипа. Следовательно, в весе (mc+mp/2) коленчатого вала 16, (mc) уравновешивается посредством вращательной части шатуна 14. Соответственно, в ходе работы двигателя 10 внутреннего сгорания, можно считать, что следующее движение возникает во внутренней части двигателя внутреннего сгорания.
(1) Возвратно-поступательное движение в направлении по оси Y груза (mp) вследствие движения поршня 12
(2) Нормальное вращательное движение эксцентрикового груза (mp/2) вследствие вращения коленчатого вала 16
(3) Обратное вращательное движение эксцентрикового груза (mp/2) вследствие вращения балансировочного вала 40
Возвратно-поступательное движение в направлении по оси Y груза (mp) формирует силу инерции в направлении по оси Y. Сила инерции изменяется по абсолютной величине синхронно с движением поршня 12, достигает практически отрицательного максимального значения в верхней мертвой точке и достигает практически положительного максимального значения в нижней мертвой точке.
Нормальное вращательное движение эксцентрикового груза (mp/2) и обратное вращательное движение эксцентрикового груза (mp/2) формируют вызывающие вибрацию силы, направленные наружу из соответствующих радиусов вращения. Компоненты по оси X вызывающих вибрацию сил уравновешиваются посредством друг друга, и компоненты по оси Y комбинируются. Комбинированные компоненты по оси Y вызывающей вибрацию силы уравновешивают силу инерции, сопровождающую движение поршня. Следовательно, согласно балансировочному устройству 30 в настоящем варианте осуществления, вибрация в работе двигателя 10 внутреннего сгорания может подавляться таким образом, что она является достаточно небольшой.
Подробное пояснение работы балансировочного устройства первого варианта осуществления изобретения
Фиг. 3 иллюстрирует взаимосвязь, которая устанавливается между углом θ поворота коленчатого вала и углом α поворота балансировочного вала в настоящем варианте осуществления. Фиг. 3 показывает состояние, в котором вышеуказанное вращение на неравной скорости вращения возникает в балансировочном валу 40 с вращением коленчатого вала 16.
Фиг. 4 является схемой, в которой угол α поворота балансировочного вала, проиллюстрированный на фиг. 3, заменяется угловой скоростью dα/dθ балансировочного вала. Когда балансировочный вал 40 вращается на равной скорости вращения в противоположную сторону относительно коленчатого вала 16, угловая скорость dα/dθ балансировочного вала всегда составляет -1. В отличие от этого, в настоящем варианте осуществления, угловая скорость dα/dθ балансировочного вала имеет значение с большим абсолютным значением в окрестности верхней мертвой точки вследствие вращения на неравной скорости вращения балансировочного вала 40. Дополнительно, в окрестности нижней мертвой точки, угловая скорость dα/dθ балансировочного вала имеет значение с небольшим абсолютным значением.
Фиг. 5 является схемой, в которой угловая скорость dα/dθ балансировочного вала, проиллюстрированная на фиг. 4, дополнительно заменена угловым ускорением d2α/dθ2 балансировочного вала. Когда скорость вращения балансировочного вала 40 равна скорости вращения коленчатого вала 16, угловое ускорение d2α/dθ2 балансировочного вала всегда является нулем. В отличие от этого, в настоящем варианте осуществления, угловое ускорение d2α/dθ2 балансировочного вала имеет значение с большим абсолютным значением в окрестности середины верхней мертвой точки и нижней мертвой точки вследствие вращения на неравной скорости вращения балансировочного вала 40.
Центробежная сила, которая является пропорциональной квадрату угловой скорости, действует на балансировочный вал 40. Дополнительно, когда угловое ускорение возникает в балансировочном валу 40, сила реакции углового ускорения действует на балансировочный вал 40. Балансировочный вал 40 формирует вызывающую вибрацию силу, соответствующую составному значению из вышеуказанной центробежной силы и силы реакции. Следовательно, вызывающая вибрацию сила, которая формируется посредством балансировочного вала 40 в настоящем варианте осуществления, искажается по сравнению с вызывающей вибрацию силой, которая формируется посредством коленчатого вала 16.
Фиг. 6 является схемой для пояснения движения поршня 12 относительно изменения угла θ поворота коленчатого вала. В двигателе 10 внутреннего сгорания, поршень 12 соединяется с главным валом 22 коленчатого вала через коленчатый вал 16 и шатун 14. Здесь, длина шатуна задается как 1c, и радиус кривошипа задается как rc. Дополнительно, отношение длины шатуна и радиуса кривошипа, т.е. коэффициент шатуна, выражается посредством 1c/rc.
Как проиллюстрировано на фиг. 6, в процессе изменения угла θ поворота коленчатого вала с 0 (°CA) до 90 (°CA), координаты пальца 18 кривошипа смещаются в направлении (положительное направление по оси x, отрицательное направление по оси y). Поскольку координата X поршня 12 является фиксированной, палец 18 кривошипа отдаляется от поршня 12 в направлении по оси Х в этом процессе. Чтобы компенсировать расстояние в направлении по оси Х, координата Y поршня 12 не может удерживать от более значительного смещения по сравнению с координатой Y пальца 18 кривошипа. Следовательно, ход PS90, который возникает в поршне 12 во время изменения угла θ поворота коленчатого вала с 0 (°CA) до 90 (°CA), превышает величину смещения в направлении по оси Y, которое возникает в пальце 18 кривошипа в течение этого времени.
В процессе изменения угла θ поворота коленчатого вала до 180 (°CA) с 90 (°CA), координаты пальца 18 кривошипа смещаются в направлении (отрицательное направление по оси x, отрицательное направление по оси y). В этом процессе, палец 18 кривошипа приближается к поршню 12 в направлении по оси Х. Поскольку как палец 18 кривошипа, так и поршень 12 приближаются друг к другу в направлении по оси Х, величина смещения в направлении по оси Y поршня 12 становится меньшей по сравнению с величиной смещения в направлении по оси Y пальца 18 кривошипа. Следовательно, величина (PS180-PS90) смещения поршня во время изменения угла θ поворота коленчатого вала с 90 (°CA) до 180 (°CA) становится меньше вышеуказанного PS90. Аналогичное изменение величины смещения возникает, когда поршень 12 смещается от стороны нижней мертвой точки к стороне верхней мертвой точки. По вышеприведенной причине, в случае вращения на равной скорости вращения выполнения коленчатого вала 16, скорость поршня смещения 12 становится относительно высокой в окрестности верхней мертвой точки и становится относительно низкой в окрестности нижней мертвой точки.
Фиг. 7 иллюстрирует профили силы инерции, сформированной посредством поршня 12, и вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством балансировочного устройства 30. Формы 60, 62 и 64 сигнала, соответственно, представляют собой профили сил, описанные следующим образом:
Форма 60 сигнала: компонент по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством эксцентрикового груза (mp/2) коленчатого вала 16
Форма 62 сигнала: компонент по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством эксцентрикового груза (mp/2) балансировочного вала 40
Форма 64 сигнала: сила инерции, сформированная посредством поршня 12
Коленчатый вал 16 заставляет эксцентриковый груз (mp/2) выполнять вращение на равной скорости вращения. Следовательно, форма 60 сигнала, соответствующая вызывающей вибрацию силе коленчатого вала 16, является синусоидальной волной практически без искажения.
Балансировочный вал 40 заставляет эксцентриковый груз (mp/2) выполнять вращение на неравной скорости вращения быстро в процессе от верхней мертвой точки к средней точке и медленно в процессе от средней точки к нижней мертвой точке. Следовательно, форма 62 сигнала, соответствующая балансировочному валу 40, имеет форму искаженной синусоидальной волны, имеющей плечи в окрестности 90 (°CA) и в окрестности 270 (°CA).
Поршень 12 формирует силу инерции, соответствующую его скорости смещения. Скорость поршня смещения 12 становится высокой в окрестности верхней мертвой точки и становится низкой в окрестности нижней мертвой точки, как описано выше. Следовательно, форма 64 сигнала, соответствующая поршню 12, имеет форму искаженной синусоидальной волны, которая имеет пики в 0 (°CA) или 360 (°CA) на стороне верхней мертвой точки, но не имеет пик в окрестности 180 (°CA) на стороне нижней мертвой точки.
Фиг. 8 является схемой, показывающей силу инерции поршня 12 с вызывающей вибрацию силой, полученной посредством объединения компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством коленчатого вала 16, и компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством балансировочного вала 40. Три вида форм сигналов, проиллюстрированные на фиг. 8, соответственно, являются такими, как описано ниже.
Форма 60*2 сигнала: соответствует превышению в два раза вызывающей вибрацию силы формы 60 сигнала, проиллюстрированной на фиг. 7
Форма 60+62 сигнала: соответствует составному объекту из формы 60 сигнала и формы 62 сигнала, проиллюстрированных на фиг. 7
Форма 64 сигнала: является идентичной форме 64 сигнала, проиллюстрированной на фиг. 7
В настоящем варианте осуществления, вращение коленчатого вала 16 передается на балансировочный вал 40 через шатун 36. В отличие от этого, вращение коленчатого вала 16 также может передаваться на балансировочный вал 40 посредством использования обычной зубчатой передачи, например, в форме идеальной окружности. В этом случае, балансировочный вал 40 вращается на равной скорости вращения относительно скорости вращения коленчатого вала 16, и компонент по оси Y вызывающей вибрацию силы балансировочного вала 40 изменяется вдоль синусоидальной волны, не имеющей искажение, идентично форме 60 сигнала. Соответственно, в этом случае, результирующая сила компонентов по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированных посредством коленчатого вала 16 и балансировочного вала 40, должна соответствовать результирующей силе, которая получается посредством удвоения вызывающей вибрацию силы формы 60 сигнала. Таким образом, результирующая сила должна соответствовать форме 60*2 сигнала, проиллюстрированной на фиг. 8.
Форма 60 сигнала не включает в себя искажение. Следовательно, даже когда форма 60 сигнала объединяется с формой 60 сигнала, результирующая форма 60*2 сигнала не приближается к форме 64 сигнала силы инерции поршня 12 настолько. В отличие от этого, форма 60+62 сигнала, сформированная посредством объединения формы 60 сигнала с формой 62 сигнала, является относительно плоской в окрестности нижней мертвой точки и имеет пикообразное повышение в окрестности верхней мертвой точки. Форма 60+62 сигнала гораздо ближе к симметричной форме 64 сигнала, по сравнению с формой 60*2 сигнала.
Фиг. 9 иллюстрирует формы сигналов, сформированные посредством дополнительного объединения формы 60*2 сигнала и формы 60+62 сигнала с формой 64 сигнала, проиллюстрированной на фиг. 8, соответственно. Смысловые значения соответствующих форм сигналов описываются следующим образом.
Форма 60*2+64 сигнала: несбалансированная сила, остающаяся в двигателе 10 внутреннего сгорания, когда балансировочный вал 40 управляется с помощью зубчатой передачи
Форма 60+62+64 сигнала: несбалансированная сила, остающаяся в двигателе 10 внутреннего сгорания в настоящем варианте осуществления
Как показано посредством формы 60+62+64 сигнала, несбалансированная сила, остающаяся в двигателе 10 внутреннего сгорания в настоящем варианте осуществления, является достаточная небольшой во всей области угла θ поворота коленчатого вала. Несбалансированная сила является достаточно небольшой по сравнению с несбалансированной силой в случае вращения балансировочного вала 40 на равной скорости вращения с зубчатой передачей (форма 60*2+64 сигнала).
Шатун 36, используемый в настоящем варианте осуществления, может формироваться таким образом, что он гораздо легче и компактнее по сравнению с зубчатой передачей. Следовательно, конфигурация настоящего варианта осуществления является более преимущественной для уменьшения размера и веса двигателя 10 внутреннего сгорания и может обеспечивать более превосходную плавность работы двигателю 10 внутреннего сгорания, по сравнению со случаем вращения балансировочного вала 40 посредством использования зубчатой передачи.
Пример модификации первого варианта осуществления изобретения
Фиг. 10 является схемой для пояснения конфигурации примера модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения. В вышеуказанном первом варианте осуществления, точка 32 соединения с коленчатым валом предоставляется на противоположной стороне эксцентрикового груза 24 коленчатого вала с центром главного вала 22 коленчатого вала между ними, и точка 38 соединения с балансировочным валом предоставляется на противоположной стороне эксцентрикового груза 48 балансировочного вала с центром осевого вала 44 балансировочного вала между ними (см. фиг. 1). Тем не менее, конфигурация настоящего изобретения не ограничена этим. Таким образом, как проиллюстрировано на фиг. 10, точка 32 соединения с коленчатым валом может предоставляться на стороне, идентичной стороне эксцентрикового груза 24 коленчатого вала относительно центра главного вала 22 коленчатого вала, и точка 38 соединения с балансировочным валом может предоставляться на стороне, идентичной стороне эксцентрикового груза 48 балансировочного вала относительно центра осевого вала 44 балансировочного вала.
Фиг. 11, 12 и 13 иллюстрируют формы сигналов сил инерции и вызывающих вибрацию сил, которые формируются при работе в вышеуказанном примере модификации. Формам сигналов, проиллюстрированным на соответствующих чертежах, назначаются общие ссылки с номерами со ссылками с номерами, показанными на фиг. 7, 8 и 9. Как проиллюстрировано на фиг. 13, согласно конфигурации настоящего примера модификации, несбалансированная сила (форма 60+62+64 сигнала), остающаяся в двигателе 10 внутреннего сгорания, может задаваться меньшей по сравнению со случаем первого варианта осуществления. Следует отметить, что позиции точки 32 соединения с коленчатым валом и точки 38 соединения с балансировочным валом не ограничены позициями, проиллюстрированными на фиг. 10, и могут надлежащим образом задаваться в соответствии с формой сигнала компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, который должен формироваться в балансировочном устройстве 30.
Дополнительно, в вышеуказанном первом варианте осуществления, двигатель 10 внутреннего сгорания описывается как одноцилиндровый двигатель, но конфигурация настоящего изобретения не ограничена этим. Например, в четырехтактном двухцилиндровом двигателе, поршни двух цилиндров выполняют возвратно-поступательные движения в идентичной фазе. Настоящее изобретение может использоваться для того, чтобы уравновешивать силы инерции, сформированные посредством двух поршней.
Дополнительно, в вышеуказанном первом варианте осуществления фаза центра тяжести коленчатого вала 16 и фаза центра тяжести балансировочного вала 40 задаются таким образом, что они соответствуют друг другу в верхней мертвой точке и нижней мертвой точке, но фазы обоих из них при необходимости могут задаваться таким образом, что они отличаются друг от друга, с тем чтобы получать требуемую вызывающую вибрацию силу. Фазы обоих из них, в частности, могут отличаться в соответствии с необходимостью в пределах диапазона в 45 (°CA), в пределах диапазона в 30 (°CA), в пределах диапазона в 15 (°CA) или в пределах диапазона в 5 (°CA).
Следует отметить, что вышеуказанные три модификации могут использоваться не только в качестве модификации первого варианта осуществления, но также и использоваться в качестве модификаций всех других вариантов осуществления, которые описываются ниже.
Дополнительно, в вышеуказанном первом варианте осуществления, скользящая часть 52, которая удерживается посредством направляющей секции 54, задается круглой, но конфигурация настоящего изобретения не ограничена этим. Скользящая часть 52 может представлять собой что угодно, что может заставлять шарнир 50 выполнять прямолинейное движение вдоль направляющей секции 54, и ее форма может представлять собой квадратную форму или прямоугольную форму, в которой углы исключены.
Дополнительно, в вышеуказанном первом варианте осуществления, шарнир 50, который удерживается посредством направляющей секции 54, предоставляется в средней точке шатуна 36, но конфигурация настоящего изобретения не ограничена этим. Таким образом, шарнир 50 шатуна 36 может предоставляться в произвольной точке на шатуне 36 в пределах диапазона, в котором обеспечивается работа балансировочного устройства 30.
Дополнительно, в вышеуказанном первом варианте осуществления, механизм 46 регулирования точек соединения с балансировочным валом предоставляется в балансировочном валу 40, но конфигурация настоящего изобретения не ограничена этим. Таким образом, механизм регулирования точек соединения может предоставляться в каждом из балансировочного вала 40 и коленчатого вала 16 либо в коленчатом валу 16, чтобы обеспечивать работу балансировочного устройства 30.
