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最新多连杆式发动机的制作方法

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泰宁新闻网 http://www.tainingxinwen.cn 2020-09-16 21:14 出处:网络
如下介绍的最新多连杆式发动机的制作方法,今天的小编就来为大家介绍一下 专利名称:多连杆式发动机的制作方法

如下介绍的最新多连杆式发动机的制作方法,今天的小编就来为大家介绍一下

专利名称:多连杆式发动机的制作方法
技术领域
本发明涉及一种多连杆式发动机,更详细地说,涉及一种多连 杆式发动机的连杆几何形状。
背景技术
正在开发由多个连杆连结活塞销和曲柄销的发动机(以下称为 "多连杆式发动机")。上述多连杆式发动机具有上连杆,其经由 活塞销与在气缸内往复运动的活塞连结;下连杆,其可自由旋转地安 装于曲轴的曲柄销上,同时经由上销与上连杆连结;以及控制连杆, 其经由控制销与该下连杆连结,并以摆动中心轴为中心进行摆动。
上述多连杆式发动机,与以一个连杆(connecting rod)连结活 塞和曲轴的发动机(这是通常的发动机,但将该发动机和多连杆式发 动机进行对比,以下称为"单连杆式发动机")相比,如图6 (A — 2) 所示,由于相对于曲轴的直径,扩大为与上销轨迹的上下方向长度大 概一致的活塞冲程,所以具有顶盖高度(整体高度)不高而容易长冲 程化的特性。正在研究灵活运用上述特性的技术。例如在专利文献l 中,仅以活塞必要最小限度形成滑动部(活塞裙座)。另外在气缸套 上设置缺口部,使曲轴的平衡锤和连杆部件能够通过。通过这样可以 降低气缸套下端以及活塞下止点的位置,使发动机的整体高度不高而 实现长冲程化。此外,作为其他的关联的专利文献,包括专利文献2、 专利文献3、专利文献4。
专利文献1:特开2006-183595号公报
专利文献2:特开2001-227367号公报
专利文献3:特开2002-61501号公报
专利文献4:特开2005-147068号公报

发明内容
但是,如上述所示,如果在气缸套下端形成缺口部,则该缺口 部周边的气缸套的刚度将减弱。另一方面,与气缸套的面积减小的部 分相对应地,在缺口部周边气缸套所承受的表面压力变高。因此,如 果活塞的推力载荷大,则有可能使气缸套变形,使气缸套和活塞裙座 之间的接触状态恶化。另外,如果活塞的推力载荷大,则有可能由气 缸套的缺口部的边缘将活塞裙座的润滑油膜刮去。
本发明是着眼于本发明人发现的上述问题而提出的,其目的在 于,提供一种多连杆式发动机的连杆几何形状,其即使在气缸套的下 端形成缺口部等,下端的气缸轴向的位置不恒定而至少一部分的位置 不同,也可以抑制气缸套的变形。
本发明通过下述解决方法解决上述问题。此外,为了容易理解, 附加与本发明的实施方式对应的标号,但不限于此。
本发明涉及一种多连杆式发动机的连杆几何形状,其具有上 连杆(11),其经由活塞销(21)与在气缸(31)内往复运动的活塞
(32)连结;下连杆(12),其可自由旋转地安装于曲轴(33)的曲 柄销(33b)上,同时经由上销(22)与上连杆(11)连结;以及控 制连杆(13),其经由控制销(23)与下连杆(12)连结,并以摆动 中心轴(24)为中心进行摆动,该多连杆式发动机的连杆几何形状的 特征在于,上述气缸(31)的气缸套(31a)形成为,气缸轴向的下 端位置(31b, 31c, 31e)不恒定而至少一部分的下端位置不同,在 与上述气缸套下端的最上部(31b)相比,活塞裙座的下端位于下方 的曲轴角的范围内,从曲轴的轴向观察,上连杆轴线与气缸轴线所成 的角度最小。
