Двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия
INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH VARIABLE COMPRESSION RATIO

Область техники
[0001] Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, включающему в себя механизм переменной степени сжатия, выполненный с возможностью изменения степени сжатия двигателя в соответствии с угловым положением первого вала управления.
Уровень техники
[0002] Патентный документ 1 раскрывает двигатель внутреннего сгорания (далее в данном документе называемый "двигателем внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия"), включающий в себя механизм переменной степени сжатия, выполненный с возможностью изменять степень сжатия двигателя в соответствии с угловым положением первого вала управления. Многозвенный механизм предусматривается между актуатором, таким как мотор, который выполнен с возможностью приводить в движение первый вал управления, и первым валом управления. Второй вал управления предусматривается для этого многозвенного механизма. Второй вал управления соединяется через рычаг с первым валом управления. Второй вал управления поддерживается в корпусе, прикрепленном, например, к основному корпусу двигателя.
Патентный документ
[0003] Публикация японской патентной заявки № 2013-253512
Проблемы, на решение которых направлено изобретение
[0004] В этом двигателе внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия большая нагрузка в направлении отклонения оси действует на подшипниковый участок первого шарнирного штифта, соединенного с первым плечевым участком первого вала управления, в котором формируется изгибающее/крутильное колебание. Соответственно, первый шарнирный штифт строго соединяется на одном торцевом участке подшипникового участка. Т.е. нагрузка частичного контакта имеет тенденцию становиться большой. С другой стороны, на стороне второго шарнирного штифта, первый шарнирный штифт и рычаг размещаются между первым валом управления и вторым шарнирным штифтом. Соответственно, нагрузка уменьшается посредством зазора подшипникового участка между первым шарнирным штифтом и рычагом. Нагрузка в направлении отклонения оси на подшипниковый участок сдерживается в низком значении относительно первого шарнирного штифта. Следовательно, локальное поверхностное давление, действующее на подшипниковый участок, является низким.
[0005] Следовательно, когда идентичная нагрузка действует на первый шарнирный штифт и второй шарнирный штифт, локальное поверхностное давление первого шарнирного штифта увеличивается, так что абразивное истирание должно легко прогрессировать.
Средство решения проблемы
[0006] Целью настоящего изобретения является решение вышеупомянутых проблем. Т.е. двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия согласно настоящему изобретению содержит: механизм переменной степени сжатия, выполненный с возможностью изменять степень сжатия двигателя в соответствии с угловым положением первого вала управления; актуатор, выполненный с возможностью изменять и удерживать угловое положение первого вала управления; и многозвенный механизм, выполненный с возможностью соединять актуатор и первый вал управления.
[0007] Многозвенный механизм включает в себя: второй вал управления, расположенный параллельно с первым валом управления, рычаг, соединяющий первый вал управления и второй вал управления, нагрузка от сгорания, действующая на первый вал управления, передается через рычаг второму валу управления, первый плечевой участок, проходящий от первого вала управления в радиально наружном направлении, первый шарнирный штифт, который вставляется через наконечник первого плечевого участка и один конец рычага и который соединяет первый плечевой участок и рычаг, так что первый плечевой участок и рычаг вращаются относительно друг друга, второй плечевой участок, проходящий от второго вала управления в радиально наружном направлении, и второй шарнирный штифт, который вставляется через наконечник второго плечевого участка и другой конец рычага и который соединяет второй плечевой участок и рычаг, так что второй плечевой участок рычаг вращаются относительно друг друга.
[0008] Первый шарнирный штифт имеет диаметр больше диаметра второго шарнирного штифта.
Преимущество изобретения
[0009] Посредством настоящего изобретения в первом шарнирном штифте и втором шарнирном штифте, большая нагрузка в направлении отклонения оси действует на подшипниковый участок первого шарнирного штифта, который находится рядом с поршнем, и на который действует нагрузка сгорания, посредством нагрузки сгорания со стороны поршня. Однако диаметр первого шарнирного штифта задается равным относительно большому значению. Соответственно, представляется возможным пресекать прогрессирование абразивного истирания. С другой стороны, диаметр второго шарнирного штифта, который находится дальше от поршня, задается равным относительно небольшому значению. При этом представляется возможным уменьшать траекторию движения (локус) и тем самым улучшать возможность установки двигателя.
Краткое описание чертежей
[0010] Фиг. 1 - схематичный вид, схематично показывающий двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, включающий в себя механизм переменной степени сжатия согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 - вид в разрезе, показывающий участок рядом с многозвенным механизмом.
