НЕСУЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ ДЛЯ МНОГОЗВЕННОГО КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
LOAD-CARRYING STRUCTURE FOR MULTI-LINK CRANK MECHANISM IN INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение в основном относится к двигателю внутреннего сгорания, включающему в себя многозвенный кривошипно-шатунный механизм, конкретно к несущей конструкции коленчатого вала и к ведущему валу в многозвенном кривошипно-шатунном механизме.
Известный уровень техники
[0002] Как описано в патентном документе 1, в качестве кривошипно-шатунного механизма в двигателе внутреннего сгорания известен многозвенный кривошипно-шатунный механизм, который включает в себя: нижнее звено, опирающееся на палец кривошипа коленчатого вала; верхнее звено, соединяющее первую концевую часть нижнего звена с поршневым пальцем; и ведущее звено, соединяющее вторую концевую часть нижнего звена с деталью вала эксцентрика ведущего вала.
[0003] В таком многозвенном кривошипно-шатунном механизме необходимо, чтобы коленчатый вал и ведущий вал, каждый по отдельности, имели возможность вращения. В патентном документе 1 раскрыта несущая конструкция, в которой коленчатый вал располагается между поперечной перемычкой в блоке цилиндров и крышкой коренного подшипника, и крышка подшипника ведущего вала присоединена к нижней части крышки коренного подшипника, а ведущий вал находится между ними.
[0004] Крышка подшипника ведущего вала имеет структуру несущей балки, в которой множество крышек подшипников соединены в форме лестницы посредством детали балки, проходящей в продольном направлении двигателя, и выполнена с возможностью подачи смазочного масла в деталь подшипника ведущего вала из масляной магистрали, образованной в детали балки.
[0005] Патентный документ 2 не относится к многозвенному кривошипно-шатунному механизму, в нем раскрыто поддержание коренной шейки коленчатого вала посредством металлических элементов разделяемого на половины коренного подшипника, и образование смазочной канавки, проходящей по окружности во внутренней периферической поверхности металлических элементов коренного подшипника.
[0006] Для конфигурации, описанной в патентном документе 1, в которой смазочное масло подается к детали подшипника ведущего вала посредством внутренней части балки, необходимо сформировать крышку подшипника ведущего вала в структуре несущей балки, что, таким образом, ведет к низкой эксплуатационной гибкости конструкции. Кроме того, структура несущей балки, оснащенная масляной магистралью, ведет к сложной конфигурации.
Документы уровня техники
Патентные документы
[0007] Патентный документ 1: JP 2004-116434 A
Патентный документ 2: JP 2008-20028 A
Сущность изобретения
[0008] Согласно настоящему изобретению несущая конструкция для многозвенного кривошипно-шатунного механизма для двигателя внутреннего сгорания имеет такую конфигурацию, при которой: многозвенный кривошипно-шатунный механизм включает в себя: нижнее звено, опирающееся на палец кривошипа коленчатого вала; верхнее звено, соединяющее первую концевую часть нижнего звена с поршневым пальцем; и ведущее звено, соединяющее вторую концевую часть нижнего звена с деталью вала эксцентрика ведущего вала; при этом коленчатый вал поддерживается с возможностью вращения на детали коренного подшипника коленчатого вала посредством металлических элементов разделяемого на половины коренного подшипника, причем деталь коренного подшипника коленчатого вала образована блоком цилиндров и крышкой коренного подшипника; ведущий вал с возможностью вращения поддерживается на детали подшипника ведущего вала посредством металлических элементов разделяемого на половины подшипника ведущего вала, где деталь подшипника ведущего вала образована крышкой коренного подшипника и крышкой подшипника ведущего вала; и несущая конструкция дополнительно содержит: канал для смазки в блоке цилиндров, образованный в блоке цилиндров и проходящий от масляной магистрали блока цилиндров к детали коренного подшипника коленчатого вала; первое смазочное отверстие, образованное и открывающееся в сторону металлических элементов коренного подшипника и соответствующее дистальному концу отверстия цельного канала для смазки; смазочную канавку, образованную по окружности и проходящую целиком по внутренней периферии металлических элементов коренного подшипника, и сообщающуюся с первым смазочным отверстием; второе смазочное отверстие, образованное и открывающееся в сторону металлических элементов коренного подшипника, и сообщающееся со смазочной канавкой в области, близкой к крышке коренного подшипника; канал для смазки внутри крышки, образованный в крышке коренного подшипника и включающий в себя первый конец, соответствующий второму смазочному отверстию, и включающий в себя второй конец, достигающий детали подшипника ведущего вала; и третье смазочное отверстие, образованное и открывающееся в сторону металлических элементов подшипника ведущего вала и соответствующее дистальному концу отверстия канала для смазки внутри крышки.