发明的效果
根据本发明,从曲轴的轴向观察而在上连杆的轴线与气缸的轴 线所成的角度最小的定时,与气缸套下端的最上部相比,活塞裙座下 端位于下方。即,由于与气缸套下端的最上部相比活塞裙座下端位于 下方,是从曲轴的轴向观察上连杆的轴线与气缸的轴线所成的角度最小的定时,所以即使形成为气缸套的下端位置不恒定而至少一部分的 位置不同,也可以有效地抑制气缸套的变形。


图1是说明多连杆式发动机的图。 图2是表示活塞的形状的图。 图3是表示活塞的运动的图。 图4是表示多连杆式发动机的气缸套的图。 图5是说明多连杆式发动机的活塞加速度特性的图。 图6是更详细地说明多连杆式发动机的几何形状的第1实施方 式的图。
图7是从图6 (B—l)的箭头VII方向观察活塞附近的立体图。 图8是表示对比例的图。
图9是表示本发明所涉及的多连杆式发动机的几何形状的第2 实施方式的图。
图10是表示本发明所涉及的多连杆式发动机的几何形状的第3 实施方式的图。
图11是表示气缸套的其他的形状的图。
具体实施例方式
下面,参照附图等说明用于实施本发明的最佳实施方式。 (第1实施方式)
首先,参照图1说明多连杆式发动机。此外,图1表示活塞32 位于下止点时的状态。此外,图1是从曲轴的轴向观察的图。对于发 动机的普通技术人员来说,在重力方向之外,习惯使用上止点/下止 点的表达。在水平对置发动机等中,上止点不一定为重力方向的上、 下止点不一定为重力方向的下,另外假设在将发动机倒立的情况下, 上止点为重力方向的下、下止点为重力方向的上,而在本说明书中, 按照习惯将上止点侧记载为上,将下止点侧记载为下。
多连杆式发动机10,由2个连杆(上连杆11、下连杆12)连结
6活塞32和曲轴33。另外,控制连杆13与下连杆12连结。
上连杆11的上端经由活塞销21与活塞32连结,下端经由上销 22与下连杆12的一端连结。活塞32承受燃烧压力,在设置于气缸 体31上的气缸套31a的内部往复运动。在本实施例中,如图1所示, 设计为在活塞32位于下止点时,上连杆11成为与气缸轴线大致平行 的姿态,另外活塞32的最下部相对于气缸套31a的下端的最下部而 位于下方。
在这里,参照图2以及图3说明活塞32。此外,图2 (A)是立 体图,图2(B)是图2(A)的B — B剖面图,图2(C)是图2(A) 的C一C剖面图。另外,图3是表示活塞动作的图。
如图2 (C)所示,活塞32在活塞销21的长度方向的中央部分 留有活塞裙座32a,而在其两侧没有活塞裙座。在上述活塞32中, 如图3 (A)所示,在下止点处平衡锤33c通过活塞销21 (活塞裙座 32a)的侧方。因此,通过使上连杆11成为最小限度的长度,并使活 塞32的下止点位置最接近曲轴33,可以相应地扩大活塞行程。由上 连杆11的倾斜产生的侧推力,主要由残余的活塞裙座32a承受。
下面,参照图4说明气缸套31a。图4 (A)是从气缸轴线观察 图1的气缸套31a的左内侧面的纵剖面图,图4 (B)是从气缸轴线 观察图1的气缸套31a的右内侧面的纵剖面图。
曲轴33、下连杆12经过面向图1的左侧的气缸套31a下端附近。 因此,如图4 (A)所示,在气缸套31a的左内侧的下端形成缺口 部31b,其用于使曲轴33的平衡锤33c通过;缺口部31c,其用于使 下连杆12通过。因此,气缸套31a的下端的气缸轴向的位置不恒定, 位置不同。此外,在本实施方式中,缺口部31b比缺口部31c形成得 深,该缺口部31b相当于气缸套31a的下端的最上部。缺口部31b 以及缺口部31c的残余部分为残余部31d。