Второй вариант осуществления изобретения
Далее описывается второй вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 14. Фиг. 14 является схемой для пояснения работы балансировочного устройства 66 в настоящем варианте осуществления. Конфигурация настоящего варианта осуществления может быть реализована посредством монтажа балансировочного устройства 66, проиллюстрированного на фиг. 14, на двигателе 10 внутреннего сгорания, проиллюстрированном на фиг. 1, вместо балансировочного устройства 30, проиллюстрированного на фиг. 2. В дальнейшем в этом документе, на фиг. 14, общим элементам с элементами, проиллюстрированными на фиг. 2, назначаются общие ссылки с номерами, и их пояснение опускается или упрощается.
Балансировочное устройство 66, проиллюстрированное на фиг. 14, включает в себя направляющую секцию 68, чтобы регулировать траекторию шатуна 36. Направляющая секция 68 имеет канавку 70, практически равную ширине шатуна 36. Шатун 36 может скользить в канавке 70 в состоянии, в котором шатун 36 размещен в канавке 70.
Направляющая секция 68 включает в себя вращательный вал 72 в части, в которой шатун 36 накладывается на фиг. 14 (первоначально находится на задней стороне шатуна 36 и не может визуально распознаваться). Вращательный вал 72 является параллельным с главным валом 22 коленчатого вала и осевым валом 44 балансировочного вала и предоставляется в позиции, наложенной на центральную линию 56 "коленчатый вал - балансировочный вал", соединяющую центр главного вала 22 коленчатого вала и центр осевого вала 44 балансировочного вала. Следовательно, направляющая секция 68 может вращаться в подвижной плоскости шатуна 36 при удерживании шатуна 36.
На фиг. 14, точка 74 в виде черного круга, начерченная на шатуне 36, выражает среднюю точку шатуна 36. В вышеуказанном первом варианте осуществления, движение шатуна 36 регулируется таким образом, что средняя точка (шарнир 50) шатуна 36 перемещается на центральной линии 56 "коленчатый вал - балансировочный вал" (см. фиг. 2). В этом случае, шатун 36 всегда передает смещение, которое возникает в точке 32 соединения с коленчатым валом, в точку 38 соединения с балансировочным валом с рычагом 1:1.
В настоящем варианте осуществления, как проиллюстрировано на фиг. 14, в ситуации угла поворота коленчатого вала θ=0 (°CA), средняя точка 74 шатуна 36 отклоняется от направляющей секции 68 к вышерасположенной стороне, т.е. к стороне точки 38 соединения с балансировочным валом. В этом случае, смещение, возникающее с точкой 32 соединения с коленчатым валом, передается в точку 38 соединения с балансировочным валом при усилении с рычагом, большим единицы. Затем, когда угол θ поворота коленчатого вала превышает 90 (°CA), средняя точка 74 шатуна 36 находится в состоянии, отклоненном к нижней стороне направляющей секции 68, т.е. к стороне точки 32 соединения с коленчатым валом. На этой стадии, смещение, которое возникает на стороне точки 32 соединения с коленчатым валом, передается в точку 38 соединения с балансировочным валом при уменьшении с рычагом меньше единицы.
Таким образом, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, смещение, которое возникает в точке 32 соединения с коленчатым валом, может передаваться в точку 38 соединения с балансировочным валом надлежащим образом с различными рычагами. Более конкретно, в области в окрестности верхней мертвой точки, в которой угол θ поворота коленчатого вала имеет значение около 0 (°CA), балансировочный вал 40 может вращаться с более высокой скоростью вращения по сравнению со случаем первого варианта осуществления относительно вращения угла θ поворота коленчатого вала. В области в окрестности нижней мертвой точки, в которой угол θ поворота коленчатого вала составляет около 180 (°CA), балансировочный вал 40 может вращаться более медленно по сравнению со случаем первого варианта осуществления относительно вращения угла θ поворота коленчатого вала.
Когда профиль скорости вращения балансировочного вала 40 изменяется, профиль вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством балансировочного вала 40, также отличается. Следовательно, согласно балансировочному устройству 66 в настоящем варианте осуществления, может формироваться профиль вызывающей вибрацию силы, отличающийся от случая первого варианта осуществления.
Сила инерции, сформированная посредством поршня 12 двигателя 10 внутреннего сгорания, демонстрирует различные профили в соответствии с различными расчетными значениями. Согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, превосходная плавность работы может обеспечиваться для двигателя 10 внутреннего сгорания в случае, если профиль силы инерции, сформированной посредством поршня 12, является в значительной степени аналогичным профилю вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством балансировочного устройства 66, проиллюстрированного на фиг. 14.
Третий вариант осуществления изобретения
Далее описывается третий вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 15-18. Фиг. 15 является схемой для пояснения работы балансировочного устройства 78 в настоящем варианте осуществления. Конфигурация настоящего варианта осуществления может быть реализована посредством монтажа балансировочного устройства 78, проиллюстрированного на фиг. 15, на двигателе 10 внутреннего сгорания, проиллюстрированном на фиг. 1, вместо балансировочного устройства 30, проиллюстрированного на фиг. 2. Балансировочное устройство 78 является аналогичным балансировочному устройству 30, проиллюстрированному на фиг. 2, за исключением трех аспектов, описанных следующим образом. Следует отметить, что на фиг. 15, общим элементам с элементами, проиллюстрированными на фиг. 2, назначаются общие ссылки с номерами, и их пояснение опускается или упрощается.
Отличие 1
Балансировочное устройство 78 настоящего варианта осуществления включает в себя балансировочный вал 80. Механизм 42 соединения с балансировочным валом непосредственно присоединяется к балансировочному валу 80 без использования механизма 46 регулирования точек соединения с балансировочным валом (см. фиг. 2).
Отличие 2
Балансировочное устройство 78 настоящего варианта осуществления удовлетворяет следующим условиям:
CB
cb
(1) Расстояние L между центром главного вала 22 коленчатого вала и центром осевого вала 44 балансировочного вала равно расстоянию l между точкой 32 соединения с коленчатым валом и точкой 38 соединения с балансировочным валом.
(2) Радиус r1 вращения точки 32 соединения с коленчатым валом равен радиусу r2 вращения точки 38 соединения с балансировочным валом.
Отличие 3
Балансировочное устройство 78 настоящего варианта осуществления включает в себя направляющую секцию 82. На фиг. 15, пунктирная линия в форме восьмерки, проиллюстрированной в направляющей секции 82, показывает траекторию 84 шарнира 50. Направляющей секции 82 предоставляется ширина, большая диаметра скользящей части 52, так что шарнир 50 может перемещаться вдоль траектории 84.
На фиг. 15, в состоянии угла θ поворота коленчатого вала в 0 (°CA), центральная линия шатуна 36 накладывается на линию, соединяющую центр осевого вала 44 балансировочного вала и точку 38 соединения с балансировочным валом. В дальнейшем в этом документе, эта точка называется "первой точкой изменения". В первой точке изменения, осевая сила, которая предоставляется точке 38 соединения с балансировочным валом из шатуна 36, не предоставляет вращающий момент балансировочному валу 80. Следовательно, балансировочный вал 80 находится в состоянии возможности вращения, как в направлении нормального вращения, так и в направлении обратного вращения в первой точке изменения.
Когда коленчатый вал 16 нормально вращается из первой точки изменения, незначительно смещение в направлении (положительное направление по оси x, отрицательное направление по оси y) возникает в точке 32 соединения с коленчатым валом. Расстояние между точкой 32 соединения с коленчатым валом и точкой 38 соединения с балансировочным валом всегда является постоянным, и следовательно, если вышеописанное смещение возникает в точке 32 соединения с коленчатым валом, точка 38 соединения с балансировочным валом не может удерживать от смещения ни в одном из направлений, чтобы компенсировать смещение.
Если шатун 36 может свободно смещаться, точка 38 соединения с балансировочным валом может смещаться как в положительном направлении по оси x, так и в отрицательной позиции по оси x, т.е. как в направлении нормального вращения, так и направлении обратного вращения. Когда точка 38 соединения с балансировочным валом смещается в направлении нормального вращения с точкой 32 соединения с коленчатым валом, шарниром 50 в шатуне 36, который расположен в средней точке между точкой 32 соединения с коленчатым валом и точкой 38 соединения с балансировочным валом, обязательно смещается в направлении нормального вращения вдоль идеальной круговой траектории. С другой стороны, когда точка 38 соединения с балансировочным валом смещается в противоположном направлении относительно точки 32 соединения с коленчатым валом, небольшое смещение по оси x и большое смещение по оси y возникают в шарнире 50, который расположен в средней точке между точкой 32 соединения с коленчатым валом и точкой 38 соединения с балансировочным валом. В этом случае, шарнир 50 смещается вдоль траектории 84 в форме восьмерки.
Фиг. 16 является схемой, показывающей траекторию 84 (в дальнейшем в этом документе, называемую "траекторией обратного вращения") в форме восьмерки, описанную выше, отличающуюся от траектории 86 (в дальнейшем в этом документе, называемой "траекторией нормального вращения") шарнира 50 согласно нормальному вращению точки 38 соединения с балансировочным валом. Следует отметить, что траектория 88 скольжения, проиллюстрированная посредством назначения ссылки с номером 88 на фиг. 16, выражает форму, которой придерживается наружная стенка скользящей части 52, когда шарнир 50 смещается вдоль траектории 84 обратного вращения.
Фиг. 17 является схемой для пояснения подробностей направляющей секции 82, проиллюстрированной на фиг. 15. Как проиллюстрировано на фиг. 17, направляющая секция 82 включает в себя направляющую 90 на стороне балансировочного вала на одном конце. Направляющая 90 на стороне балансировочного вала предоставляется в точке, в которой скользящая часть 52 расположена в первой точке изменения, и имеет форму, идентичную форме верхней концевой части траектории 88 скольжения, проиллюстрированной на фиг. 16. Направляющая 90 на стороне балансировочного вала может предотвращать смещение скользящей части 52 вдоль траектории 86 нормального вращения и заставлять скользящую часть 52 смещаться вдоль траектории 84 обратного вращения в первой точке изменения.
По причине, описанной выше, в балансировочном устройстве 78 настоящего варианта осуществления (см. фиг. 15), во время незначительного вращения коленчатого вала 16 из первой точки изменения, скользящая часть 52 может всегда смещаться вдоль траектории 84 обратного вращения. Как результат, направление смещения точки 38 соединения с балансировочным валом обязательно становится направлением обратного вращения, т.е. отрицательным направлением по оси x. Когда точка 38 соединения с балансировочным валом даже незначительно смещается в отрицательном направлении по оси x от первой точки изменения, осевая сила, сформированная посредством шатуна 36, предоставляет вращающий момент балансировочному валу 40. После этого, до тех пор, пока угол θ поворота коленчатого вала не достигает 180 (°CA), балансировочный вал 80 принимает вращающий момент и поддерживает стабильное обратное вращение.
Когда угол θ поворота коленчатого вала достигает 180 (°CA), состояние, в котором линия, соединяющая центр осевого вала 44 балансировочного вала и точки 38 соединения с балансировочным валом, накладывается на центральную линию шатуна 36, формируется снова. В дальнейшем в этом документе, точка называется "второй точкой изменения". Во второй точке изменения, балансировочный вал 80 находится в состоянии, в котором балансировочный вал 80 может вращаться как в направлении нормального вращения, так и в направлении обратного вращения, аналогично первой точке изменения.
Как проиллюстрировано на фиг. 17, направляющая секция 82 в настоящем варианте осуществления включает в себя направляющую 92 на стороне коленчатого вала на противоположной стороне направляющей 90 на стороне балансировочного вала. Направляющая 92 на стороне коленчатого вала предоставляется в точке, в которой скользящая часть 52 расположена во второй точке изменения, и имеет форму, идентичную форме нижней концевой части траектории 88 скольжения, проиллюстрированной на фиг. 16. Направляющая 92 на стороне коленчатого вала может предотвращать смещение скользящей части 52 вдоль траектории 86 нормального вращения и заставлять скользящую часть 52 смещаться вдоль траектории 84 обратного вращения во второй точке изменения.
Вследствие регулирования посредством направляющей 92 на стороне коленчатого вала, скользящая часть 52 всегда смещается вдоль траектории 84 обратного вращения, когда коленчатый вал 16 вращается из второй точки изменения. Когда небольшое смещение возникает, вращающий момент в направлении обратного вращения действует на балансировочный вал 80 стабильно до тех пор, пока коленчатый вал 16 не возвратится в первую точку изменения. Вышеуказанная операция повторяется, за счет чего в настоящем варианте осуществления, балансировочному валу 80 также обеспечивается возможность выполнять вращение на неравной скорости вращения в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала 16.
Как проиллюстрировано на фиг. 16, во время перемещения шарнира 50 вдоль траектории 84 обратного вращения, наружная стенка скользящей части 52 придерживается траектории 88 скольжения, имеющей суженную часть в центральной части. Следовательно, внутренняя стенка направляющей секции 82 может формироваться посредством набора кривых линий, аналогично траектории 88 скольжения. Тем не менее, функция, которая требуется направляющей секции 82 в настоящем варианте осуществления, представляет собой только регулирование движения скользящей части 52 в первой точке изменения и второй точке изменения.
Другими словами, если движение скользящей части 52 может надлежащим образом регулироваться в первой точке изменения и второй точке изменения в настоящем варианте осуществления, в процессе между первой точкой изменения и второй точкой изменения, балансировочный вал 80 может принудительно выполнять обратное вращение стабильно посредством осевой силы шатуна 36. Следовательно, направляющая секция 82 не обязательная должна контактировать со скользящей частью 52 между первой точкой изменения и второй точкой изменения.
На фиг. 17, направляющая секция 82 включает в себя прямолинейные боковые стенки 94 и 96 между направляющей 90 на стороне балансировочного вала и направляющей 92 на стороне коленчатого вала. Поскольку эти боковые стенки 94 и 96 являются прямолинейными и, следовательно, легко формируются по сравнению с боковыми стенками в искривленных формах траектории 88 скольжения (см. фиг. 16). Дополнительно, эти боковые стенки 94 и 96 не создают помехи для скользящей части 52, которая смещается вдоль траектории 88 скольжения. Следовательно, согласно направляющей секции 82, как проиллюстрировано на фиг. 17, требуемая функция может быть реализована при упрощении процесса изготовления.
Как описано выше, посредством конфигурации настоящего варианта осуществления, балансировочный вал 80 также может принудительно выполнять вращение на неравной скорости вращения в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала 16 посредством конструкции посредством использования шатуна 36. Следовательно, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, также может быть реализован компактный двигатель 10 внутреннего сгорания, который имеет превосходную плавность работы, как и в случае первого или второго варианта осуществления.
Следует отметить, что в вышеуказанном третьем варианте осуществления, шарнир 50 и скользящая часть 52 шатуна 36 соответствуют "ограничительной части" в четвертом варианте осуществления изобретения.
Пример модификации третьего варианта осуществления изобретения
Фиг. 18 иллюстрирует пример другой конфигурации, которая может использоваться в качестве направляющей секции 82 в третьем варианте осуществления. В вышеуказанном третьем варианте осуществления, прямолинейные боковые стенки 94 и 96 предоставляются между направляющей 90 на стороне балансировочного вала и направляющей 92 на стороне коленчатого вала. В примере, проиллюстрированном на фиг. 18, эти боковые стенки 94 и 96 опускаются. Направляющая секция 82 в третьем варианте осуществления может быть реализована посредством такой простой конфигурации.
Четвертый вариант осуществления изобретения
Далее описывается четвертый вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 19-24. Фиг. 19 является схемой для пояснения конфигурации настоящего варианта осуществления. Конфигурация настоящего варианта осуществления может быть реализована посредством добавления механизма 98 приложения момента в конфигурацию третьего варианта осуществления, описанного выше. Следует отметить, что на фиг. 19, общим элементам с элементами, проиллюстрированными на фиг. 1 или фиг. 15, назначаются общие ссылки с номерами, и их пояснение опускается или упрощается.
Механизм 98 приложения момента включает в себя кулачок 100. Кулачок 100 присоединяется к осевому валу 44 балансировочного вала. Кулачок 100 имеет рабочий выступ кулачка 106, который вращается вместе с осевым валом 44 балансировочного вала.
Механизм 98 приложения момента также включает в себя пружинные элементы 102 и 104. Пружинные элементы 102 и 104 располагаются таким образом, что они передают силы сжатия пружины боковой поверхности кулачка 100 в позициях, которые являются на 180 (градусов) несинфазными между собой.