Фиг. 3 - иллюстративный вид, показывающий участки звена из рычага, первого плечевого участка и второго плечевого участка.
Фиг. 4(A) - иллюстративный вид, преувеличенно показывающий отклоняющую деформацию первого шарнирного штифта.
Фиг. 4(B) - иллюстративный вид, преувеличенно показывающий отклоняющую деформацию второго шарнирного штифта.
Фиг. 5 - вид в разрезе, показывающий соединительную структуру первого шарнирного штифта и второго шарнирного штифта.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
[0011] Далее в данном документе настоящее изобретение иллюстрируется на основе одного варианта осуществления, показанного на чертежах. Фиг. 1 представляет собой вид конфигурации, схематично показывающий двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, снабженный механизмом 10 переменной степени сжатия согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения. Коленчатый вал 3 поддерживается с возможностью вращения относительно блока 2 цилиндров этого двигателя 1 внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия.
[0012] Механизм 10 переменной степени сжатия включает в себя нижнее звено 11, установленное с возможностью вращения на шатунной шейке 4 коленчатого вала 3; верхнее звено 12, соединяющее нижнее звено 11 и поршень 5; первый вал 13 управления, поддерживаемый с возможностью вращения посредством блока 2 цилиндров; и звено 14 управления, соединяющее первый вал 13 управления и нижнее звено 11. Верхний конец верхнего звена 12 и поршень 5 соединяются посредством штифта 15 поршня, чтобы вращаться относительно друг друга. Верхнее звено 12 и нижнее звено 11 соединяются посредством верхнего штифта 16, чтобы вращаться относительно друг друга. Нижнее звено 11 и верхний конец звена 14 управления соединяются посредством штифта 17 управления, чтобы вращаться относительно друг друга. Нижний крайний участок нижнего звена 11 соединяется с возможностью вращения с эксцентриковым участком 18 вала управления, предусмотренным эксцентрично от шейки вала, которая является центром вращения первого вала 13 управления.
[0013] Как показано на фиг. 1 и 2, многозвенный механизм 22 располагается на пути передачи мощности между выходным валом актуатора 20, такого как мотор, выполненного с возможностью приводить в действие и вращать первый вал 13 управления, и первым валом 13 управления. Многозвенный механизм 22 выполнен с возможностью уменьшать скорость или мощность вращения выходного вала мотора и передавать ее первому валу 13 управления. Этот многозвенный механизм 22 включает в себя редуктор скорости, такой как устройство волновой зубчатой передачи, выполненное с возможностью получать большое снижение скорости. Этот многозвенный механизм 22 включает в себя второй вал 24 управления, выполненный с возможностью вращаться как одно целое с выходным валом этого редуктора скорости, и рычаг 25, соединяющий этот второй вал 24 управления и первый вал 13 управления (см. фиг. 1). Второй вал 24 управления принимается в корпус 26, который прикрепляется на боковой поверхности блока 2 цилиндров. Второй вал 24 управления поддерживается с возможностью вращения посредством корпуса 26 в положении, в котором второй вал 24 управления находится параллельно первому валу 13 управления. Рычаг 25 проходит сквозь и протягивается через щели блока 2 цилиндров и корпуса 26.
[0014] Один конец рычага 25 и наконечник первого плечевого участка 27, который протягивается в радиальном направлении от шейки 13A первого вала 13 управления, соединяются через первый шарнирный штифт 28, чтобы вращаться относительно друг друга. Другой конец рычага 25 и наконечник второго плечевого участка 29, который протягивается в радиальном направлении от шейки 24A, которая является центром вращения второго вала 24 управления, соединяются через второй шарнирный штифт 30, чтобы вращаться относительно друг друга.
[0015] Первый плечевой участок 27 имеет длину больше длины второго плечевого участка 29, с тем чтобы снижать скорость вращения второго вала 24 управления и передавать ее первому валу 13 управления.
[0016] В сконструированном таким образом механизме 10 переменной степени сжатия, когда угловое положение первого вала 13 управления изменяется через многозвенный механизм 22 посредством мотора, положение нижнего звена 11 изменяется через звено 14 управления. Характеристики хода поршня 5, которые включают в себя верхнюю мертвую точку поршня и нижнюю мертвую точку поршня, изменяются, так что степень сжатия двигателя непрерывно изменяется.
[0017] Далее описываются конфигурация, действия и результаты в этом варианте осуществления.