另外,上连杆ll经过面向图1的右侧的气缸套31a下端附近。 因此,如图4 (B)所示,在气缸套31a的右内侧的下端形成缺口部 31e,其用于使上连杆ll通过。因此,气缸套31a的下端的气缸轴向 的位置不恒定,位置不同。再回到图1。下连杆12,使其一端经由上销22与上连杆11连 结,使另一端经由控制销23与控制连杆13的连结。另外,下连杆 12,在大致中央的连结孔内,插入曲轴33的曲柄销33b,以曲柄销 33b作为中心轴进行旋转。下连杆12可分割为左右2个部件地构成。 曲轴33具有多个曲轴轴承颈33a、曲柄销33b、以及平衡锤33c。曲 轴轴承颈33a由气缸体以及梯形机架可自由旋转地支撑。曲柄销33b 从曲轴轴承颈33a偏心规定量,下连杆12可自由转动地与其连结。
控制连杆13,在前端插入控制销23,可转动地与下连杆12连 结。另外,控制连杆13的另一端经由摆动中心轴24与气缸体31连 结。控制连杆13以该摆动中心轴24为中心进行摆动。并且,如图所 示摆动中心轴24成为使一部分偏心的偏心轴,通过移动摆动中心轴 24的偏心位置,变更控制连杆B的摆动中心,变更活塞32的上止 点位置。由此可以机械地调整发动机的压縮比。
图5是说明多连杆式发动机的活塞加速度特性的图,图5 (A) 是表示多连杆式发动机的活塞加速度特性的图,图5 (B)是表示作 为对比例的单连杆式发动机的活塞加速度特性的图。它们是与连杆长 度相对于冲程的比值为从1.5到3左右的通常的单连杆式发动机进行 对比的图。另外,考虑到多连杆式发动机的上连杆相当于单连杆式发 动机的连杆,在下述条件下进行对比,即相同的冲程长度且多连杆式 发动机的上连杆长度与单连杆式发动机的连杆长度相同。
如图5 (B)所示,在单连杆式发动机中,总体的活塞加速度的 大小(绝对值),在上止点附近的值比在下止点附近的值大。但是, 如图5 (A)所示,在多连杆式发动机中,可以将总体的活塞加速度 的大小(绝对值)设定为,在下止点附近的值与在上止点附近的值大 致相同。
如果将如上述设定的多连杆式发动机与单连杆式发动机的活塞 位置的波形内包括的2次成分进行比较,则多连杆式发动机的值比单 连杆式发动机的值小。因此,具有能够降低二次振动的特性。
下面,参照图6,更详细地说明本实施方式所涉及的多连杆式发 动机的几何形状。此外,图6 (A—l)表示活塞32位于上止点的状
8态,图6 (A —2)表示此时的各连杆的状态,图6 (B—l)表示活塞 32位于下止点的状态,图6 (B — 2)表示此时的各连杆的状态。另 外,在图6 (A — 2)以及图6 (B — 2)中由点划线表示的大致椭圆的 图形,是上销22的轴心的移动轨迹。
在本实施方式中,如图6(B—1)所示,在活塞32位于下止点 时,活塞裙座的下端与气缸套31a的下端的最上部31b相比位于下方。 图7表示此时的位于下止点附近的活塞和气缸内径的位置关系。此 外,图7是从图6 (B—l)的箭头VII方向观察活塞附近的立体图, 由点划线表示气缸套。这时,活塞32下降至残余的活塞裙座32a比 气缸套下端的最上部31b低的位置。在气缸套下部,如上述所示,形 成缺口部31b,其用于使曲轴33的平衡锤33c通过;以及缺口部 31c,其用于使下连杆12通过。由于形成上述缺口部,所以气缸套残 余部31d的强度降低。另外,由于气缸套残余部31d的面积小(相对 的活塞裙座小),所以气缸套残余部31d承受的表面压力相应地变高。 