Конфигурация настоящего варианта осуществления включает в себя балансировочное устройство 78, как и в случае третьего варианта осуществления. В балансировочном устройстве 78, возникают состояния, в которых вращающий момент не передается на балансировочный вал 80 в первой точке изменения и второй точке изменения. Механизм 98 приложения момента предоставляется для приложения вращающего момента в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала 16 к балансировочному валу 80 в этих состояниях.
Фиг. 20 является схемой для пояснения работы конфигурации настоящего варианта осуществления. Дополнительно, фиг. 21 иллюстрирует абсолютную величину крутящего момента от пружинного элемента, который кулачок 100 принимает из пружинных элементов 102 и 104 в ситуациях (1)-(8), проиллюстрированных на фиг. 20. Следует отметить, что на фиг. 21, область, в которой крутящий момент от пружинного элемента является отрицательным, представляет собой область, в которой пружинные элементы 102 и 104 сжимаются, и область, в которой крутящий момент от пружинного элемента является положительным, представляет собой область, в которой пружинные элементы 102 и 104 высвобождаются.
На фиг. 20 и 21, в секции от (1) до (2), осевая сила 108 шатуна 36 формирует момент 110, который вращает балансировочный вал 80, и смещение 112 в направлении сжатия возникает в пружинном элементе 102 с вращением кулачка 100. В секции от (2) до (4), смещение 112 в направлении высвобождения возникает в пружинном элементе 102, и момент 110 передается на балансировочный вал 80 через кулачок 100. Конфигурация настоящего варианта осуществления спроектирована таким образом, что первая точка изменения включена в секцию от (2) до (4). Если момент 110 передается на балансировочный вал 80 в этой секции, балансировочный вал 80 может принудительно сохранять стабильность обратного вращения.
Кулачок 100 настоящего варианта осуществления формируется таким образом, что растягивание и сжатие не возникает в пружинном элементе 102 в секции от (4) до (5). Следовательно, балансировочный вал 80 поддерживает обратное вращение в основном посредством осевой силы шатуна 36 в этой секции. В секции от (5) до (8), момент 110, который является практически аналогичным моменту 110 в секции от (1) до (4), возникает вследствие функции пружины 104. Конфигурация настоящего варианта осуществления спроектирована таким образом, что вторая точка изменения включена в секцию от (6) до (8), в которой сила сжатия пружины формирует момент 110. Следовательно, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, балансировочный вал 80 может стабильно вращаться в противоположную сторону относительно коленчатого вала 16 во всей области вращения.
Модификация четвертого варианта осуществления изобретения
В этой связи, в вышеуказанном четвертом варианте осуществления, секция от (4) до (5) и секция от (8) до (1), проиллюстрированные на фиг. 20 и 21, задаются как секции, в которых крутящий момент от пружинного элемента не формируется. Тем не менее, конфигурация настоящего изобретения не ограничена этим. В этих секциях, осевая сила шатуна 36 формирует большой момент, и, следовательно, чтобы сглаживать крутящий момент приведения в действие, эти секции могут использоваться в качестве секций для сжатия пружинных элементов 102 и 104, как проиллюстрировано на фиг. 22.
Дополнительно, в вышеуказанном четвертом варианте осуществления, требуемый вращающий момент формируется как в окрестности первой точки изменения, так и в окрестности второй точки изменения посредством использования двух пружинных элементов 102 и 104. Тем не менее, конфигурация настоящего изобретения не ограничена этим. Фиг. 23 иллюстрирует конфигурацию с использованием кулачка 114, имеющего два рабочих выступа кулачка. Согласно такой конфигурации, как в первой точке изменения, так и во второй точке изменения, одному пружинный элемент 102 может принудительно формировать требуемый вращающий момент.
Дополнительно, в вышеуказанном четвертом варианте осуществления, кулачок 100 присоединяется к осевому валу 44 балансировочного вала, чтобы формировать вращающий момент. Тем не менее, конфигурация настоящего изобретения не ограничена этим. Фиг. 24 иллюстрирует пример, в котором два кулачковых механизма 116 и 118 предоставляются на стороне стационарного элемента, такого как блок цилиндров. Кулачковые механизмы 116 и 118, соответственно, имеют функции преобразования операции вращения точки 38 соединения с балансировочным валом в крутящий момент от пружинного элемента. Согласно такой конфигурации, может надлежащим образом формироваться вращающий момент для принудительного продолжения, посредством балансировочного вала 80, стабильного обратного вращения, как и в случае четвертого варианта осуществления.
Дополнительно, в вышеуказанном четвертом варианте осуществления, чтобы прикладывать требуемый вращающий момент к балансировочному валу 80, кулачок 100 и пружинные элементы 102 и 104 вновь включаются в двигатель 10 внутреннего сгорания. Тем не менее, конфигурация настоящего изобретения не ограничена этим. Например, рядный цилиндровый бензиновый двигатель с прямым впрыском топлива и дизельный двигатель включают в себя высоконапорные насосы для впрыска топлива. Высоконапорный насос для впрыска топлива может включать в себя кулачок, который работает синхронно с рабочим циклом двигателя внутреннего сгорания, и пружинный элемент, который зацепляется с кулачком. Вращающий момент, сформированный в четвертом варианте осуществления, может формироваться посредством использования существующего кулачка, пружинного элемента и т.п.
Дополнительно, в вышеуказанном четвертом варианте осуществления, механизм 98 приложения момента включен в конфигурацию третьего варианта осуществления. Балансировочное устройство 78 третьего варианта осуществления проще вызывает самоблокировку в первой точке изменения и второй точке изменения, по сравнению с балансировочным устройством 30 в первом варианте осуществления и балансировочным устройством 66 во втором варианте осуществления. Следовательно, конфигурация четвертого варианта осуществления демонстрирует особенно высокую применимость в случае базирования на конфигурации третьего варианта осуществления. Тем не менее, комбинированное условие не ограничено этим. Таким образом, механизм 98 приложения момента в четвертом варианте осуществления может комбинироваться с конфигурацией первого варианта осуществления или второго варианта осуществления.
Пятый вариант осуществления изобретения
Далее описывается пятый вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 25-27. Фиг. 25 является схемой для пояснения конфигурации настоящего варианта осуществления. Конфигурация настоящего варианта осуществления может быть реализована посредством добавления механизма 120 приложения момента в конфигурацию третьего варианта осуществления, описанного выше. Следует отметить, что, на фиг. 25, общим элементам с элементами, проиллюстрированными на фиг. 1 или фиг. 15, назначаются общие ссылки с номерами, и их пояснение опускается или упрощается.
В настоящем варианте осуществления, механизм 120 приложения момента включает в себя первый пружинный элемент 122. Первый пружинный элемент 122 включает в себя пружинный элемент 124 и контактную часть 126. Контактная часть 126 предоставляется таким образом, что она входит в контакт с точкой 38 соединения с балансировочным валом в первой точке изменения, в которой осевая линия шатуна 36 накладывается на центр осевого вала 44 балансировочного вала. Дополнительно, пружинный элемент 124 предоставляется таким образом, чтобы формировать силу сжатия пружины, которая подталкивает точку 38 соединения с балансировочным валом в направлении против часовой стрелки на фиг. 24 при возможности.
Механизм 120 приложения момента также включает в себя второй пружинный элемент 128. Второй пружинный элемент 128 предоставляется в позиции практически на 180 (градусов) несинфазной с первым пружинным элементом 122. Второй пружинный элемент 128 включает в себя пружинный элемент 132 и контактную часть 130. Контактная часть 130 предоставляется таким образом, что она входит в контакт с точкой 38 соединения с балансировочным валом во второй точке изменения, указывающей состояние, в котором балансировочный вал 80 вращается на 180 (градусов) из первой точки изменения. Дополнительно, пружинный элемент 132 предоставляется, чтобы формировать силу сжатия пружины, которая подталкивает точку 38 соединения с балансировочным валом в направлении против часовой стрелки на фиг. 25 при возможности.
Фиг. 26 является схемой для пояснения работы конфигурации настоящего варианта осуществления. Дополнительно, фиг. 27 иллюстрирует абсолютную величину толкающей силы в направлении по оси x, принимаемой посредством точки 38 соединения с балансировочным валом, в ситуациях (1)-(8), проиллюстрированных на фиг. 26. Как проиллюстрировано на фиг. 26, в секции от (1) до (2), осевая сила 134, которая предоставляет смещение 136 первого пружинного элемента 122 в направлении сжатия, возникает при вращении коленчатого вала 16. В секции от (3) до (4), смещение 136 в направлении прохождения возникает в первом пружинном элементе 122. Затем точка 38 соединения с балансировочным валом продолжает прием силы реакции 138 в отрицательном направлении по оси x практически по всей секции от (1) до (4).
Когда точка 38 соединения с балансировочным валом расположена в верхней стороне относительно центра осевого вала 44 балансировочного вала, сила реакции 138 в отрицательном направлении по оси x формирует момент, который вращает балансировочный вал 80 в противоположном направлении относительно коленчатого вала. В настоящем варианте осуществления, балансировочное устройство 78 спроектировано таким образом, что первая точка изменения включена в секцию от (1) до (4). Следовательно, согласно устройству 78, балансировочный вал 80 может стабильно вращаться в направлении обратного вращения в окрестности первой точки изменения.
На фиг. 26, в секции от (5) до (8), второй пружинный элемент 128 подталкивает точку 38 соединения с балансировочным валом в положительном направлении по оси x. Когда точка 38 соединения с балансировочным валом расположена в нижней стороне относительно центра осевого вала 44 балансировочного вала, сила в положительном направлении по оси x, которая действует на точку 38 соединения с балансировочным валом, формирует момент, который вращает балансировочный вал 80 в противоположном направлении относительно направления вращения коленчатого вала 16. В настоящем варианте осуществления, балансировочное устройство 78 спроектировано таким образом, что вторая точка изменения включена в секцию от (5) до (8). Следовательно, согласно устройству 78, балансировочный вал 80 может стабильно вращаться в направлении обратного вращения в окрестности второй точки изменения.
Как описано выше, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, балансировочный вал 80 также может стабильно вращаться в противоположном направлении относительно коленчатого вала 16, как и в случае четвертого варианта осуществления. Следовательно, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, также может предоставляться компактный двигатель 10 внутреннего сгорания с превосходной плавностью работы.
Шестой вариант осуществления изобретения
Конфигурация шестого варианта осуществления изобретения
Далее описывается шестой вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 28-34. Фиг. 28 является схемой для пояснения конфигурации шестого варианта осуществления настоящего изобретения. Конфигурация настоящего варианта осуществления является аналогичной конфигурации первого варианта осуществления (см. фиг. 1) за исключением такого аспекта, что балансировочное устройство 30 заменяется балансировочным устройством 140 со смещенной конструкцией.
В настоящем варианте осуществления, коленчатый вал 16 двигателя 10 внутреннего сгорания используется способом смещенного кривошипа. На фиг. 28, пунктирная линия, показанная посредством назначения ссылки с номером 142, представляет собой осевую линию возвратно-поступательного движения поршня 12. В двигателе 10 внутреннего сгорания осевая линия 144 коленчатого вала 16 располагается в позиции, отделенной от осевой линии 142 поршня 12 на расстояние H параллельно с осевой линией 142.
Эффект посредством смещенного кривошипа
Фиг. 29 является схемой для пояснения эффекта, полученного способом смещенного кривошипа. Чертеж в левой стороне на фиг. 29 показывает конструкцию сравнительного примера. В конструкции, центр главного вала 22 коленчатого вала накладывается на осевую линию 142 возвратно-поступательного движения поршня 12. Чертеж в правой стороне на фиг. 29 схематично иллюстрирует конструкцию с использованием способа смещенного кривошипа. В конструкции, центр главного вала 22 коленчатого вала смещается на расстояние H от осевой линии 142 возвратно-поступательного движения поршня 12.
На фиг. 29, стрелка, показанная посредством назначения ссылки с номером 146, выражает давление сгорания, которое действует на поршень 12. Давление 146 сгорания достигает большого значения, когда поршень 12 незначительно проходит верхнюю мертвую точку в рабочем ходе. Два чертежа, проиллюстрированные на фиг. 29, показывают состояние, в котором большое давление 146 сгорания действует на поршень 12.
Поршень 12 соединяется с пальцем 18 кривошипа через шатун 14. Следовательно, сила 148 реакции давления 146 сгорания вводится в поршень 12 из шатуна 14. Когда шатун 14 наклоняется под δ (градусов) относительно осевой линии 142 поршня 12, сила 148 реакции включает в себя горизонтальный компонент 150, выражаемый посредством (сила 148 реакции * sin δ). Горизонтальный компонент 150 выступает в качестве силы, которая прижимает поршень 12 к боковой стенке в цилиндре.
В конструкции сравнительного примера, в котором осевая линия 142 возвратно-поступательного движения поршня 12 накладывается на центр главного вала 22 коленчатого вала, большое давление 146 сгорания прилагается к поршню 12 в состоянии, в котором шатун 14 наклоняется относительно осевой линии 142. Следовательно, в этой конфигурации, большой горизонтальный компонент 150 формируется, и трение поршня 12 имеет тенденцию быть большим.
Согласно способу смещенного кривошипа, угол наклона δ шатуна 14 во время действия большого давления 146 сгорания на поршень 12 может задаваться равным небольшому значению. Следовательно, согласно конфигурации, поршень 12 может выполнять возвратно-поступательное движение в цилиндре без приема большого горизонтального компонента 150. Следовательно, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, может уменьшаться трение поршня 12, и повышается эффективность использования топлива, по сравнению с конфигурацией сравнительного примера.
Асимметрия вследствие смещения
Фиг. 30 является схемой для пояснения асимметрии профиля скорости вращения, показанного посредством поршня 12 в настоящем варианте осуществления. На фиг. 30, поршень 12 расположен в верхней мертвой точке при угле поворота коленчатого вала θ=0 (°CA) и расположен в нижней мертвой точке при θ=180 (°CA).
Относительно угла θ поворота коленчатого вала, θ=90 (°CA) и θ=270 (°CA) являются средними точками между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой. Тем не менее, между углом наклона δ90 шатуна 14 в θ=90 (°CA) и углом наклона δ 270 в θ=270 (°CA), значительные различия возникают вследствие влияния смещенного кривошипа. Как результат, ход PS90 поршня, который возникает при угле поворота коленчатого вала θ=90 (°CA) и ход PS270 поршня, который возникает при θ=270 (°CA), имеют различные значения. Обязательно, ход (PS180-PS90), который возникает, когда θ изменяется с 90 до 180 (°CA) и ход (PS270-PS180), который возникает, когда изменения θ с 180 до 270 (°CA) также имеют различные значения.
Как описано выше, в двигателе 10 внутреннего сгорания, в котором используется способ смещенного кривошипа, поршень 12 демонстрирует асимметричные профили смещения в процессе наружным способом с прохождением угла θ поворота коленчатого вала от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке и в процессе обратным способом с прохождением от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Когда профили смещения являются асимметричными, силы инерции, которые возникают со смещениями, также становятся асимметричными. Следовательно, чтобы уравновешивать силу инерции, сформированную посредством поршня 12 двигателя 10 внутреннего сгорания, с высокой точностью, эффективно заставлять балансировочное устройство 140 формировать асимметричную вызывающую вибрацию силу.
Конфигурация балансировочного устройства настоящего варианта осуществления изобретения
Фиг. 31A иллюстрирует конфигурацию балансировочного устройства 140, которое используется в настоящем варианте осуществления. Балансировочное устройство 140 является аналогичным балансировочному устройству 30 (см. фиг. 2) в первом варианте осуществления за исключением такого аспекта, что центральная линия 56 "коленчатый вал - балансировочный вал", которая соединяет центр главного вала 22 коленчатого вала и осевого вала 44 балансировочного вала, смещается таким образом, что она отделена от осевой линии 152 направляющей секции 54 на расстояние h. В дальнейшем в этом документе, на фиг. 31A, общим элементам с элементами, проиллюстрированными на фиг. 2, назначаются общие ссылки с номерами, и их пояснение опускается или упрощается.