[0018] [1] Предоставляются механизм 10 переменной степени сжатия, выполненный с возможностью изменять степень сжатия двигателя в соответствии с угловым положением первого вала 13 управления; актуатор 20, выполненный с возможностью уменьшать и удерживать угловое положение первого вала 13 управления; и многозвенный механизм 22, соединяющий актуатор 20 и первый вал 13 управления.
[0019] Этот многозвенный механизм 22 включает в себя второй вал 24 управления, расположенный параллельно с первым валом 13 управления, и рычаг 25, соединяющий первый вал 13 управления и второй вал 24 управления. Нагрузка сгорания, действующая на первый вал 13 управления, передается через рычаг 25 второму валу 24 управления.
[0020] Кроме того, предусматриваются первый плечевой участок 27, проходящий в радиально наружном направлении от первого вала 13 управления; первый шарнирный штифт 28, который вставляется через наконечник первого плечевого участка 27 и один крайний участок рычага 25 и который соединяет первый плечевой участок 27 и рычаг 25, так что первый плечевой участок 27 и рычаг 25 вращаются относительно друг друга; второй плечевой участок 29, проходящий от второго вала 24 управления в радиально наружном направлении; и второй шарнирный штифт 30, который вставляется через наконечник второго плечевого участка 29 и другой конец рычага 25 и который соединяет второй плечевой участок 29 и рычаг 25, так что второй плечевой участок 29 и рычаг 25 вращаются относительно друг друга. Диаметр D1 первого шарнирного штифта 28 больше диаметра D2 второго шарнирного штифта 30.
[0021] Первый вал 13 управления принимает нагрузку в направлении отклонения оси (отклоненном в осевом направлении), которое отклоняется относительно осевого направления посредством инерционной нагрузки и нагрузки сгорания, которые действуют со стороны поршня 5 двигателя внутреннего сгорания. Соответственно, изгибающее/крутильное колебание легко должно создаваться. Следовательно, в первом шарнирном штифте 28 и втором шарнирном штифте 30, поверхностное давление опорного участка первого шарнирного штифта 28, непосредственно соединенного с первым валом 13 управления, является непостоянным вследствие вышеописанной нагрузки в направлении отклонения оси. В первом шарнирном штифте 28 поверхностные давления в обоих крайних участках в осевом направлении локально увеличиваются, так что частичный контакт легко должен создаваться.
[0022] С другой стороны, нагрузка сгорания и инерционная нагрузка, которые действуют на первый вал 13 управления, опосредованно передаются второму шарнирному штифту 30 через первый шарнирный штифт 28 и рычаг 25. Передача нагрузки в направлении отклонения оси уменьшается посредством зазора и т.п., который предусматривается в звеньевом участке и опорном участке этих первого шарнирного штифта 28 и рычага 25. Локальные увеличения поверхностного давления в обоих крайних участках в осевом направлении пресекаются и ослабляются относительно стороны первого шарнирного штифта 28. Следовательно, в случае когда идентичная нагрузка действует на первый шарнирный штифт 28 и второй шарнирный штифт 30, поверхностное давление локально увеличивается в первом шарнирном штифте 28, так что первый шарнирный штифт 28 легко должен изнашиваться.
[0023] Следовательно, в первом шарнирном штифте 28 и втором шарнирном штифте 30, диаметр D1 первого шарнирного штифта 28 задается равным относительно большому значению. При этом представляется возможным пресекать локальное увеличение поверхностного давления и частичный контакт первого шарнирного штифта 28 и пресекать прогрессирование абразивного износа. С другой стороны, траектория движения (локус) участка звена, включающего в себя второй шарнирный штифт 30, уменьшается посредством относительного уменьшения диаметра D2 второго шарнирного штифта 30. Соответственно, представляется возможным улучшать возможность установки двигателя, в частности уменьшать размер и вес корпуса 26, принимающего этот второй шарнирный штифт 30.