[0009] В вышеуказанной конфигурации смазочное масло подается из масляной магистрали блока цилиндров в деталь подшипника ведущего вала посредством детали коренного подшипника коленчатого вала.
[0010] Конкретно, смазочное масло подается из масляной магистрали к детали коренного подшипника коленчатого вала посредством канала для смазки в блоке цилиндров, а затем направляется к внутренней периферической части металлических элементов коренного подшипника посредством первого смазочного отверстия. Это служит для смазывания поверхности скольжения между коленчатым валом и металлами коренного подшипника. Смазочное масло, дополнительно, поступает ко второму смазочному отверстию посредством смазочной канавки во внутренней периферической поверхности металлических элементов коренного подшипника и подается из второго смазочного отверстия к детали подшипника ведущего вала посредством канала внутри крышки. Затем смазочное масло направляется из канала внутри крышки к внутренней периферической поверхности металлических элементов подшипника ведущего вала посредством третьего смазочного отверстия и служит для смазывания поверхности скольжения между ведущим валом и металлами подшипника ведущего вала.
[0011] Согласно настоящему изобретению характерная особенность подачи смазочного масла из масляной магистрали блока цилиндров к делали подшипника ведущего вала посредством смазочной канавки детали коренного подшипника коленчатого вала позволяет устранить необходимость в образовании крышки подшипника ведущего вала в структуре балки и в связи с этим улучшить эксплуатационную гибкость конструкции, таким образом, упростить конфигурацию канала для смазки.
Краткое описание чертежей
[0012] На ФИГ. 1 проиллюстрирована схема, показывающая конфигурацию многозвенного кривошипно-шатунного механизма согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
ФИГ. 2 представляет собой вид в сечении, показывающий несущую конструкцию согласно варианту осуществления с каналами для смазки.
ФИГ. 3 представляет собой вид в сечении, показывающий детали каналов для смазки в детали коренного подшипника коленчатого вала и в детали подшипника ведущего вала.
ФИГ. 4 представляет собой вид в сечении внутренней боковой поверхности металлических элементов коренного подшипника, сделанный по линии A-A, показанной на ФИГ.3.
Варианты осуществления изобретения
[0013] Следующее далее описание подробно раскрывает один из вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.
[0014] Во-первых, следующее далее описание раскрывает конфигурацию многозвенного кривошипно-шатунного механизма согласно указанному варианту осуществления со ссылкой на ФИГ. 1. Как показано на ФИГ. 1, блок цилиндров 1 образован вместе с цилиндром 2 и поршнем 3, расположенным с возможностью скольжения в цилиндре 2, и первый конец верхнего звена 4 шарнирно соединен с поршнем 3 с помощью поршневого пальца 5. Второй конец верхнего звена 4 присоединен с возможностью вращения к первому концу нижнего звена 7 с помощью первого присоединительного пальца 6. Нижнее звено 7 шарнирно прикреплено в центральной части к пальцу кривошипа 9 коленчатого вала 8. Коленчатый вал 8 с возможностью вращения поддерживается деталью 11 коренного подшипника коленчатого вала, которая образована блоком 1 цилиндров и крышкой 10 коренного подшипника.