В балансировочном устройстве 140, проиллюстрированном на фиг. 31A, скользящая часть 52 шатуна 36 выполняет прямолинейное движение в направляющей секции 54 с вращением коленчатого вала 16. При движении, шарнир 50 шатуна 36 перемещается вдоль осевой линии 152 из направляющей секции 54. Если шарнир 50 перемещается на центральной линии 56 "коленчатый вал - балансировочный вал", угол α поворота балансировочного вала должен демонстрировать симметричные профили изменения в процессе наружным способом, в котором угол θ поворота коленчатого вала изменяется с нуля до 180 (°CA), и в процессе обратным способом, в котором θ изменяется с 180 до 360 (°CA). Тем не менее, когда шарнир 50 перемещается на осевой линии 152, которая отклоняется от центральной линии 56 "коленчатый вал - балансировочный вал", профили угла α поворота балансировочного вала становятся асимметричными в процессе наружным способом и в процессе обратным способом.
Асимметрия угла α поворота балансировочного вала, как описано выше, возникает, поскольку шарнир 50 перемещается на осевой линии 152, отклоненной от центральной линии 56 "коленчатый вал - балансировочный вал". Фиг. 31B, 31C и 31D иллюстрируют примеры других балансировочных устройств, в которых возникает такая асимметрия. Более конкретно, фиг. 31B иллюстрирует балансировочное устройство 154, в котором центр осевого вала 44 балансировочного вала смещается на расстояние h от осевой линии 152 из направляющей секции 54. Фиг. 31C иллюстрирует балансировочное устройство 156, в котором центр главного вала 22 коленчатого вала смещается на расстояние h от осевой линии 152 из направляющей секции 54. Дополнительно, фиг. 31D иллюстрирует балансировочное устройство 158, в котором и центр главного вала 22 коленчатого вала и центр осевого вала 44 балансировочного вала смещаются на расстояние h, соответственно, в противоположных направлениях от осевой линии 152. Эти балансировочные устройства 154, 156 и 158 могут использоваться посредством надлежащей замены вместо балансировочного устройства 140, проиллюстрированного на фиг. 31A, в соответствии с асимметрией силы инерции, которая формируется посредством поршня 12.
Вызывающая вибрацию сила, сформированная посредством балансировочного устройства варианта осуществления изобретения
В дальнейшем в этом документе, со ссылкой на фиг. 32-34, а также фиг. 31A, описывается вызывающая вибрацию сила, которая формируется посредством балансировочного устройства 140 настоящего варианта осуществления. Различные размеры балансировочного устройства 140 становятся различными параметрами, которые имеют влияние на профиль угла α поворота балансировочного вала. Здесь, описывается результат моделирования. Моделирование выполняется посредством задания отношения r1/1cb радиуса r1 вращения точки 32 соединения с коленчатым валом и длины 1cb шатуна 36 фиксированно равным нормальному значению и изменения отношения h/r1 значения h смещения и радиуса r1 вращения на "-a", "-b" и "+a". Следует отметить, что знаки "+" и "-", назначаемые "a" и "b," выражают отличия в направлении, в котором выполняется смещение на расстояние h.
Фиг. 32 иллюстрирует взаимосвязь между углом θ поворота коленчатого вала и угловой скоростью dα/dθ балансировочного вала. Поскольку балансировочный вал 40 вращается в противоположном направлении относительно коленчатого вала 16, угловая скорость dα/dθ балансировочного вала становится равной -1, если α и θ демонстрируют идентичное изменение. Например, в форме сигнала "-a", появляется такая асимметрия, что изменение α является небольшим относительно θ наружным способом с прохождением от верхней мертвой точки к нижней мертвой точке, и тенденция, противоположная вышеуказанной, появляется обратным способом от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Дополнительно, в форме сигнала "-b", меньшая асимметрия по сравнению с формой сигнала "-a" появляется. Дополнительно, в форме сигнала "+a", асимметрия, противоположная асимметрии "-a", появляется.
Как описано выше, балансировочное устройство 140 настоящего варианта осуществления может формировать угловую скорость dα/dθ балансировочного вала, которая имеет асимметричные профили наружным способом и обратным способом. На балансировочный вал 40 действует центробежная сила, пропорциональная квадрату угловой скорости и силы реакции на угловую скорость. Балансировочный вал 40 формирует вызывающую вибрацию силу, соответствующую составному значению центробежной силы и силы реакции. В настоящем варианте осуществления, угловая скорость dα/dθ балансировочного вала имеет асимметричные профили, и, следовательно, вызывающая вибрацию сила, сформированная посредством балансировочного вала 40, также имеет асимметричные профили наружным способом и обратным способом, аналогично силе инерции поршня 12.
Фиг. 33 является схемой, показывающей вызывающую вибрацию силу, полученную посредством объединения компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством коленчатого вала 16, и компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством балансировочного вала 40, по сравнению с силой инерции поршня 12. Пять видов форм сигналов, проиллюстрированные на фиг. 33, соответственно, описываются следующим образом:
Форма 60*2 сигнала: соответствует превышению в два раза компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством коленчатого вала 16 (см. фиг. 8)
Форма 160 сигнала: асимметричная сила инерции, сформированная посредством поршня 12
Форма 162 сигнала: соответствует составному объекту компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством балансировочного вала 40 при условии "-a", и компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством коленчатого вала 16
Форма 164 сигнала: соответствует составному объекту компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством балансировочного вала 40 при условии "-b", и компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством коленчатого вала 16
Форма 166 сигнала: соответствует составному объекту компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством балансировочного вала 40 при условии "+a", и компонента по оси Y вызывающей вибрацию силы, сформированного посредством коленчатого вала 16
Вызывающая вибрацию сила, сформированная посредством коленчатого вала 16, имеет форму синусоидальной волны практически без искажения относительно изменения угла θ поворота коленчатого вала. Если балансировочный вал 40 вращается на равной скорости вращения относительно скорости вращения коленчатого вала 16, вызывающие вибрацию силы, сформированные посредством обоих из них, должны быть практически идентичными. В этом случае, сила инерции, сформированная посредством балансировочного устройства 140, должна демонстрировать практически симметричные профили наружным способом и обратным способом, как показано посредством формы 60*2 сигнала. Формы 162, 164 и 166 сигнала имеют асимметричные профили. Поскольку сила инерции, сформированная посредством поршня 12, имеет асимметрию, считается, что эти формы 162, 164 и 166 сигнала имеют более высокую способность по сравнению с формой 60*2 сигнала в отношении уравновешивания силы инерции поршня 12.
Фиг. 34 иллюстрирует формы сигналов несбалансированных сил, остающихся в двигателе 10 внутреннего сгорания как результат объединения различных видов вызывающих вибрацию сил, проиллюстрированных на фиг. 33, с силой инерции поршня 12. Смысловые значения форм сигналов, проиллюстрированные на фиг. 34, соответственно, описываются следующим образом:
Форма 160+162 сигнала: несбалансированная сила, остающаяся в двигателе 10 внутреннего сгорания при условии "-a"
Форма 160+164 сигнала: несбалансированная сила, остающаяся в двигателе 10 внутреннего сгорания при условии "-b"
Форма 160+166 сигнала: несбалансированная сила, остающаяся в двигателе 10 внутреннего сгорания при условии "+a"
Форма 160+60*2 сигнала: несбалансированная сила, остающаяся в двигателе 10 внутреннего сгорания, когда балансировочный вал 40 управляется посредством зубчатой передачи
Как проиллюстрировано на фиг. 34, при любом из условий, согласно балансировочному устройству 140 настоящего варианта осуществления, оставшаяся несбалансированная сила может уменьшаться, по сравнению со случаем управления балансировочного вала 40 посредством зубчатой передачи. В частности, при моделировании в этот раз, в случае использования условия "-b", оставшаяся несбалансированная сила может задаваться равной достаточно небольшому значению (см. форму 160+164 сигнала). Таким образом, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, даже в случае, если используется способ смещенного кривошипа, превосходная плавность работы также может обеспечиваться для двигателя 10 внутреннего сгорания с помощью компактного механизма с использованием шатуна 36.
Седьмой вариант осуществления изобретения
Конфигурация седьмого варианта осуществления изобретения
Далее поясняется седьмой вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 35-38.
Фиг. 35 является схемой для пояснения конфигурации балансировочного устройства 168, которое используется в седьмом варианте осуществления настоящего изобретения. Конфигурация настоящего варианта осуществления является аналогичной конфигурации первого варианта осуществления (см. фиг. 1) или конфигурации шестого варианта осуществления (см. фиг. 28), за исключением такого аспекта, что балансировочное устройство 30 заменяется балансировочным устройством 168.
Дополнительно, балансировочное устройство 168 настоящего варианта осуществления является аналогичным балансировочному устройству 66 во втором варианте осуществления (см. фиг. 14), за исключением такого аспекта, что центр вращательного вала 72 направляющей секции 68 смещается таким образом, что он отделен от центральной линии 56 "коленчатый вал - балансировочный вал" на расстояние h. В дальнейшем в этом документе, на фиг. 35, идентичным или общим элементам с элементами, проиллюстрированными на фиг. 14, назначаются идентичные ссылки с номерами, и их пояснение опускается или упрощается.
Балансировочное устройство 168 настоящего варианта осуществления приспособлено к способу смещенного кривошипа, аналогично балансировочному устройству 140 шестого варианта осуществления. Другими словами, балансировочное устройство 168, проиллюстрированное на фиг. 35 вращает балансировочный вал 40 асимметрично на неравной скорости вращения в процессе, в котором угол θ поворота коленчатого вала изменяется с нуля до 180 (°CA), и в процессе, в котором θ изменяется с 180 до 360 (°CA), аналогично балансировочному устройству 140 в шестом варианте осуществления.
Если центр вращательного вала 72 направляющей секции 68 накладывается на центральную линию 56 "коленчатый вал - балансировочный вал" в балансировочном устройстве 168, проиллюстрированном на фиг. 35, угол α поворота балансировочного вала должен демонстрировать симметричные профили изменения на положительной стороне (стороне 90 (°CA)) и на отрицательной стороне (стороне 270 (°CA)) с углом поворота коленчатого вала θ=0 (°CA) в качестве границы. Тем не менее, когда центр вращательного вала 72 отклоняется от центральной линии 56 "коленчатый вал - балансировочный вал", вышеописанная симметрия нарушается, и профили изменения угла α поворота балансировочного вала становятся асимметричными.
Фиг. 36, 37 и 38 надлежащим образом соответствуют фиг. 32, 33 и 34 в вышеуказанном шестом варианте осуществления. Пояснения этих чертежей являются общими для пояснений соответствующих чертежей, и, следовательно, лишнее пояснение опускается здесь.
Как проиллюстрировано на фиг. 36-38, посредством балансировочного устройства 168 в настоящем варианте осуществления, может формироваться асимметричная вызывающая вибрацию сила, которая является подходящей для уравновешивания асимметричной силы инерции, как и в случае шестого варианта осуществления. Следовательно, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, превосходная плавность работы также может обеспечиваться для двигателя 10 внутреннего сгорания, в котором используется способ смещенного кривошипа, без затруднения уменьшения размера и веса, как и в случае шестого варианта осуществления.
Восьмой вариант осуществления изобретения
Конфигурация восьмого варианта осуществления изобретения
Далее поясняется восьмой вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 39-45.
Фиг. 39 иллюстрирует конфигурацию двигателя внутреннего сгорания, на котором монтируется балансировочное устройство 170 восьмого варианта осуществления настоящего изобретения. Балансировочное устройство 170 имеет шатун 36, который располагается посредством наклона относительно осевой линии 172 возвратно-поступательного движения поршня 12, как в случаях первого-седьмого вариантов осуществления, описанных выше. Здесь, угол наклона осевой линии 172 поршня 12 и шатуна 36 предположительно составляет "β" градусов. Дополнительно, прямая линия, которая является параллельной с осевой линией 172 поршня 12 и проходит через главный вал 22 коленчатого вала, и прямая линия, которая проходит через осевой вал 44 балансировочного вала, соответственно, упоминаются в качестве "осевой линии 174 коленчатого вала" и "осевой линии 176 балансировочного вала".
Балансировочное устройство 170 настоящего варианта осуществления включает в себя коленчатый вал 178 и балансировочный вал 180. Коленчатый вал 178 и балансировочный вал 180, соответственно, имеют эксцентриковый груз 182 коленчатого вала и эксцентриковый груз 184 балансировочного вала. Балансировочное устройство 170 настоящего варианта осуществления является аналогичным балансировочному устройству 30 (см. фиг. 1) первого варианта осуществления за исключением такого аспекта, что эксцентриковый груз 182 коленчатого вала и эксцентриковый груз 184 балансировочного вала включают в себя центры 186 и 188 тяжести в позициях, соответственно, показанных посредством точек в виде черного круга на фиг. 39.
Фиг. 40 является схемой для пояснения принципа того, как балансировочное устройство 170 настоящего варианта осуществления уравновешивает вызывающие вибрацию силы, которые возникают в двигателе внутреннего сгорания. В частности, левая сторона на фиг. 40 является чертежом, иллюстрирующим условия, которым должны удовлетворять эксцентриковый груз 182 коленчатого вала и эксцентриковый груз 184 балансировочного вала, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу Fp, вызываемую посредством поршня 12, и вызывающую вибрацию силу Fc, вызываемую посредством шатуна 14. Дополнительно, правая сторона на фиг. 40 является чертежом, иллюстрирующим условия, которым должны удовлетворять эксцентриковый груз 182 коленчатого вала и эксцентриковый груз 184 балансировочного вала, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу Fc, вызываемую посредством шатуна 36. В дальнейшем в этом документе, аналогично пояснению в первом варианте осуществления, вес поршня 12 выражается посредством "mp", а вес шатуна выражается посредством "mc". Дополнительно, в настоящем варианте осуществления, вес шатуна 36 выражается посредством "mr".
Два чертежа, проиллюстрированные на фиг. 40, выражают состояние времени, в которое поршень 12 достигает верхней мертвой точки. В этом случае, поршень 12 и шатун 14 формируют вызывающую вибрацию силу (FCS+FBS), соответствующую "mp+mc", в восходящем направлении на фиг. 40 вдоль осевой линии 172 возвратно-поступательного движения поршня 12. Чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу (FCS+FBS), эксцентриковый груз 182 коленчатого вала и эксцентриковый груз 184 балансировочного вала должны формировать вызывающую вибрацию силу с идентичной абсолютной величиной в нисходящем направлении на фиг. 40.
В настоящем варианте осуществления, чтобы реагировать на вышеописанное требование, эксцентриковый груз 182 коленчатого вала принудительно отвечает за нисходящую вызывающую вибрацию силу на фиг. 40, которая соответствует "mc+mp/2", как проиллюстрировано в левой стороне на фиг. 40. Дополнительно, эксцентриковый груз балансировочного вала принудительно отвечает за нисходящую вызывающую вибрацию силу на фиг. 40, которая соответствует "mp/2". Согласно такой настройке, вызывающая вибрацию сила (FCS+FBS), которая формируется посредством поршня 12 и шатуна 14 в верхней мертвой точке, может надлежащим образом уравновешиваться.
В ситуации, в которой поршень 12 достигает нижней мертвой точки, поршень 12 и шатун 14 формируют вызывающую вибрацию силу (FCS+FBS) с направлением, инвертированным по отношению к случаю верхней мертвой точки. В это время, эксцентриковый груз 182 коленчатого вала и эксцентриковый груз 184 балансировочного вала также формируют вызывающие вибрацию силы с инвертированными направлениями. Следовательно, согласно вышеописанной настройке, вызывающие вибрацию силы также могут уравновешиваться посредством друг друга в нижней мертвой точке.
Между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой, поршень 12 перемещается только вертикально вдоль осевой линии 172 возвратно-поступательного движения поршня 12 и не формирует вызывающей вибрацию силы, отличной от вызывающей вибрацию силы в направлении осевой линии 172. Шатун 14 вращается вокруг главного вала 22 коленчатого вала и формирует вызывающую вибрацию силу Fc, соответствующую центробежной силе веса mc. На этой стадии, эксцентриковый груз 182 коленчатого вала, который аналогично вращается, формирует вызывающую вибрацию силу, соответствующую центробежной силе веса "mc+mp/2". Вызывающая вибрацию сила Fc, вызываемая посредством шатуна 14, уравновешивается посредством части, соответствующей "mc" вызывающей вибрацию силы эксцентрикового груза 182 коленчатого вала. Дополнительно, оставшаяся часть вызывающей вибрацию силы, сформированной посредством эксцентрикового груза 182 коленчатого вала, т.е. часть, соответствующая "mp/2", уравновешивается посредством вызывающей вибрацию силы эксцентрикового груза 184 балансировочного вала, который вращается в противоположном направлении относительно эксцентрикового груза 182 коленчатого вала. Таким образом, согласно условию, проиллюстрированному в левой стороне на фиг. 40, вызывающая вибрацию сила (FCS+FBS), сопровождающая движения поршня 12 и шатуна 14, может всегда уравновешиваться посредством эксцентрикового груза 182 коленчатого вала и эксцентрикового груза 184 балансировочного вала.