[0024] Кроме того, в первом шарнирном штифте 28 и втором шарнирном штифте 30, скорости относительного скольжения шарнирных штифтов относительно опорных участков штифта при изменении степени сжатия являются небольшими. Соответственно, масляной пленке трудно создаваться на подшипниковом участке. Следовательно, предпочтительно увеличивать скорость скольжения штифта для улучшения создания масляной пленки. В этом случае в конфигурации, когда скорость вращения уменьшается, и когда вращение с уменьшенной скоростью передается от второго вала 24 управления первому валу 13 управления, как показано на фиг. 3, угол θ2 функционирования второго вала 24 управления (относительный угол поворота шарнирного штифта относительно опорного участка штифта) больше угла θ1 функционирования первого вала 13 управления (относительного угла поворота шарнирного штифта относительно подшипникового участка штифта). Соответственно, что касается скорости кругового вращения шарнирного штифта относительно подшипника штифта на предварительно определенную величину изменения степени сжатия, скорость кругового вращения второго шарнирного штифта 30 больше скорости кругового вращения первого шарнирного штифта 28 в случае, когда первый шарнирный штифт 28 и второй шарнирный штифт 30 имеют идентичный диаметр. Следовательно, диаметр D1 первого шарнирного штифта 28, на котором масляной пленке относительно трудно создаваться на подшипниковом участке, задается больше диаметра D2 второго шарнирного штифта 30, с тем чтобы формировать хорошую масляную пленку на первом шарнирном штифте 28 и втором шарнирном штифте 30. При этом представляется возможным улучшать характеристики смазки и пресекать создание абразивного износа и задира.
[0025] Кроме того, диаметр D1 первого шарнирного штифта 28 задается относительно большим, как показано на фиг. 4. При этом, когда осевые длины первого шарнирного штифта 28 и второго шарнирного штифта 30 идентичны друг другу, соотношение длины/диаметра первого шарнирного штифта 28 становится меньше соотношения длины/диаметра второго шарнирного штифта 30. При этом, когда зазоры 31 подшипниковых участков идентичны друг другу, свобода угла наклона в зазоре 31 подшипника первого шарнирного штифта 28, соединенного с (первым плечевым участком 27) первым валом 13 управления, в котором изгибающее/скручивающее колебание в направлении отклонения оси больше вследствие нагрузки сгорания и т.д. со стороны поршня, увеличивается. Соответственно, представляется возможным амортизировать колебание и наклон первого вала 13 управления посредством зазора 31 подшипникового участка первого шарнирного штифта 28 и масляной пленки его опорной поверхности и тем самым пресекать передачу колебания и наклона стороне рычага 25. Следовательно, представляется возможным пресекать ухудшение шумового колебания вследствие колебания рычага 25 и устранять ненормальный износ подшипниковых участков второго шарнирного штифта 30 и второго штифта 24 управления.
[0026] [2] Область скольжения первого шарнирного штифта 28 (область подшипникового участка, в котором первый шарнирный штифт 28, первый плечевой участок 27 и рычаг 25 вращаются относительно друг друга) задается больше области скольжения второго шарнирного штифта 30 (области подшипникового участка, в которой второй шарнирный штифт 30, второй плечевой участок 29 и рычаг 25 вращаются относительно друг друга). Задавая область скольжения первого шарнирного штифта 28 относительной большей таким способом, представляется возможным пресекать локальное увеличение поверхностного давления и частичный контакт первого шарнирного штифта 28. С другой стороны, во втором шарнирном штифте 30, передача колебания эксцентрикового вала второму шарнирному штифту 30 уменьшается посредством зазора 31 подшипника между первым шарнирным штифтом 28 и рычагом 25. Соответственно, это поверхностное давление второго шарнирного штифта 30 ниже поверхностного давления стороны первого шарнирного штифта 28. Следовательно, представляется возможным уменьшать область скольжения второго шарнирного штифта 30 без вызова чрезмерного увеличения поверхностного давления.
[0027] [3] Среднее поверхностное давление первого шарнирного штифта 28 задается меньше среднего поверхностного давления второго шарнирного штифта 30.
[0028] В первом шарнирном штифте 28 колебание, скручивание и изгибающая деформация легко должны создаваться вследствие нагрузки со стороны поршня 5 через первый вал 13 управления. Соответственно, условие скольжения является строгим. Следовательно, диаметр первого шарнирного штифта 28 увеличивается, с тем чтобы пресекать среднее поверхностное давление. При этом представляется возможным пресекать абразивное истирание первого шарнирного штифта 28, который легко должен изнашиваться. С другой стороны, второй шарнирный штифт 30 соединяется через рычаг 25 со стороной первого вала 13 управления. Соответственно, представляется возможным ослаблять большое колебание, скручивание и изгибающую деформацию стороны поршня 5 и уменьшать нагрузку относительно стороны первого шарнирного штифта 28. Следовательно, представляется возможным пресекать прогрессирование абразивного истирания, даже когда среднее поверхностное давление является относительно большим на стороне второго шарнирного штифта 30.
[0029] [4] Шероховатость поверхности первого шарнирного штифта 28 задается меньше шероховатости поверхности второго шарнирного штифта 30. Таким образом, шероховатость поверхности первого шарнирного штифта 28, на которой локальное поверхностное давление является большим и которая легко должна значительно изнашиваться, задается равным меньшему значению. При этом представляется возможным пресекать абразивное истирание. С другой стороны, шероховатость поверхности стороны второго шарнирного штифта 30, на которой абразивное истирание относительно трудно должно прогрессировать, является относительно большой. При этом представляется возможным упрощать обработку поверхности.