[0015] Первый конец ведущего звена 13 присоединен с возможностью вращения ко второй концевой части нижнего звена 7 с помощью второго присоединительного пальца 14. Второй конец ведущего звена 13 установлен с возможностью вращения на деталь 15 вала эксцентрика ведущего вала 14. Ведущий вал 14 расположен под коленчатым валом 8 и параллельно коленчатому валу 8, и поддерживается, с возможностью вращения, деталью 17 подшипника ведущего вала, которая образована крышкой 10 коренного подшипника и крышкой 16 подшипника ведущего вала.
[0016] Как показано на ФИГ. 2, крышка 10 коренного подшипника присоединена к нижней части блока 1 цилиндров, конкретно, к нижней части поперечной перемычки 21 между цилиндрами, тремя болтами 22, 23 и 24. Крышка 16 подшипника ведущего вала присоединена к нижней части крышки 10 коренного подшипника. Конкретно, два болта 23 и 24 проходят через крышку 10 коренного подшипника и крышку 16 подшипника ведущего вала и фиксируют крышку 10 коренного подшипника и крышку 16 подшипника ведущего вала с блоком 1 цилиндров так называемым общим крепежом. Как показано на ФИГ. 2, два болта 23 и 24 выходят на соответствующие стороны детали 11 коренного подшипника коленчатого вала и детали 17 подшипника ведущего вала, которые имеют форму круглого отверстия. Поверхность сочленения между крышкой 10 коренного подшипника и поперечной перемычкой 21 и поверхность сочленения между крышкой 10 коренного подшипника и крышкой 16 подшипника ведущего вала находятся параллельно друг другу и расположены перпендикулярно центральной оси L цилиндра 2.
[0017] Каждый болт 22-24 может быть обычным болтом, оснащенным головкой, или болтом шпилькой, которую используют в комбинации с гайкой.
[0018] Ниже приведенное описание раскрывает систему для подачи смазочных масел к детали 11 коренного подшипника коленчатого вала и к детали 17 подшипника ведущего вала.
[0019] Как показано на ФИГ. 2, масляная магистраль 31 образована в блоке 1 цилиндров (рядом с верхней стороной юбочной части ближе к ведущему звену 13) и тянется непосредственно в направлении массива цилиндров. Масляная магистраль 31 соединена с нагнетательной стороной масляного насоса (не показано) с помощью маслоподающего канала 32. Канал 33 для смазки в блоке цилиндров образован так, что проходит в поперечной перемычке 21 блока 1 цилиндров и направляется от масляной магистрали 31 к детали 11 коренного подшипника коленчатого вала. Канал 33 для смазки в блоке цилиндров представляет собой канал для смазки прямой формы, который образован путем высверливания со стороны нижней части блока 1 цилиндров, и проходит к центру детали 11 коренного подшипника коленчатого вала, имеющей круглую форму, с наклоном от центральной оси L цилиндра 2. Канал 33 для смазки в блоке цилиндров имеет умеренно сужающуюся форму, которая немного больше в диаметре на стороне, которая ближе к детали 11 коренного подшипника коленчатого вала.
[0020] Канал 34 для смазки внутри крышки образован в крышке 10 подшипника и тянется от нижней части детали 11 коренного подшипника коленчатого вала, имеющей круглую форму, к верхней чести детали 17 подшипника ведущего вала, имеющего также круглую форму. Канал 34 для смазки внутри крышки 34 образован путем высверливания непосредственно от полукруглой углубленной части, образующей деталь 11 коренного подшипника коленчатого вала на верхней стороне крышки 10 коренного подшипника, до полукруглой углубленной части, образующей деталь 17 подшипника ведущего вала на нижней стороне крышки 10 коренного подшипника. Как показано на ФИГ. 2, в состоянии, когда центральная ось L цилиндра 2 расположена вертикально, центр детали 11 коренного подшипника коленчатого вала и центр детали 17 подшипника ведущего вала немного смещены друг относительно друга в боковом направлении. Конкретно, центр детали 17 подшипника ведущего вала немного ближе к правой части, как показано на ФИГ. 2, а именно, ближе к ведущему звену 13, относительно центра детали 11 коренного подшипника коленчатого вала. Таким образом, канал 34 для смазки внутри крышки, который тянется от самой нижней части детали 11 коренного подшипника коленчатого вала до самой верхней части детали 17 подшипника ведущего вала, слегка отклонен от центральной оси L цилиндра 2. Как очевидно из ФИГ. 2 и других чертежей, диаметр ведущего вала 14 (особенно диаметр шейки ведущего вала 14) меньше диаметра коленчатого вала 8 (особенно диаметра шейки коленчатого вала 8).