Чертеж в правой стороне по фиг. 40 иллюстрирует состояние, в котором шатун 36 достигает рабочего конца в верхней правой стороне на фиг. 40 синхронно с поршнем 12, достигающим верхней мертвой точки. В этом состоянии, шатун 36 формирует вызывающую вибрацию силу Fr к верхнему правому углу на фиг. 40 при угле наклона в β градусов относительно осевой линии 174 коленчатого вала. В настоящем варианте осуществления, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу Fr, эксцентриковый груз 182 коленчатого вала и эксцентриковый груз 184 балансировочного вала принудительно формируют вызывающие вибрацию силы, направленные в нижнюю левую сторону на фиг. 40, каждая из которых соответствует весу "mr/2".
В ситуации, проиллюстрированной на фиг. 40, эксцентриковый груз 182 коленчатого вала и эксцентриковый груз 184 балансировочного вала, соответственно, формируют вызывающие вибрацию силы, соответствующие весу "mr/2". Вызывающие вибрацию силы проходят к нижней левой стороне на фиг. 40 при угле в β градусов относительно осевой линии 174 коленчатого вала и осевой линии 176 балансировочного вала. Согласно вызывающим вибрацию силам, может надлежащим образом уравновешиваться вызывающая вибрацию сила Fr, вызываемая посредством шатуна 36.
Когда поршень 12 достигает нижней мертвой точки, шатун 36 формирует вызывающую вибрацию силу Fr, соответствующую весу mr, к нижней левой стороне на фиг. 40. В это время, эксцентриковый груз 182 коленчатого вала и эксцентриковый груз 184 балансировочного вала формируют вызывающие вибрацию силы в восходящим направлении вправо на фиг. 40. Следовательно, согласно вышеописанной настройке, вызывающая вибрацию сила, вызываемая посредством шатуна 36, также может уравновешиваться в нижней мертвой точке.
Между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой, шатун 36 не формирует большую вызывающую вибрацию силу. С другой стороны, вес "mr/2", который предоставляется эксцентриковому грузу 182 коленчатого вала, и вес "mr/2", который предоставляется эксцентриковому грузу 184 балансировочного вала, формируют вызывающие вибрацию силы при вращении в противоположных направлениях, соответственно. Эти вызывающие вибрацию силы находятся в противоположных направлениях относительно друг друга и, следовательно, уравновешиваются.
Когда эксцентриковый груз 182 коленчатого вала и эксцентриковый груз 184 балансировочного вала удовлетворяют условиям, показанным в правой стороне на фиг. 40, вызывающая вибрацию сила, сопровождающая движение шатуна 36, может всегда уравновешиваться посредством эксцентрикового груза 182 коленчатого вала и эксцентрикового груза 184 балансировочного вала.
В настоящем варианте осуществления, условия, проиллюстрированные в левой стороне на фиг. 40, и условия, проиллюстрированные в правой стороне, объединяются и прикладываются к эксцентриковому грузу 182 коленчатого вала и эксцентриковому грузу 184 балансировочного вала, соответственно. В частности, эксцентриковому грузу 182 коленчатого вала и эксцентриковому грузу 184 балансировочного вала, соответственно, предоставляются такие веса и центры тяжести, которые удовлетворяют условиям, описанным следующим образом.
Эксцентриковый груз коленчатого вала
Эксцентриковый груз коленчатого вала формирует вызывающую вибрацию силу, которая получается посредством объединения двух вызывающих вибрацию сил, имеющих абсолютные величины и направления, описанные следующим образом, когда поршень 12 достигает верхней мертвой точки.
(1) Абсолютная величина: соответствует весу (mc+mp/2)
Направление: противоположное направление относительно вызывающей вибрацию силы Fp (в дальнейшем в этом документе, называемое "направлением, противоположным Fp")
(2) Абсолютная величина: соответствует весу (mr/2)
Направление: противоположное направление относительно вызывающей вибрацию силы Fr (в дальнейшем в этом документе, называемое "направлением, противоположным Fr")
Эксцентриковый груз балансировочного вала
Эксцентриковый груз балансировочного вала формирует вызывающую вибрацию силу, которая получается посредством объединения двух вызывающих вибрацию сил, имеющих абсолютные величины и направления, описанные следующим образом, когда поршень 12 достигает верхней мертвой точки.
(1) Абсолютная величина: соответствует весу (mp/2)
Направление: направление, противоположное Fp
(2) Абсолютная величина: соответствует весу (mr/2)
Направление: направление, противоположное Fr
Фиг. 41 является укрупненным видом коленчатого вала 178, проиллюстрированного на фиг. 39, т.е. коленчатого вала 178, который используется в настоящем варианте осуществления. Коленчатый вал 178 имеет вес и центр тяжести, которые удовлетворяют вышеописанным условиям. В частности, коленчатый вал 178 имеет вес практически в (mc+mp/2+mr/2) и имеет центр 186 тяжести в позиции, проиллюстрированной посредством точки в виде черного круга на фиг. 41.
Если коленчатый вал 178 задается таким образом, что он уравновешивает только вызывающую вибрацию силу (Fp+Fc), вызываемую посредством поршня 12 и шатуна 14, позиция центра 186 тяжести в верхней мертвой точке предпочтительно должна накладываться на осевую линию 174 коленчатого вала. В отличие от этого, в настоящем варианте осуществления, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу Fr, вызываемую посредством шатуна 36, позиция центра 186 тяжести сдвигается к стороне направления, противоположного Fr, на βcs градусов от осевой линии 174 коленчатого вала. Таким образом, коленчатый вал 178 настоящего варианта осуществления имеет центр 186 тяжести на противоположной стороне точки 32 соединения с коленчатым валом относительно осевой линии 174 коленчатого вала. Следует отметить, что угол сдвига в βcs градусов центра 186 тяжести обязательно становится углом, меньшим угла наклона в β градусов шатуна 36.
Фиг. 42 является видом в перспективе коленчатого вала 178. Здесь, шатун 36 предположительно соединяется в левой стороне коленчатого вала 178. Коленчатый вал 178 имеет два эксцентриковых груза 182 коленчатого вала с пальцем 18 кривошипа между ними. Вызывающая вибрацию сила (FCS+FBS) поршня 12 и шатуна 14 действует на палец 18 кривошипа. Следовательно, вес "mc+mp/2", который уравновешивает вызывающую вибрацию силу, предпочтительно равномерно распределяется в два эксцентриковых груза 182 коленчатого вала. С другой стороны, вызывающая вибрацию сила Fr, вызываемая посредством шатуна 36, действует на окрестность левого конца на фиг. 42 из коленчатого вала 178. Если вес для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr прикладывается к эксцентриковому грузу 182 коленчатого вала в правой стороне на фиг. 42, вызывающая вибрацию сила Fr, которая формируется посредством шатуна 36, и вызывающая вибрацию сила, которая формируется посредством эксцентрикового груза 182 коленчатого вала в правой стороне на фиг. 42, должны предоставлять большой момент коленчатому валу 178. Следовательно, вес "mr/2" для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, вызываемой посредством шатуна 36, предпочтительно предоставляется эксцентриковому грузу 182 коленчатого вала на стороне около шатуна 36.
В настоящем варианте осуществления, в ответ на вышеописанное требование, только половина веса "mc+mp/2" предоставляется эксцентриковому грузу 182 коленчатого вала в правой стороне на фиг. 42. Следует отметить, что центр тяжести непосредственно этого эксцентрикового груза 182 коленчатого вала присутствует в позиции, которая накладывается на осевую линию 174 коленчатого вала в верхней мертвой точке. Эксцентриковому грузу 182 коленчатого вала в левой стороне на фиг. 42 предоставляется весь вес "mr/2" в дополнение к половине веса "mc+mp/2". Следует отметить, что вес "mr/2" предоставляется эксцентриковому грузу 182 коленчатого вала в левой стороне на фиг. 42, так что центры тяжести двух эксцентриковых грузов 182 коленчатого вала становятся центром 186 тяжести, проиллюстрированным на фиг. 41. Согласно такой настройке, вызывающая вибрацию сила Fr, вызываемая посредством шатуна 36, может уравновешиваться без вызывания большого момента, который действует на коленчатый вал 178.
Фиг. 43 является укрупненным видом балансировочного вала 180, проиллюстрированного на фиг. 39, т.е. балансировочного вала 180, используемого в настоящем варианте осуществления. Здесь, шатун 36 предположительно располагается в левой стороне балансировочного вала 180. Эксцентриковый груз 184 балансировочного вала балансировочного вала 180 имеет часть 190 с большим диаметром и часть 192 с небольшим диаметром. Часть 190 с большим диаметром предоставляется в окрестности одного конца 194 на стороне, которая должна соединяться с шатуном 36. Часть 192 с небольшим диаметром предоставляется на стороне другого конца 196 балансировочного вала 180.
Эксцентриковому грузу 184 балансировочного вала предоставляется вес практически в "mp/2+mr/2". Из веса, вес "mp/2" для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fp, вызываемой посредством поршня 12, распределяется в равной степени в часть 190 с большим диаметром и часть 192 с небольшим диаметром. С другой стороны, вес "mr/2" для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, вызываемой посредством шатуна 36, предоставляется только части 190 с большим диаметром. Как результат, часть 190 с большим диаметром имеет больший наружный диаметр, чем часть 192 с небольшим диаметром.
Центр 188 тяжести эксцентрикового груза 184 балансировочного вала предоставляется на противоположной стороне точки 38 соединения с балансировочным валом с осевой линией 176 балансировочного вала между точкой 38 соединения с балансировочным валом и центром 188 тяжести, как и в случае коленчатого вала 178 (см. фиг. 39). В частности, центр 188 тяжести эксцентрикового груза 184 балансировочного вала отклоняется от осевой линии 176 балансировочного вала посредством фиксированного угла в направлении наклона шатуна 36. Угол отклонения обязательно становится меньшим углом, чем угол наклона в β градусов шатуна 36. Согласно такой настройке, вызывающая вибрацию сила Fr, вызываемая посредством шатуна 36, может уравновешиваться без вызывания большого момента, который действует на балансировочный вал 180.
Фиг. 44 является схемой для пояснения работы двигателя внутреннего сгорания, нагруженного балансировочным устройством 170 настоящего варианта осуществления. В частности, фиг. 44 выражает состояние двигателя внутреннего сгорания с интервалами в 45 (°CA) от 0 (°CA) до 360 (°CA). На фиг. 44, вызывающая вибрацию сила, сформированная посредством эксцентрикового груза 182 коленчатого вала, обозначается как FCS, а вызывающая вибрацию сила, сформированная посредством эксцентрикового груза 184 балансировочного вала, обозначается как FBS. Следует отметить, что вызывающие вибрацию силы FCS и FBS выражаются посредством разложения на две вызывающих вибрацию силы, которые представляют собой вызывающую вибрацию силу для уравновешивания (Fp+Fc) и вызывающую вибрацию силу для уравновешивания Fr, чтобы упрощать понимание. Как проиллюстрировано на фиг. 44, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, не только вызывающая вибрацию сила (Fp+Fc), вызываемая посредством поршня 12 и шатуна 14, но также и вызывающая вибрацию сила Fr, вызываемая посредством шатуна 36, всегда могут уравновешиваться надлежащим образом.
Пример модификации восьмого варианта осуществления изобретения
Фиг. 45 является видом в перспективе другого примера балансировочного вала, который является применимым к балансировочному устройству 170 настоящего варианта осуществления. Балансировочный вал 198, проиллюстрированный на фиг. 45, имеет эксцентриковый груз 200 балансировочного вала. Эксцентриковый груз 200 балансировочного вала формируется таким образом, что наружный диаметр постепенно становится меньшим от одного конца 194 на стороне, которая должна соединяться с шатуном 36, до другого конца 196. Согласно такой конфигурации, вес mr для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, вызываемой посредством шатуна 36, может отражаться на стороне одного конца 194 более значительно по сравнению со стороной другого конца 196, как и в случае балансировочного вала 180, проиллюстрированного на фиг. 43. Следовательно, согласно балансировочному валу 198, проиллюстрированному на фиг. 45, вызывающая вибрацию сила Fr также может уравновешиваться без формирования большого момента.
В этой связи, в вышеуказанном восьмом варианте осуществления, вес для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, вызываемой посредством шатуна 36, отражается значительно на стороне около шатуна 36. Тем не менее, признак не является существенным для настоящего изобретения. Таким образом, вес (mr/2), который предоставляется коленчатому валу 178, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу Fr, может быть равномерно распределен в два эксцентриковых груза 182 коленчатого вала. Аналогично, для балансировочного вала 180, вес (mr/2) может быть равномерно распределен по всей области балансировочного вала 180.
Дополнительно, в вышеуказанном восьмом варианте осуществления, конфигурация для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, вызываемой посредством шатуна 36, включена в балансировочное устройство в первом варианте осуществления, но настоящее изобретение не ограничено этим. Таким образом, можно включать конфигурацию для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, в любой из второго-седьмого вариантов осуществления.
Дополнительно, в вышеуказанном восьмом варианте осуществления, вес для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, вызываемой посредством шатуна 36, равномерно отражается в эксцентриковом грузе 182 коленчатого вала и эксцентриковом грузе 184 балансировочного вала, но настоящее изобретение не ограничено этим. Таким образом, вес для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr может неравномерно отражаться в эксцентриковом грузе 182 коленчатого вала и эксцентриковом грузе 184 балансировочного вала. Этот аспект аналогично применяется к девятому варианту осуществления, который описывается ниже.
Девятый вариант осуществления изобретения
Далее поясняется девятый вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 46-51.
Фиг. 46 иллюстрирует конфигурацию двигателя внутреннего сгорания, на котором монтируется балансировочное устройство 202 девятого варианта осуществления настоящего изобретения. Балансировочное устройство 202 включает в себя коленчатый вал 204 и балансировочный вал 206. Коленчатый вал 204 и балансировочный вал 206 имеют эксцентриковый груз 208 коленчатого вала и эксцентриковый груз 210 балансировочного вала, соответственно. Балансировочное устройство 202 настоящего варианта осуществления является аналогичным балансировочному устройству 170 (см. фиг. 39) восьмого варианта осуществления за исключением двух следующих аспектов.
(1) Точка 32 соединения с коленчатым валом предоставляется на стороне веса эксцентрикового груза 208 коленчатого вала относительно главного вала 22 коленчатого вала, и точка 38 соединения с балансировочным валом предоставляется на стороне веса эксцентрикового груза 210 балансировочного вала относительно осевого вала 44 балансировочного вала.
(2) Эксцентриковый груз 208 коленчатого вала и эксцентриковый груз 210 балансировочного вала включают в себя центры 212 и 214 тяжести в позициях, которые показаны посредством точек в виде черного круга на фиг. 46, соответственно.
Фиг. 47 является схемой для пояснения принципа балансировочного устройства 202 настоящего варианта осуществления, уравновешивающего вызывающие вибрацию силы, которые формируются в двигателе внутреннего сгорания. Левая сторона на фиг. 47 является чертежом, иллюстрирующим условия, которым эксцентриковый груз 208 коленчатого вала и эксцентриковый груз 210 балансировочного вала должны удовлетворять, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу (Fp+Fc), вызываемую посредством поршня 12 и шатуна 14. Условия являются практически аналогичными условиям, поясненным в восьмом варианте осуществления со ссылкой на левую колонку на фиг. 40.
Два чертежа, проиллюстрированных на фиг. 47, каждый выражают состояние во время достижения посредством поршня 12 верхней мертвой точки. В конфигурации настоящего варианта осуществления, шатун 36 смещается вниз и влево сверху справа на фиг. 47 в процессе перемещения поршня 12 из нижней мертвой точки в верхнюю мертвую точку. В ситуации в верхней мертвой точке, шатун 36 достигает подвижного конца в нижней левой стороне на фиг. 47.