[0030] [5] Твердость поверхности первого шарнирного штифта 28 задается больше твердости поверхности второго шарнирного штифта 30. Таким образом, твердость поверхности первого шарнирного штифта 28, на которой локальное поверхностное давление является большим и которая легко должна значительно изнашиваться, задается большой. При этом представляется возможным пресекать это абразивное истирание.
[0031] [6] Эффективная опорная длина первого шарнирного штифта 28 задается короче эффективной опорной длины второго шарнирного штифта 30.
[0032] Т.е. диаметр первого шарнирного штифта 28 задается больше диаметра второго шарнирного штифта 30, как описано выше. Соответственно, представляется возможным уменьшать эффективную опорную длину первого шарнирного штифта 28 без причинения ухудшения поверхностного давления. При этом представляется возможным сдерживать всю длину первого шарнирного штифта 28 и улучшать возможность установки двигателя, в частности, в случае многоцилиндрового двигателя внутреннего сгорания.
[0033] [7] Как показано на фиг. 5, первый шарнирный штифт 28 выполнен с возможностью вращаться относительно первого плечевого участка 27 и рычага 25. На обоих концах прикрепляются стопорные кольца 32, которые являются механизмами, предотвращающими выпадение штифта. С другой стороны, второй шарнирный штифт 30 прикрепляется ко второму плечевому участку 29 и рычагу 25 (в этом примере второму плечевому участку 29), с тем чтобы не вращаться относительно друг друга.
[0034] Таким образом, первый шарнирный штифт 28, в котором колебание относительно больше, является полностью плавающим. При этом представляется возможным уменьшать входное колебание, передаваемое стороне второго шарнирного штифта 30. Следовательно, даже когда второй шарнирный штифт 30 прикрепляется к одному из второго плечевого участка 29 и рычага 25 посредством запрессовки и т.п., с тем чтобы не вращаться, представляется возможным пресекать ухудшение входного колебания в сторону актуатора.
[0035] Кроме того, таким образом, второй шарнирный штифт 30 прикрепляется к одному из второго плечевого участка 29 и рычага 25 посредством запрессовки и т.п. При этом представляется возможным уменьшать ширину подшипника на стороне запрессовки (в этом примере втором плечевом участке 29). Соответственно, представляется возможным увеличивать ширину подшипника другого из второго плечевого участка 29 и рычага 25 (в этом примере, рычага 25), который не закреплен. Следовательно, даже когда диаметр второго шарнирного штифта 30 задается относительно меньшим, представляется возможным пресекать ухудшение поверхностного давления.
[0036] [8] В частности, как показано на фиг. 5, второй шарнирный штифт 30 прикрепляется ко второму плечевому участку 29 посредством запрессовки. Кроме того, подшипниковый участок 33 второго плечевого участка 29 относительно второго шарнирного штифта 30 помещается посредине с двух сторон между парой подшипниковых участков 34 рычага 25 относительно второго шарнирного штифта 30.
[0037] Посредством этой структуры представляется возможным пресекать отклоняющую деформацию рычага 25 в направлении наклона оси и уменьшать зазор подшипникового участка. Кроме того, второй шарнирный штифт 30 прикрепляется ко второму плечевому участку 29 посредством запрессовки. Соответственно, выпадение второго шарнирного штифта 30 предотвращается. Стопорное кольцо и т.п. для предотвращения выпадения второго шарнирного штифта 30 является ненужным. Кроме того, второй шарнирный штифт 30 и второй плечевой участок 29 закрепляется посредством запрессовки в одном в осевом направлении центральном участке. Соответственно, представляется возможным уменьшать изменение крутящего момента при недостаточности (разъединении) запрессовки в операции запрессовки относительно случая, когда они закрепляются посредством запрессовки в обоих участках в осевом направлении.
[0038] [9] Сумма осевых длин пары подшипниковых участков 34 второго шарнирного штифта 30 и рычага 25 больше осевой длины подшипникового участка 33 второго шарнирного штифта 30 и второго плечевого участка 29.
[0039] Таким образом, осевая длина пары подшипниковых участков 34 второго шарнирного штифта 30 и рычага 25, которые относительно вращаются, в значительной степени обеспечивается. При этом представляется возможным уменьшать поверхностное давление скользящих участков.