[0021] На ФИГ. 3 показаны детали каналов для смазки в обеих деталях 11 и 17 подшипников. Как показано на ФИГ. 3, пара металлических элементов 41 разделяемого на половины коренного подшипника присоединена к детали коренного подшипника коленчатого вала 11, и коленчатый вал 8 имеет возможность вращения при помощи металлических элементов 41 коренного подшипника. Каждый металлический элемент 41 коренного подшипника имеет полуцилиндрическую форму и присоединен к полукруглой углубленной части поперечной перемычки 21 или к полукруглой углубленной части крышки 10 коренного подшипника, соответственно, что предотвращает вращение. Для предотвращения вращения металлического элемента 41 коренного подшипника в детали 11 коренного подшипника коленчатого вала, взаимодействующий участок представлен в форме зубца или тому подобного, хотя это не показано на чертежах.
[0022] Металлический элемент 41 коренного подшипника образован вместе с первым смазочным отверстием 42 в положении, соответствующем дистальному концу отверстия 33a канала 33 для смазки в блоке цилиндров, где первое смазочное отверстие 42 имеет эллиптическую форму, расположенную по окружности, как показано на ФИГ.4. Первое смазочное отверстие 42 расположено в диагональном положении полуцилиндрической формы снаружи от центрального положения (т.е. положении 90°) полуцилиндрической формы в периферическом направлении. В настоящем варианте осуществления для устранения необходимости контроля за направлением металлического элемента 41 коренного подшипника во время сборки, два первых смазочных отверстия 42 образованы и открыты в двух местах, симметричных друг другу относительно центрального положения, равного 90°, соответственно. Пара металлических элементов 41 коренного подшипника полностью идентична друг другу как составные части, так, что металлический элемент 41 коренного подшипника, расположенный ближе к крышке 10 коренного подшипника, также включает в себя пару первых смазочных отверстий 42. Что касается расположения в осевом направлении металлического элемента 41 коренного подшипника, то эти первые смазочные отверстия 42 распложены в центре осевой длины металлического элемента 41 коренного подшипника, так, что первые смазочные отверстия 42 распложены в фиксированном положении, независимо от положения металлического элемента 41 коренного подшипника при сборке.
[0023] Внутренняя периферическая поверхность металлических элементов 41 коренного подшипника образована вместе со смазочной канавкой 43, проходящей по окружности и целиком. Смазочная канавка 43 распложена в центре полуцилиндрического металлического элемента 41 коренного подшипника в осевом направлении. Как показано на ФИГ. 4, смазочная канавка 43 имеет ширину, соответствующую минимальной осевой длине первого смазочного отверстия 42. А именно, первое смазочное отверстие 42 направлено к смазочной канавке 43.
[0024] Второе смазочное отверстие 44, имеющее идеальное круглое сечение, образовано и открыто в центральном положении полуцилиндрического металлического элемента коренного подшипника 41 в круговом направлении (а именно, в положении 90°). Второе смазочное отверстие 44 также расположено в центральном положении металлического элемента 41 коренного подшипника в осевом направлении и, следовательно, открыто на внутренней периферической стороне смазочной канавки 43, как показано на ФИГ. 4. Как описано выше, пара металлических элементов 41 коренного подшипника идентична друг другу как составные части, так, что при сборке вторые смазочные отверстия 44 находятся в самом верхнем положении и самом нижнем положении детали 11 коренного подшипника коленчатого вала. Второе смазочное отверстие 44 в самой нижней части расположено в положении, соответствующем верхнему краю отверстия 34a канала 34 для смазки внутри крышки. Так как второе смазочное отверстие 44 расположено в центре кругового направления и в осевом направлении, то нижнее второе смазочное отверстие 44 всегда соответствует каналу 34 для смазки внутри крышки, при этом собираются два металлических элемента 41 коренного подшипника.