Чертеж в правой стороне на фиг. 47 иллюстрирует состояние, в котором шатун 36 достигает подвижного конца в нижней левой стороне на фиг. 47 синхронно с поршнем 12, достигающим верхней мертвой точки. В этом состоянии, шатун 36 формирует вызывающую вибрацию силу Fr к нижней левой стороне на фиг. 47 при угле наклона в β градусов относительно осевой линии 174 коленчатого вала. В настоящем варианте осуществления, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу Fr, эксцентриковый груз 208 коленчатого вала и эксцентриковый груз 210 балансировочного вала принудительно формируют вызывающие вибрацию силы к верхней правой стороне на фиг. 47, которые соответствуют весу "mr/2", соответственно, в ситуации верхней мертвой точки.
В ситуации, проиллюстрированной на фиг. 47, эксцентриковый груз 208 коленчатого вала и эксцентриковый груз 210 балансировочного вала, соответственно, формируют вызывающие вибрацию силы, соответствующие весу "mr/2". Эти вызывающие вибрацию силы направлены вверх вправо на фиг. 47 при угле в β градусов относительно осевой линии 174 коленчатого вала и осевой линии 176 балансировочного вала. Согласно этим вызывающим вибрацию силам, может надлежащим образом уравновешиваться вызывающая вибрацию сила Fr, вызываемая посредством шатуна 36.
Когда поршень 12 достигает нижней мертвой точки, шатун 36 достигает подвижного конца в верхней правой стороне на фиг. 47 и формирует вызывающую вибрацию силу Fr, соответствующую весу mr, к верхней правой стороне. В этом случае, эксцентриковый груз 208 коленчатого вала и эксцентриковый груз 210 балансировочного вала формируют вызывающие вибрацию силы к нижней левой стороне на фиг. 47. Следовательно, согласно вышеописанной настройке, вызывающая вибрацию сила, вызываемая посредством шатуна 36, также может уравновешиваться в нижней мертвой точке.
Между верхней мертвой точкой и нижней мертвой точкой, шатун 36 не формирует большую вызывающую вибрацию силу. С другой стороны, вес "mr/2", который предоставляется эксцентриковому грузу 208 коленчатого вала, и вес "mr/2", который предоставляется эксцентриковому грузу 210 балансировочного вала, взаимно уравновешивают вызывающие вибрацию силы при соответствующем вращении в противоположных направлениях.
Как описано выше, в случае эксцентрикового груза 208 коленчатого вала и эксцентрикового груза 210 балансировочного вала, удовлетворяющих условиям, проиллюстрированным в правой стороне на фиг. 47, вызывающая вибрацию сила, сопровождающая движение шатуна 36, может всегда уравновешиваться посредством эксцентрикового груза 208 коленчатого вала и эксцентрикового груза 210 балансировочного вала.
В настоящем варианте осуществления, условия, проиллюстрированные в левой стороне на фиг. 47, и условия, проиллюстрированные в правой стороне, объединенно прикладываются к эксцентриковому грузу 208 коленчатого вала и эксцентриковому грузу 210 балансировочного вала, соответственно. В частности, веса и центры тяжести, которые удовлетворяют условиям, описанным следующим образом, соответственно, предоставляются эксцентриковому грузу 208 коленчатого вала и эксцентриковому грузу 210 балансировочного вала.
Эксцентриковый груз коленчатого вала
Эксцентриковый груз коленчатого вала формирует вызывающую вибрацию силу, полученную посредством объединения двух вызывающих вибрацию сил, имеющих абсолютные величины и направления, описанные следующим образом, когда поршень 12 достигает верхней мертвой точки.
(1) Абсолютная величина: соответствует весу (mc+mp/2)
Направление: направление, противоположное Fp
(2) Абсолютная величина: соответствует весу (mr/2)
Направление: направление, противоположное Fr
Эксцентриковый груз балансировочного вала
Эксцентриковый груз балансировочного вала формирует вызывающую вибрацию силу, полученную посредством объединения двух вызывающих вибрацию сил, имеющих абсолютные величины и направления, описанные следующим образом, когда поршень 12 достигает верхней мертвой точки.
(1) Абсолютная величина: соответствует весу (mp/2)
Направление: направление, противоположное Fp
(2) Абсолютная величина: соответствует весу (mr/2)
Направление: направление, противоположное Fr
Фиг. 48 является увеличенной схемой коленчатого вала 204, проиллюстрированного на фиг. 46, т.е. коленчатого вала 204 для использования в настоящем варианте осуществления. Коленчатый вал 204 имеет вес и центр тяжести, которые удовлетворяют вышеописанным условиям. В частности, коленчатый вал 204 имеет вес практически в (mc+mp/2-mr/2) и имеет центр 212 тяжести в позиции, показанной посредством точки в виде черного круга на фиг. 48.
Если коленчатый вал 204 уравновешивает только вызывающую вибрацию силу (Fp+Fc), вызываемую посредством поршня 12 и шатуна 14, позиция центра 212 тяжести в верхней мертвой точке предпочтительно должна накладываться на осевую линию 174 коленчатого вала. В этом отношении, в настоящем варианте осуществления, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу Fr, вызываемую посредством шатуна 36, позиция центра 212 тяжести сдвигается на βcs градусов к стороне направления, противоположного Fr, от осевой линии 174 коленчатого вала. Таким образом, коленчатый вал 204 настоящего варианта осуществления имеет центр 212 тяжести на противоположной стороне точки 32 соединения с коленчатым валом относительно осевой линии 174 коленчатого вала.
Коленчатый вал 204 включает в себя два эксцентриковых груза 208 коленчатого вала, аналогично коленчатому валу 178, проиллюстрированному на фиг. 42. В настоящем варианте осуществления, вес "Fr/2" для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, вызываемой посредством шатуна 36, отражается только в эксцентриковом грузе 208 коленчатого вала, который располагается около шатуна 36, как и в случае восьмого варианта осуществления. В частности, эксцентриковому грузу 208 коленчатого вала, который располагается в позиции далеко от шатуна 36, предоставляется половина веса "mc+mp/2" для уравновешивания вызывающей вибрацию силы (Fp+Fc). С другой стороны, эксцентриковому грузу 208 коленчатого вала, который располагается около шатуна 36, предоставляется вес "(mc+mp/2)/2-mr/2", который является результатом вычитания веса "mr/2" для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr из половины веса "mc+mp/2". Второй эксцентриковый груз 208 коленчатого вала формируется таким образом, что центры тяжести двух эксцентриковых грузов 208 коленчатого вала становятся центром 212 тяжести, проиллюстрированным на фиг. 48. Согласно такой конфигурации, вызывающая вибрацию сила Fr, вызываемая посредством шатуна 36, может уравновешиваться без вызывания большого момента, который действует на коленчатый вал 204, как и в случае восьмого варианта осуществления.
Фиг. 49 является укрупненным видом балансировочного вала 206, проиллюстрированного на фиг. 46, т.е. балансировочного вала 206, который используется в настоящем варианте осуществления. Эксцентриковый груз 210 балансировочного вала балансировочного вала 206 содержит часть 216 с небольшим диаметром и часть 218 с большим диаметром. Часть 216 с небольшим диаметром формируется в окрестности одного конца 194 на стороне, которая соединяется с шатуном 36. Часть 218 с большим диаметром формируется в окрестности другого конца 196 балансировочного вала 206.
Эксцентриковому грузу 210 балансировочного вала предоставляется вес практически в "mp/2-mr/2". Из веса, вес "mp/2" распределяется в равной степени в часть 216 с небольшим диаметром и часть 218 с большим диаметром. Величина "mr/2" уменьшения веса отражается только в части 216 с небольшим диаметром. Центр 214 тяжести эксцентрикового груза 210 балансировочного вала предоставляется на противоположной стороне точки 38 соединения с балансировочным валом с осевой линией 176 балансировочного вала между точкой 38 соединения с балансировочным валом, и центр 214 тяжести, как и в случае коленчатого вала 204 (см. фиг. 46). Согласно такой настройке, вызывающая вибрацию сила Fr, вызываемая посредством шатуна 36, может уравновешиваться без вызывания большого момента, который действует на балансировочный вал 206.
Фиг. 50 является схемой для пояснения работы двигателя внутреннего сгорания, на котором монтируется балансировочное устройство 202 настоящего варианта осуществления. В частности, фиг. 50 выражает состояние двигателя внутреннего сгорания с интервалами в 45 (°CA) от 0 (°CA) до 360 (°CA). На фиг. 50, вызывающая вибрацию сила, сформированная посредством эксцентрикового груза 208 коленчатого вала, выражается посредством FCS и (-FCS). "FCS" обозначает виртуальную вызывающую вибрацию силу, соответствующую весу "mc+mp/2", а "-FCS" обозначает виртуальную отрицательную вызывающую вибрацию силу, которая формируется посредством величины "-mr/2" уменьшения веса. Фактически, эксцентриковый груз 208 коленчатого вала формирует вызывающую вибрацию силу, соответствующую результирующему вектору из вектора "FCS" и вектора "-FCS".
Фиг. 50 аналогично выражает вызывающую вибрацию силу, сформированную посредством эксцентрикового груза 210 балансировочного вала, посредством FBS и (-FBS). "FBS" обозначает виртуальную вызывающую вибрацию силу, соответствующую весу "mp/2", "-FBS" обозначает виртуальную отрицательную вызывающую вибрацию силу, которая формируется посредством величины "-mr/2" уменьшения веса. Фактически, эксцентриковый груз 210 балансировочного вала формирует вызывающую вибрацию силу, соответствующую результирующему вектору из вектора "FBS" и вектора "-FBS".
Как проиллюстрировано на фиг. 50, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, вызывающая вибрацию сила (Fp+Fc), вызываемая посредством поршня 12 и шатуна 14, уравновешивается посредством вызывающей вибрацию силы (FCS+FBS), вызываемой посредством эксцентрикового груза 208 коленчатого вала и эксцентрикового груза 210 балансировочного вала. Дополнительно, вызывающая вибрацию сила Fr, вызываемая посредством шатуна 36, уравновешивается посредством эффекта (-FCS-FBS) снижения веса эксцентрикового груза 208 коленчатого вала и эксцентрикового груза 210 балансировочного вала. Следовательно, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, вызывающие вибрацию силы, сопровождающие работу двигателя внутреннего сгорания, всегда могут уравновешиваться надлежащим образом.
Пример модификации девятого варианта осуществления изобретения
Фиг. 51 является видом в перспективе другого примера балансировочного вала, который является применимым к балансировочному устройству 202 настоящего варианта осуществления. Балансировочный вал 220, проиллюстрированный на фиг. 51, имеет эксцентриковый груз 222 балансировочного вала. Эксцентриковый груз 222 балансировочного вала формируется таким образом, что наружный диаметр постепенно становится большим от одного конца 194 на стороне, который соединяется с шатуном 36, до другого конца 196. Согласно такой конфигурации, вес mr для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, вызываемой посредством шатуна 36, может отражаться на стороне одного конца 194 более значительно по сравнению со стороной другого конца 196, как и в случае балансировочного вала 206, проиллюстрированного на фиг. 49. Следовательно, согласно балансировочному валу 220, проиллюстрированному на фиг. 51, вызывающая вибрацию сила Fr также может уравновешиваться без формирования большого момента.
В этой связи, в вышеуказанном девятом варианте осуществления, вес для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, вызываемой посредством шатуна, 36, отражается значительно на стороне около шатуна 36. Тем не менее, признак не является существенным для настоящего изобретения. Таким образом, вес (mr/2), который вычитается из коленчатого вала 204, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу Fr, может равномерно вычитаться из двух эксцентриковых грузов 208 коленчатого вала. Аналогично, для балансировочного вала 206, вес (mr/2) может равномерно вычитаться из всей области балансировочного вала 206.
Дополнительно, в вышеуказанном девятом варианте осуществления, конфигурация для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr, вызываемой посредством шатуна 36, включена в балансировочное устройство на основе первого варианта осуществления, но настоящее изобретение не ограничено этим. Таким образом, также можно включать конфигурацию для уравновешивания вызывающей вибрацию силы Fr в балансировочное устройство на основе любого из второго-седьмого вариантов осуществления.
Десятый вариант осуществления изобретения
Конфигурация десятого варианта осуществления изобретения
Далее поясняется десятый вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 52-60.
Балансировочное устройство 30 (см. фиг. 1) вышеуказанного первого варианта осуществления имеет такую конфигурацию, в которой точка 38 соединения с балансировочным валом может скользить в радиальном направлении балансировочного вала 40. В дальнейшем в этом документе, этот тип называется "скользящим типом". Из балансировочных устройств, раскрытых здесь, балансировочные устройства во втором варианте осуществления (см. фиг. 14), шестом варианте осуществления (см. фиг. 28), седьмом варианте осуществления (см. фиг. 35), восьмом варианте осуществления (см. фиг. 39) и девятом варианте осуществления (см. фиг. 46) имеют скользящий тип, помимо балансировочного устройства первого варианта осуществления.
Между тем, в балансировочном устройстве 78 третьего варианта осуществления, точка 38 соединения с балансировочным валом соединяется с балансировочным валом 80 таким образом, что обеспечивается только относительное вращение. В дальнейшем в этом документе, этот тип называется "звеньевым типом". Из балансировочных устройств, раскрытых здесь, балансировочные устройства в четвертом варианте осуществления (см. фиг. 19) и пятом варианте осуществления (см. фиг. 25) имеют звеньевой тип, помимо балансировочного устройства третьего варианта осуществления.
Фиг. 52 является покомпонентным видом в перспективе балансировочного устройства 224 десятого варианта осуществления настоящего изобретения. Балансировочное устройство 224 настоящего варианта осуществления имеет признак в аспекте расположения одного примера конкретной конфигурации, реализующей балансировочное устройство звеньевого типа, описанное выше.
Балансировочное устройство 224 включает в себя коленчатый вал 226. Коленчатый вал 226 включает в себя палец 228 кривошипа. Палец 288 кривошипа соединяется с поршнем (не проиллюстрирован) двигателя внутреннего сгорания через шатун (не проиллюстрирован). Эксцентриковые грузы 230 коленчатого вала предоставляются на обеих сторонах пальца 228 кривошипа. Дополнительно, коленчатый вал 226 включает в себя главный вал 232 коленчатого вала в качестве вращательного вала.
Балансировочное устройство 224 включает в себя эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала, который крепится к главному валу 232 коленчатого вала. Эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала содержит сквозное отверстие 236, которое находится во взаимосвязи для вставки с главным валом 232 коленчатого вала. Сквозное отверстие 236 предоставляется в позиции, которая является эксцентрической посредством фиксированного значения от центра эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала. Сквозное отверстие 236 содержит позиционирующую канавку 238. Эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала присоединяется к главному валу 232 коленчатого вала таким образом, что позиционирующая направляющая 240 на главном валу 232 коленчатого вала зацепляется с позиционирующей канавкой 238. Как результат, эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала крепится к главному валу 232 коленчатого вала в состоянии, в котором относительное вращение не разрешается. Эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала содержит множество облегчающих отверстий 242 в позициях, которые не создают помехи для сквозного отверстия 236.
Балансировочное устройство 224 включает в себя балансировочный вал 244. Балансировочный вал 244 включает в себя эксцентриковый груз 246 балансировочного вала. Дополнительно, балансировочный вал 244 включает в себя осевой вал 248 балансировочного вала, который является параллельным с главным валом 232 коленчатого вала. Балансировочный вал 244 может вращаться с осевым валом 248 балансировочного вала в качестве вращательного вала.
Эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала присоединяется к осевому валу 248 балансировочного вала. Эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала содержит сквозное отверстие 252, которое находится во взаимосвязи для вставки с осевым валом 248 балансировочного вала. Сквозное отверстие 252 предоставляется в позиции, которая является эксцентрической посредством фиксированного значения от центра эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала. Эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала крепится к осевому валу 248 балансировочного вала в состоянии, в котором относительное вращение не разрешается, как и в случае эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала. Эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала дополнительно содержит множество облегчающих отверстий 254 в позициях, которые не создают помехи для сквозного отверстия 252.
Балансировочное устройство 224 включает в себя шатун 256.
Фиг. 53 является покомпонентным видом в перспективе шатуна 256. Как проиллюстрировано на фиг. 53, шатун 256 включает в себя основной корпус 258 шатуна. Основной корпус 258 шатуна включает в себя кольцеобразную часть 260 на стороне коленчатого вала и кольцеобразную часть 262 на стороне балансировочного вала. Кольцеобразная часть 260 на стороне коленчатого вала и кольцеобразная часть 262 на стороне балансировочного вала выполнены как единое целое посредством соединительной части 264.
После того, как подшипник 266 на стороне коленчатого вала размещен в кольцеобразной части 260 на стороне коленчатого вала, стопорное кольцо 268 присоединяется к кольцеобразной части 260 на стороне коленчатого вала. Стопорное кольцо 268 препятствует опусканию подшипника 266 на стороне коленчатого вала. Аналогично, после того, как подшипник 270 на стороне балансировочного вала размещен в кольцеобразной части 262 на стороне балансировочного вала, стопорное кольцо 272 присоединяется к кольцеобразной части 262 на стороне балансировочного вала. Стопорное кольцо 272 препятствует опусканию подшипника 270 на стороне балансировочного вала. Подшипник 266 на стороне коленчатого вала и подшипник 270 на стороне балансировочного вала представляют собой роликовые подшипники, содержащие множество шариков подшипника.
Шарнир 274 вставляется в соединительную часть 264 шатуна 256. Шарнир 274 может выступать в качестве роликового подшипника. Шарнир 274 крепится посредством гайки 276, которая располагается на противоположной стороне с соединительной частью 264 между шарниром 274 и гайкой 276.
Далее пояснение продолжается со ссылкой на фиг. 52. Вышеуказанный эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала вставляется в подшипник 266 на стороне коленчатого вала. Как результат, эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала удерживается с возможностью вращения посредством шатуна 256. Аналогично, вышеуказанный эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала вставляется в подшипник 270 на стороне балансировочного вала. Как результат, эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала удерживается с возможностью вращения посредством шатуна 256.
Балансировочное устройство 224 включает в себя направляющую секцию 278. Направляющая секция 278 имеет продолговатое отверстие 280 внутри. Направляющая секция 278 закрепляется в предварительно определенной позиции таким образом, что шарнир 274 размещен в продолговатом отверстии 280. Продолговатое отверстие 280 имеет ширину, немного большую диаметра шарнира 274, и направляет его движение таким образом, что шарнир 274 рисует траекторию восьмерки, аналогично направляющей секции 8 в третьем варианте осуществления.
Фиг. 54 является видом сбоку в сечении балансировочного устройства 224 настоящего варианта осуществления. На фиг. 54, секция балансировочного вала 244 нарисована в верхней стороне, а секция коленчатого вала 26 нарисована в нижней стороне, соответственно. В двигателе внутреннего сгорания, коленчатый вал 226 выступает в качестве источника приведения в действие масляного насоса, а также источника приведения в действие цепи механизма газораспределения, которая приводит в действие впускные и выпускные клапаны. Здесь, в качестве одного примера, проиллюстрировано состояние, в котором звездочка 282 предоставляется на главном валу 232 коленчатого вала, и цепь 284 механизма газораспределения находится на звездочке 282.
Как проиллюстрировано на фиг. 54, эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала присоединяется к концу верхушки главного вала 232 коленчатого вала посредством установочного болта 286. В дальнейшем в этом документе, центральная точка главного вала 232 коленчатого вала называется "C232", а центральная точка эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала называется "C234". В настоящем варианте осуществления, эксцентрическая величина A обеспечивается между точкой C232 и точкой C234.
Как описано выше, главный вал 232 коленчатого вала крепится к эксцентриковому валу 234 на стороне коленчатого вала таким образом, что относительное вращение не возникает. Следовательно, когда главный вал 232 коленчатого вала вращается, эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала вращается вместе с главным валом 232 коленчатого вала при поддержании эксцентрической величины A. В это время, точка C234 рисует круговую траекторию, имеющую радиус A с точкой C232 в качестве центра.
Эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала удерживается с возможностью вращения в шатуне 256. Следовательно, шатун 256 может вращаться вокруг эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала с точкой C234 в качестве центра вращения. Эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала выполнен как единое целое с коленчатым валом 226. Соответственно, шатун 256 и коленчатый вал 226 могут относительно вращаться с точкой C234 в качестве центра. Из этой точки, центральная точка C234 эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала соответствует точке 32 соединения с коленчатым валом в вышеуказанном третьем варианте осуществления.
Когда главный вал 232 коленчатого вала вращается на 90 (°CA) из состояния, проиллюстрированного на фиг. 54, точка C234 опускается до высоты, идентичной высоте точки C232. В ходе этого вращения, шатун 256 перемещается на расстояние A в нисходящем направлении на фиг. 54. Когда главный вал 232 коленчатого вала дополнительно вращается на 90 (°CA), точка C234 перемещается в точку, которая отстоит в нисходящем направлении от точки C232 на расстоянии A. В ходе этого вращения, шатун 256 дополнительно выполняет ход на расстояние A, с тем чтобы достигать подвижного конца в нижней стороне на фиг. 54. Таким образом, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, при вращении коленчатого вала 226, шатун 256 может принудительно формировать возвратно-поступательное движение на расстояние 2A хода.
В этой связи, в настоящем варианте осуществления, главный вал 232 коленчатого вала имеет радиус B. Следовательно, расстояние от центральной точки C234 эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала до внешней окружности главного вала 232 коленчатого вала составляет максимум "A+B". В настоящем варианте осуществления, диаметр эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала задается равным достаточно большому значению, так что расстояние A+B находится в достаточной степени в пределах радиуса (D/2) эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала. Следовательно, согласно настоящему варианту осуществления, сквозное отверстие 236 (см. фиг. 52), которое может размещать весь диаметр главного вала 232 коленчатого вала, может обеспечиваться в наружном диаметре эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала без потери требуемой прочности.
Как проиллюстрировано в верхней стороне на фиг. 54, эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала присоединяется к концу верхушки осевого вала 248 балансировочного вала посредством установочного болта 288. В дальнейшем в этом документе, центральная точка осевого вала 248 балансировочного вала называется "C248", а центральная точка эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала называется "C250". В настоящем варианте осуществления, эксцентрическая величина A обеспечивается между точкой C248 и точкой C250, аналогично стороне главного вала 232 коленчатого вала.
Когда коленчатый вал 226 вращается таким образом, что центральная точка C234 эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала вращается из состояния, проиллюстрированного на фиг. 54, к передней стороне чертежа с точкой C232 в качестве центра, направляющая секция 278 функционирует аналогично направляющей секции 82 в третьем варианте осуществления. В частности, направляющая секция 278 не разрешает шарниру 274 смещаться к передней стороне чертежа в это время и ограничивает движение шарнира 274 движением к задней стороне чертежа. Как результат, движение, которое смещает эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала к задней стороне чертежа, возникает в шатуне 256.
Движение эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала ограничивается посредством шатуна 256 и осевого вала 248 балансировочного вала. С другой стороны, эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала может вращаться в шатуне 256. Согласно ограничению шатуна 256, эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала должен смещаться к нижней стороне чертежа, чтобы смещаться из состояния, проиллюстрированного на фиг. 54, к задней стороне чертежа, одновременно. Дополнительно, точка C248 фиксируется посредством осевого вала 248 балансировочного вала, и, следовательно, вышеописанное смещение должно возникать в то время, когда расстояние между точкой C250 и точкой C248 поддерживается при эксцентрической величине A.
Когда вращение коленчатого вала 226 продолжается из состояния, проиллюстрированного на фиг. 54, при ограничительном условии, как указано выше, эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала демонстрирует такое движение, что он обращается вокруг осевого вала 248 балансировочного вала таким образом, что его центральная точка C250 рисует круговую орбиту, имеющую радиус A с точкой C248 в качестве центра. Как описано выше, эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала крепится к осевому валу 248 балансировочного вала таким образом, что он не вращается относительно. Следовательно, вращение эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала непосредственно передается на осевой вал 248 балансировочного вала.
В конфигурации настоящего варианта осуществления, шатун 256 может вращаться относительно эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала с осевой линией, проходящей через точку C250, в качестве оси вращения. Эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала выполнен как единое целое с балансировочным валом 244. Соответственно, шатун 256 и балансировочный вал 244 могут относительно вращаться с точкой C250 в качестве центра. В этом отношении, центральная точка C250 эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала соответствует точке 38 соединения с балансировочным валом в балансировочном устройстве звеньевого типа (см. фиг. 15).
В то время когда эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала обращается вокруг осевого вала 248 балансировочного вала один раз, точка C250 демонстрирует возвратно-поступательное движение на расстояние 2A хода. В ходе этого перемещения, шатун 256 аналогично демонстрирует возвратно-поступательное движение на расстояние 2A хода. Возвратно-поступательное движение выполняется синхронно с возвратно-поступательным движением, которое возникает на стороне главного вала 232 коленчатого вала. Как результат, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, может быть реализована работа и функция, поясненная в третьем варианте осуществления.
В этой связи, в настоящем варианте осуществления, осевой вал 248 балансировочного вала имеет радиус E. Следовательно, расстояние от центральной точки C250 эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала до внешней окружности осевого вала 248 балансировочного вала составляет максимум "A+E". В настоящем варианте осуществления, диаметр F эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала задается равным достаточно большому значению, так что расстояние A+E размещается в достаточной степени в пределах радиуса (F/2) эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала. Следовательно, согласно настоящему варианту осуществления, сквозное отверстие 252 (см. фиг. 52), которое может размещать весь диаметр осевого вала 248 балансировочного вала, может обеспечиваться в наружном диаметре эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала без потери требуемой прочности.
Способ машинной обработки эксцентрикового вала на стороне коленчатого вала и эксцентрикового вала на стороне балансировочного вала
Фиг. 55 является схемой для пояснения способа для формирования эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала и эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала в настоящем варианте осуществления посредством общей машинной обработки отверстий. Как описано выше, в балансировочном устройстве 224 настоящего варианта осуществления, эксцентрическая величина главного вала 232 коленчатого вала и эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала и эксцентрическая величина осевого вала 248 балансировочного вала и эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала задаются равными идентичной величине "A".
Как описано для третьего варианта осуществления, в балансировочном устройстве звеньевого типа, радиус r1 вращения точки соединения с коленчатым валом и радиус r2 вращения точки соединения с балансировочным валом должны иметь идентичные значения. В настоящем варианте осуществления, точка соединения с коленчатым валом представляет собой C234, и ее радиус r1 вращения соответствует эксцентрической величине A. Аналогично, точка соединения с балансировочным валом представляет собой C250, и ее радиус r2 вращения соответствует эксцентрической величине A. Соответственно, в настоящем варианте осуществления, эксцентрическая величина A на стороне главного вала 232 коленчатого вала и эксцентрическая величина A на стороне осевого вала 248 балансировочного вала должны точно совпадать между собой.
Фиг. 55 конкретно иллюстрирует состояние, в котором эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала и эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала задаются в идентичном зажимном приспособлении 290. Зажимное приспособление 290 имеет пазы 292 и 294 с двумя уступами с осевой линией, проиллюстрированной посредством назначения C234, C250 на фиг. 55, в качестве центра. Паз 292 формируется с круглой формой, имеющей диаметр, равный диаметру эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала. Дополнительно, паз 294 формируется с круглой формой, имеющей диаметр, равный диаметру эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала. Эти пазы 292 и 294 подвергаются машинной обработке таким образом, что они являются коаксиальными между собой.
В настоящем варианте осуществления, эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала на стадии, на которой машинная обработка внешней формы и облегчающих отверстий 242 закончена, задается в пазе 294 зажимного приспособления 290 сначала. Затем, эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала на стадии, на которой машинная обработка внешней формы и облегчающих отверстий 254 закончена, задается в пазе 292 зажимного приспособления 290. После этого, сквозное отверстие 252 эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала и сквозное отверстие 236 эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала последовательно предоставляются посредством способа общей машинной обработки отверстий. Согласно такому способу, эксцентрическая величина A эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала и эксцентрическая величина A эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала могут точно совпадать между собой.
Эффект от облегчающих отверстий
Фиг. 56 является видом спереди двигателя внутреннего сгорания, включающего в себя балансировочное устройство 224 настоящего варианта осуществления. Более конкретно, левая сторона на фиг. 56 выражает состояние, в котором поршень 12 расположен в верхней мертвой точке. Дополнительно, правая сторона на фиг. 56 выражает состояние, в котором поршень 12 расположен в нижней мертвой точке.
Балансировочное устройство 224 настоящего варианта осуществления имеет такую конфигурацию, в которой шатун 256 достигает подвижного конца в верхней правой стороне на фиг. 56, когда поршень 12 достигает верхней мертвой точки, и шатун 256 достигает подвижного конца в нижней левой стороне на фиг. 56, когда поршень 12 достигает нижней мертвой точки. Таким образом, балансировочное устройство 224 настоящего варианта осуществления имеет конфигурацию, которая заставляет эксцентриковый груз 230 коленчатого вала и эксцентриковый груз 246 балансировочного вала работать практически в противоположном направлении относительно шатуна 256.
В балансировочном устройстве с такой конфигурацией, вес mr шатуна 256 должен добавляться в эксцентриковый груз 230 коленчатого вала и эксцентриковый груз 246 балансировочного вала, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу Fr, вызываемую посредством шатуна 256. Следовательно, с точки зрения уменьшения веса двигателя внутреннего сгорания, чем легче шатун 256, тем это более желательно. В этом смысле, чем легче эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала и эксцентриковый вал 250 на стороне балансировочного вала, которые смещаются как единое целое с шатуном 256, тем это более желательно.
Дополнительно, в балансировочном устройстве 224 настоящего варианта осуществления, широкая часть (часть, в которой формируются облегчающие отверстия 242) эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала и широкая часть (часть, в которой формируются облегчающие отверстия 254) эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала доходят до подвижного конца в верхней правой стороне на фиг. 56 синхронно со временем, в которое шатун 256 достигает подвижного конца в идентичном направлении на фиг. 56. Следовательно, если широкие части имеют большие веса, большая вызывающая вибрацию сила возникает вследствие центробежной силы самого эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала и центробежной силы самого эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала. Таким образом, снижение веса является особенно желательным относительно широкой части эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала и широкой части эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала.
Как проиллюстрировано на фиг. 56, в настоящем варианте осуществления, облегчающие отверстия 242 и 254 предоставляются в широких частях. Согласно облегчающим отверстиям 242 и 254, веса вышеописанных широких частей могут значительно уменьшаться. Как результат, вызывающая вибрацию сила, вызываемая посредством центробежной силы эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала и центробежной силы эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала, значительно уменьшается. Дополнительно, вызывающая вибрацию сила, вызываемая посредством веса шатуна 256, также значительно уменьшается. Следовательно, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, достигается снижение веса эксцентрикового груза 230 коленчатого вала и эксцентрикового груза 246 балансировочного вала. Это приводит к снижению веса двигателя внутреннего сгорания.
Пример модификации десятого варианта осуществления изобретения
Фиг. 57 является видом сбоку в сечении примера модификации балансировочного устройства 224 настоящего варианта осуществления. Балансировочное устройство 224 настоящего варианта осуществления спроектировано таким образом, что диаметр главного вала 232 коленчатого вала содержится в достаточной степени в пределах внешней формы эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала, как описано выше. Следовательно, главный вал 232 коленчатого вала может проникать через эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала при поддержании круглой формы.
Дополнительно, в балансировочном устройстве 224 настоящего варианта осуществления, шарнир 274 и направляющая секция 278 располагаются на стороне коленчатого вала 226 и балансировочного вала 244, за счет чего сторона поверхности (левая сторона на фиг. 57) шатуна 256 может переходить в практически плоское состояние. Следовательно, согласно балансировочному устройству 224, главный вал 232 коленчатого вала выступает из шатуна 256 на значительную длину и может использоваться для приведения в действие различных устройств. Фиг. 57 иллюстрирует пример, в котором ведущий вал 296 масляного насоса вставляется в главный вал 232 коленчатого вала, в дополнение к 282 для приведения в действие впускных и выпускных клапанов. Таким образом, согласно балансировочному устройству 224 настоящего варианта осуществления, может стимулироваться уменьшение размера двигателя внутреннего сгорания.