[0025] Аналогично металлам 41 коренного подшипника, пара металлических элементов 45 разделяемого на половины подшипника ведущего вала присоединена к детали 17 подшипника ведущего вала, и ведущий вал 14 имеет возможность вращения посредством металлических элементов 45 подшипника ведущего вала. Каждый металлический элемент 45 подшипника ведущего вала имеет полуцилиндрическую форму и присоединен к полукруглой углубленной части крышки 10 подшипника или к полукруглой углубленной части 16 крышки подшипника ведущего вала, соответственно, что предотвращает вращение. Для предотвращения вращения металлического элемента 45 подшипника ведущего вала в детали 17 подшипника ведущего вала, взаимодействующий участок представлен в форме зубца или тому подобного, хотя это не показано на чертежах.
[0026] Третье смазочное отверстие 46, имеющее идеальное круглое сечение, образовано и открыто в центральном положение полуцилиндрического металлического элемента подшипника ведущего вала 45 в круговом направлении (а именно, в положении 90°). Третье смазочное отверстие 46 также расположено в центре металлического элемента 45 подшипника ведущего вала в осевом направлении. Аналогично металлам 41 коренного подшипника, пара металлических элементов 45 подшипника ведущего вала идентична друг другу как составные части, так, что при сборке третьи смазочные отверстия 46 находятся в самом верхнем положении и самом нижнем положении детали 17 подшипника ведущего вала. Третье смазочное отверстие 46 в самой верхней части расположено в положении, соответствующем нижнему краю отверстия 34b канала 34 для смазки внутри крышки. Так как третье смазочное отверстие 46 расположено в центре кругового направления и осевого направления, то верхнее третье смазочное отверстие 46 всегда соответствует каналу 34 для смазки внутри крышки, при этом собираются два металлических элемента 45 подшипника ведущего вала.
[0027] Внутренняя периферическая поверхность металлических элементов 45 подшипника ведущего вала образована смазочной канавкой 47, проходящей по окружности и целиком. Третье смазочное отверстие 46 открывается во внутреннюю периферическую сторону к смазочной канавке 47. Смазочная канавка 47 расположена в центре металлического элемента 45 подшипника ведущего вала в осевом направлении.
[0028] Что касается размеров деталей, то проходное сечение первого смазочного отверстия 42 в форме эллиптического отверстия на детали 11 коренного подшипника коленчатого вала больше проходного сечения второго смазочного отверстия 44. Диаметр второго смазочного отверстия 44 в идеально круглой форме меньше диаметра верхнего края отверстия 34a канала 34 для смазки внутри крышки, распложенного напротив второго смазочного отверстия 44. Кроме того, диаметр второго смазочного отверстия 44, соответствующего верхнему краю отверстия 34a канала 34 для смазки внутри крышки, больше диаметра третьего смазочного отверстия 46, соответствующего нижнему краю отверстия 34b канала 34 для смазки внутри крышки. Форма первого смазочного отверстия 42 может быть изменена в круглую форму, большую в диаметре, чем второе смазочное отверстие 44, так, чтобы проходное сечение первого смазочного отверстия 42 было больше второго смазочного отверстия 44.
[0029] На ФИГ. 3, для удобства иллюстрирования, деталь 11 коренного подшипника коленчатого вала и деталь 17 подшипника ведущего вала 17 показаны ближе друг к другу, чем фактически, поэтому длина канала для смазки внутри крышки 34 короче фактической.
[0030] В конфигурации, описанной выше, смазочное масло под большим давлением в масляной магистрали 31 подается к детали 11 коренного подшипника коленчатого вала посредством канала 33 для смазки в блоке цилиндров. В детали 11 коренного подшипника коленчатого вала смазочное масло направляется к внутренней периферии смазочной канавки 43 посредством первого смазочного отверстия 42 металлического элемента 41 коренного подшипника, так, чтобы вся поверхность скольжения между коленчатым валом 8 и металлами 41 коренного подшипника надежно смазывалась при помощи смазочной канавки 43.