Фиг. 58 является схемой для пояснения конфигурации примера модификации эксцентрикового вала на стороне балансировочного вала, который может использоваться в настоящем варианте осуществления. Эксцентриковый вал 298 на стороне балансировочного вала, проиллюстрированный на фиг. 58, имеет диаметр G, т.е. радиус (G/2). Радиус (G/2) иногда не может удерживать от становления меньше суммы эксцентрической величины A и радиуса E осевого вала 248 балансировочного вала вследствие различных ограничений. Конфигурация, проиллюстрированная на фиг. 58, иллюстрирует пример решения в таком случае. В конфигурации, эксцентриковый вал 298 на стороне балансировочного вала имеет меньшее сквозное отверстие, чем секция осевого вала 248 балансировочного вала. С другой стороны, конец верхушки осевого вала 248 балансировочного вала подвергается машинной обработке в форму, которая предоставляет возможность вставки конца верхушки в сквозное отверстие. Подвергнутый машинной обработке конец верхушки осевого вала 248 балансировочного вала крепится в состоянии, в котором конец верхушки вставляется в сквозное отверстие эксцентрикового вала 298 на стороне балансировочного вала. Согласно такой конфигурации, даже в случае, если достаточно большое пространство не может обеспечиваться для эксцентрикового вала 298 на стороне балансировочного вала, балансировочное устройство с использованием шатуна 256 может быть реализовано.
Фиг. 59 является схемой для пояснения конфигурации примера модификации эксцентрикового вала на стороне коленчатого вала, который является применимым в настоящем варианте осуществления. Эксцентриковый вал 300 на стороне коленчатого вала, проиллюстрированный на фиг. 59, имеет диаметр H, т.е. радиус (H/2). Радиус (H/2) иногда не может удерживать от становления меньше суммы эксцентрической величины A и радиуса B главного вала 232 коленчатого вала вследствие различных ограничений. Конфигурация, проиллюстрированная на фиг. 59, показывает один пример решения в таком случае. В конфигурации, эксцентриковый вал 300 на стороне коленчатого вала имеет меньшее сквозное отверстие, чем секция главного вала 232 коленчатого вала. С другой стороны, конец верхушки главного вала 232 коленчатого вала подвергается машинной обработке в форму, которая предоставляет возможность вставки конца верхушки в сквозное отверстие. Подвергнутый машинной обработке конец верхушки главного вала 232 коленчатого вала имеет установочный болт 288, прикрепленный к нему, в состоянии, в котором конец верхушки вставляется в сквозное отверстие эксцентрикового вала 300 на стороне коленчатого вала. Согласно такой конфигурации, даже в случае, если достаточно большое пространство не может обеспечиваться для эксцентрикового вала 300 на стороне коленчатого вала, балансировочное устройство с использованием шатуна 256 может быть реализовано.
Фиг. 60 является схемой, иллюстрирующей пример модификации балансировочного устройства настоящего варианта осуществления при виде спереди. В частности, левая сторона на фиг. 60 показывает состояние, в котором поршень 12 расположен в верхней мертвой точке в примере модификации. Дополнительно, правая сторона на фиг. 60 показывает состояние, в котором поршень 12 расположен в нижней мертвой точке в примере модификации.
Балансировочное устройство 302, проиллюстрированное на фиг. 60, имеет такую конфигурацию, в которой шатун 256 достигает подвижного конца в нижней левой стороне на фиг. 60, когда поршень 12 достигает верхней мертвой точки, и шатун 256 достигает подвижного конца в верхней правой стороне на фиг. 60, когда поршень 12 достигает нижней мертвой точки. Таким образом, в балансировочном устройстве 302, эксцентриковый груз 230 коленчатого вала и эксцентриковый груз 246 балансировочного вала работают в направлении, практически идентичном направлению шатуна 256.
В балансировочном устройстве с такой конфигурацией, вызывающая вибрацию сила Fr, вызываемая посредством шатуна 256, может использоваться в качестве силы, которая уравновешивает вызывающую вибрацию силу Fp+Fc, вызываемую посредством поршня 12 и шатуна 14. По мере того, как вызывающая вибрация силы Fr становится больше, веса, которые должны предоставляться эксцентриковому грузу 230 коленчатого вала и эксцентриковому грузу 246 балансировочного вала, могут быть задаваться меньшими.
Эксцентриковый вал 304 на стороне коленчатого вала, проиллюстрированный на фиг. 60, не имеет облегчающего отверстия, в отличие от эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала в десятом варианте осуществления. Аналогично, эксцентриковый вал 306 на стороне балансировочного вала, проиллюстрированный на фиг. 60 не имеет облегчающего отверстия, в отличие от эксцентрикового вала 250 на стороне балансировочного вала в десятом варианте осуществления. Согласно эксцентриковому валу 304 на стороне коленчатого вала и эксцентриковому валу 306 на стороне балансировочного вала, как описано выше, большая вызывающая вибрацию сила может формироваться посредством самих центробежных сил, и шатун 256 может принудительно формировать большую вызывающую вибрацию силу Fr. Следовательно, конфигурация, проиллюстрированная на фиг. 60, может способствовать снижению веса эксцентрикового груза 230 коленчатого вала и эксцентрикового груза 246 балансировочного вала.
Дополнительно, в вышеуказанном десятом варианте осуществления, подшипник 266 на стороне коленчатого вала и подшипник на стороне балансировочного вала, которые содержатся в шатуне 256, сконфигурированы посредством роликовых подшипников. Тем не менее, эти подшипники не ограничены роликовыми подшипниками. Например, эти подшипники могут представлять собой подшипники скольжения с использованием смазочного масла. Аспект аналогично применяется к одиннадцатому варианту осуществления, который описывается ниже.
Одиннадцатый вариант осуществления изобретения
Далее поясняется одиннадцатый вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 61-66.
Фиг. 61 является покомпонентным видом в перспективе балансировочного устройства 308 одиннадцатого варианта осуществления настоящего изобретения. Балансировочное устройство 308 настоящего варианта осуществления имеет признак в аспекте расположения одного примера конкретной конфигурации, которая реализует балансировочное устройство скользящего типа, проиллюстрированное в первом варианте осуществления (см. фиг. 1), и т.п. В дальнейшем в этом документе, на фиг. 61-66, идентичным или общим элементам с элементами в вышеуказанном десятом варианте осуществления назначаются идентичные ссылки с номерами, и их пояснение опускается или упрощается.
В балансировочном устройстве 308, эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала крепится к главному валу 232 коленчатого вала, как и в случае десятого варианта осуществления. Эксцентриковый вал 310 на стороне балансировочного вала крепится к осевому валу 248 балансировочного вала. Эксцентриковый вал 310 на стороне балансировочного вала имеет продолговатое отверстие 312 на поверхности напротив поверхности, которая крепится к осевому валу 248 балансировочного вала. Внешняя форма эксцентрикового вала 310 на стороне балансировочного вала является цилиндрической, и продолговатое отверстие 312 предоставляется вдоль радиального направления окружности.
Балансировочное устройство 308 включает в себя шатун 314, который соединяет эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала и эксцентриковый вал 310 на стороне балансировочного вала.
Фиг. 62 является покомпонентным видом в перспективе шатуна 314. Как проиллюстрировано на фиг. 62, шатун 314 имеет основной корпус 316 шатуна. Основной корпус 316 шатуна имеет столбчатую часть 318, которая идет из кольцеобразной части 260 на стороне коленчатого вала. Шарнир 322 балансировочного вала крепится к концевой части столбчатой части 318 посредством гайки 320. Дополнительно, в столбчатой части 318, шарнир 274 крепится к окрестности границы относительно кольцеобразной части 260 на стороне коленчатого вала посредством гайки 276. Шарнир 322 балансировочного вала выступает в качестве роликового подшипника, аналогично шарниру 274.
Далее пояснение продолжается со ссылкой на фиг. 61. Вышеуказанный эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала вставляется в подшипник 266 на стороне коленчатого вала шатуна 314, как и в случае десятого варианта осуществления. С другой стороны, эксцентриковый вал 310 на стороне балансировочного вала соединяется с шатуном 314 посредством помещения шарнира 322 балансировочного вала в продолговатое отверстие 312.
Балансировочное устройство 308 включает в себя направляющую секцию 324. Направляющая секция 324 имеет продолговатое отверстие 326 внутри. Продолговатое отверстие 326 имеет ширину, соответствующую диаметру шарнира 274, и регулирует движение шарнира 274 до прямолинейного движения, аналогично направляющей секции 54 в первом варианте осуществления.
Фиг. 63 является видом сбоку в сечении балансировочного устройства 308 настоящего варианта осуществления. На фиг. 63, секция балансировочного вала 244 нарисована в верхней стороне, а секция коленчатого вала 226 нарисована в нижней стороне, соответственно. Коленчатый вал 226 содержит звездочку 282, которая приводит в действие цепь 284 механизма газораспределения, как и в случае десятого варианта осуществления.
В конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 63, эксцентриковый вал 234 на стороне коленчатого вала работает так, как и в случае десятого варианта осуществления. В частности, в настоящем варианте осуществления, центральная точка C234 эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала также соответствует точке 32 соединения с коленчатым валом балансировочного устройства. Когда коленчатый вал 226 вращается, его точка 32 соединения с коленчатым валом (C234) рисует круговую траекторию вокруг центральной точки C232 главного вала коленчатого вала при поддержании эксцентрической величины A. Вследствие этого, шатун 314 выполняет возвратно-поступательное движение при ходе на расстояние 2A.
Следует отметить, что в настоящем варианте осуществления, радиус (D/2) эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала задается равным достаточно большому значению относительно суммы эксцентрической величины A и радиуса B главного вала 232 коленчатого вала. Следовательно, в конструкции настоящего варианта осуществления, также можно применять конструктивное оформление, подходящее для уменьшения размера, как проиллюстрировано на фиг. 57.
Как проиллюстрировано в верхней стороне на фиг. 63, эксцентриковый вал 310 на стороне балансировочного вала крепится к концу верхушки осевого вала 248 балансировочного вала посредством установочного болта 328. Шарнир 322 балансировочного вала шатуна 314 помещается в продолговатое отверстие 312 эксцентрикового вала 310 на стороне балансировочного вала. В дальнейшем в этом документе, центральная точка осевого вала 248 балансировочного вала называется "C248", а центральная точка шарнира 322 балансировочного вала называется "C322".
В конфигурации настоящего варианта осуществления, шатун 314 может вращаться относительно эксцентрикового вала 310 на стороне балансировочного вала с осевой линией, проходящей через точку C322, в качестве оси вращения. Эксцентриковый вал 310 на стороне балансировочного вала выполнен как единое целое с балансировочным валом 244. Соответственно, шатун 314 и балансировочный вал 244 могут относительно вращаться с точкой C322 в качестве центра. Из этой точки, центральная точка C322 шарнира 322 балансировочного вала соответствует точке 38 соединения с балансировочным валом в балансировочном устройстве скользящего типа (см. фиг. 2).
Как пояснено со ссылкой на фиг. 2, в балансировочном устройстве 30 скользящего типа, расстояние между точкой 38 соединения с балансировочным валом и центральной точкой балансировочного вала 40 изменяется в соответствии с работой шатуна 36. Балансировочное устройство 308 настоящего варианта осуществления имеет также скользящий тип, и следовательно, расстояние между точкой 38 соединения с балансировочным валом и центральной точкой балансировочного вала 244, т.е. расстояние между центральной точкой C322 шарнира 322 балансировочного вала и центральной точкой C248 осевого вала 248 балансировочного вала, должно быть изменяемым.
Фиг. 64 является схемой, показывающей позиционную взаимосвязь между центральной точкой C248 осевого вала 248 балансировочного вала и центральной точкой C322 шарнира 322 балансировочного вала при просмотре вдоль LXIV-стрелок на фиг. 63. Как проиллюстрировано на фиг. 64, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, эксцентрическая величина I C322-C248 изменяется посредством плавного перемещения шарнира 322 балансировочного вала вдоль продолговатого отверстия 312. Следовательно, согласно конфигурации эксцентрикового вала 310 на стороне балансировочного вала и шатуна 314 в настоящем варианте осуществления, может удовлетворяться требование, необходимое для работы балансировочного устройства скользящего типа.
Кроме того, ниже описывается работа балансировочного устройства 308 со ссылкой на фиг. 63. Когда коленчатый вал 226 вращается из состояния, проиллюстрированного на фиг. 63, так что центральная точка C234 эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала вращается к передней стороне чертежа с точкой C232 в качестве центра, направляющая секция 324 функционирует аналогично направляющей секции 54 в первом варианте осуществления. В частности, в это время, направляющая секция 324 не разрешает шарниру 274 смещаться к передней стороне чертежа и ограничивает движение шарнира 274 только движением к нижней стороне чертежа. Как результат, в шатуне 314 возникает движение, которое смещает шарнир 322 балансировочного вала к задней стороне и нижней стороне чертежа.
Движение шарнира 322 балансировочного вала придает вращение в противоположном направлении относительно вращения коленчатого вала 226 для эксцентрикового вала 310 на стороне балансировочного вала. Поскольку эксцентриковый вал 310 на стороне балансировочного вала крепится к осевому валу 248 балансировочного вала, вращательное движение возникает в осевом валу 248 балансировочного вала синхронно со смещением шарнира 322 балансировочного вала. Затем по мере того, как коленчатый вал 226 продолжает вращаться, центральная точка C322 шарнира 322 балансировочного вала продолжает обращаться вокруг C248, и возникает непрерывное вращение балансировочного вала 244. Как результат, вертикальное движение с расстоянием 2A в качестве длины хода возникает в шатуне 314.
Эффект от облегчающих отверстий
Фиг. 65 является схемой, показывающей двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя балансировочное устройство 308 настоящего варианта осуществления при виде спереди. Более конкретно, левая сторона на фиг. 65 показывает состояние, в котором поршень 12 расположен в верхней мертвой точке. Дополнительно, правая сторона на фиг. 65 показывает состояние, в котором поршень 12 расположен в нижней мертвой точке.
Балансировочное устройство 308 настоящего варианта осуществления имеет конфигурацию работы эксцентрикового груза 230 коленчатого вала и эксцентрикового груза 246 балансировочного вала практически в противоположном направлении относительно шатуна 314, как и в случае десятого варианта осуществления. В балансировочном устройстве с такой конфигурацией, чем легче шатун 314, тем это более желательно, с точки зрения уменьшения веса двигателя внутреннего сгорания. В настоящем варианте осуществления, облегчающие отверстия 242 предоставляются в широкой части эксцентрикового вала 234 на стороне коленчатого вала, как и в случае десятого варианта осуществления. Следовательно, согласно конфигурации настоящего варианта осуществления, вес двигателя внутреннего сгорания также может уменьшаться, как и в случае десятого варианта осуществления.
Модификация одиннадцатого варианта осуществления изобретения
Как описано выше, в одиннадцатом варианте осуществления, эксцентриковому валу 234 на стороне коленчатого вала предоставляется в достаточной степени больший радиус (D/2) по сравнению с суммой эксцентрической величины A и радиуса B главного вала 232 коленчатого вала. Тем не менее, может возникать случай, когда радиус (D/2) главного вала 232 коленчатого вала не может удерживать от становления меньше A+B вследствие различных ограничений. В балансировочном устройстве 308 настоящего варианта осуществления, конфигурация, как проиллюстрировано на фиг. 59, может приспосабливаться в таком случае, как и в случае десятого варианта осуществления.
Фиг. 66 является видом спереди примера модификации балансировочного устройства настоящего варианта осуществления. В частности, левая сторона на фиг. 66 показывает состояние, в котором поршень 12 расположен в верхней мертвой точке в примере модификации. Дополнительно, правая сторона на фиг. 66 показывает состояние, в котором поршень 12 расположен в нижней мертвой точке в примере модификации. В балансировочном устройстве 330, проиллюстрированном на фиг. 66, эксцентриковый груз 230 коленчатого вала и эксцентриковый груз 246 балансировочного вала работают в направлении, практически идентичном направлению шатуна 314, в отличие от случая одиннадцатого варианта осуществления.
В балансировочном устройстве 330 с такой конфигурацией, вес шатуна 314 может использоваться для того, чтобы уравновешивать вызывающую вибрацию силу Fr, вызываемую посредством поршня 12 и шатуна 14. Следовательно, в балансировочном устройстве 330, веса, которые должны предоставляться эксцентриковому грузу 230 коленчатого вала и эксцентриковому грузу 246 балансировочного вала, могут снижаться посредством оставления большого веса в шатуне 314. Таким образом, в конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 66, облегчающее отверстие не предоставляется в эксцентриковом валу на стороне коленчатого вала, в отличие от случая одиннадцатого варианта осуществления. Согласно такой конфигурации, может достигаться снижение веса эксцентрикового груза 230 коленчатого вала и эксцентрикового груза 246 балансировочного вала.