[0031] Часть смазочного масла, подаваемого к смазочной канавке 43, попадает в канал 34 для смазки внутри крышки посредством второго смазочного отверстия 44 в нижней части детали 11 коренного подшипника коленчатого вала и подается к детали 17 подшипника ведущего вала посредством канала 34 для смазки внутри крышки. В детали 17 подшипника ведущего вала смазочное масло направляется к внутренней периферии смазочной канавки 47 посредством третьего смазочного отверстия 46 металлического элемента 45 подшипника ведущего вала, так, чтобы все поверхность скольжения между ведущим валом 14 и металлами 45 подшипника ведущего вала надежно смазывалась при помощи смазочной канавки 7.
[0032] Таким образом, в конфигурации, описанной выше, смазочная канавка 43 в поверхности подшипника детали 11 подшипника коленчатого вала работает для полного распределения смазочного масла в круговом направлении и также работает в качестве канала для смазки для подачи смазочного масла к детали 17 подшипника ведущего вала на нижней части. Это служит для упрощения конфигурации подачи смазочного масла к детали 17 подшипника ведущего вала. Если смазочная канавка образована между внутренней периферической поверхностью детали 11 коренного подшипника коленчатого вала и металлом 41 коренного подшипника, то контактное давление на наружной периферической поверхности металлического элемента 41 коренного подшипника становится крайне нежелательным. В конфигурации, описанной выше, так как смазочная канавка 43, требуемая для смазывания коленчатого вала 8, используется для подачи смазочного масла к детали 17 подшипника ведущего вала, то в результате образования канала для смазки проблема повышения контактного давления отсутствует.
[0033] Как описано выше, что касается смазочной канавки 43 детали 11 коренного подшипника коленчатого вала, то проходное сечение первого смазочного отверстия 42 в качестве входного для смазочного масла устанавливают больше, чем второго смазочного отверстия 44 в качестве выходного для смазочного масла. Это одновременно обеспечивает надежное смазывание коленчатого вала 8 и надежную подачу смазочного масла к детали подшипника ведущего вала 17.
[0034] Кроме того, характерная особенность, заключающаяся в том, что проходное сечение третьего смазочного отверстия 46 меньше второго смазочного отверстия 44, обеспечивает постоянное наполнение канала 34 для смазки внутри крышки смазочным маслом и, следовательно, стабилизирует постоянную подачу смазочного масла к детали 17 подшипника ведущего вала. А именно, это служит для подавления возникновения временного дефицита в смазочном масле в детали 17 подшипника ведущего вала, который расположен относительно далеко от масляной магистрали 31.
[0035] Диаметр канала 34 для смазки внутри крышки больше диаметра второго смазочного отверстия 44 и диаметра третьего смазочного отверстия 46, поэтому эффективная поперечная площадь сечения потока канала 34 для смазки внутри крышки регулируется диаметром второго смазочного отверстия 44 и диаметром третьего смазочного отверстия 46. Это позволяет увеличить точность поперечной площади сечения потока и упростить получение канала 34 для смазки внутри крышки. Так как канал 34 для смазки внутри крышки формируют путем высверливания для получения относительно длинного канала, то сложно получить отверстие маленького диаметра точно прямо. В конфигурации, описанной выше, канал 34 для смазки внутри крышки может быть образован как отверстие с относительно большим диаметром.
[0036] С другой стороны, если давление при сгорании является максимальным в течение цикла сгорания, то на ведущий вал 14 прилагается нагрузка в направлении стрелки  F1 (см. ФИГ.3), которая по существу идентична наклонному положению ведущего звена 13. Третье смазочное отверстие 46 на детали 17 подшипника ведущего вала расположено снаружи периферического направления в направлении действия нагрузки F1, так, что благодаря третьему смазочному отверстию 46 отсутствует проблема повышения контактного давления на поверхностях скольжения.
[0037] Согласно настоящему варианту осуществления отсутствует проблема неправильной сборки, при этом собирается пара металлических элементов 41 коренного подшипника. Это также справедливо для пары металлических элементов 45 подшипника ведущего вала.