因此,如果活塞32的推力载荷大,则有可能使气缸套(残余部31d) 变形,气缸套31a和活塞裙座32a之间的接触状态恶化。另外,如果 活塞32的推力载荷大,则有可能由气缸套31a的缺口部31b、 31c 的边缘将活塞裙座32a的润滑油膜刮去。因此,在本实施方式中,在 该定时,如图6 (B — 2)所示,使上连杆11的轴线(将活塞销21的 中心与上销22的中心连结而成的直线)平行于气缸的轴线,即上连 杆11的轴线与气缸的轴线所成的角度为零度,为最小。因此,从活 塞32作用于气缸套31a的推力小,即使在气缸套31a上形成缺口部 31b、 31c,也能够有效地抑制气缸套31a的变形。特别地,在从曲轴 的轴向观察上连杆11的轴线与气缸的轴线所成的角度为最小的状态 时,是活塞32作用于气缸套31a的推力为最小的状态。并且,由于 在活塞裙座的下端与气缸套31a的下端的最上部31b相比位于下方 时,处于上述的状态,所以即使在气缸套31a上形成缺口部,气缸套 31a也不会发生变形。另外,在活塞32位于下止点时,活塞32的最 下部与气缸套31a的下端的最下部相比位于下方,但由于从活塞32 作用于气缸套31a的推力小,所以能够防止由气缸套31a的缺口部的边缘将活塞裙座的润滑油膜刮去。
另外,如图6 (B — 2)所示,上销22的轴心的移动轨迹的曲率
半径,在活塞下止点附近的值比在活塞上止点附近的值小。换言之,
将与上销22的椭圆状的轴心轨迹的上端附近相切并与气缸轴线正交 的直线作为直线A,将与椭圆轨迹的下端附近相切并与气缸轴线正交 的直线作为直线B,将与椭圆轨迹相交于2点并与气缸轴线正交的直 线中、上述2个交点之间的距离为最大的直线作为直线C,则这时从 直线A到直线C的距离Ll比从直线B到直线C的距离L2小。
另外,上销22的轴心位于将控制销23的轴心和曲柄销33b的 轴心连结而成的直线D的下方。但是,如果上销22的轴心、控制销 23的轴心和曲柄销33b的轴心在一条直线上,则上销22的轴心位于 将控制销23的轴心和曲柄销33b的轴心连结而成的直线D上。
下面,假设如图8的对比例所示,考虑上销22的轴心位于将控 制销23的轴心和曲柄销33b的轴心连结而成的直线D的上方的情况。 在摆动中心轴24位于曲轴中心的左下方的位置,且控制销位于曲轴 中心的左方时(将气缸的中心线置于图中的垂直方向时),不论是在 活塞32位于上止点附近时(图8 (A)),还是位于下止点附近时(图 8 (B)),上销22的位置与图6的情况相比变高。因此,使上销22 的轴心位于直线D的下方,能使顶盖高度(整体高度)不高而容易 长冲程化。
另外,如上述所示,如果使摆动中心轴24成为偏心轴而移动摆 动中心轴24的偏心位置,则控制连杆13的摆动中心变更,活塞32 的上止点位置变更。由此可以机械地调整压縮比。这时设定几何形状, 以使得上连杆11的轴线与气缸的轴线所成的最小角度,在低压縮比 侧的值比在高压縮比侧的值小。在图6(B — 2)中,实线表示低压縮 比侧的状态,虚线表示高压縮比侧的状态。在高载荷条件下,优选对 应于为了确保输出的运转条件,将压縮比设定为低压縮比侧的值。另 外,在低载荷条件下,优选设定为高压縮比侧,以通过增大膨胀动作 而减少排气损失。另外,在如上述设定压縮比的情况下,在低载荷条 件时,燃烧压力更高而侧推力也变大。根据本实施方式,在上述的情况下,能够更有效地抑制气缸套的变形。
(第2实施方式) 图9是表示本发明所涉及的多连杆式发动机的几何形状的第2 实施方式的图。
在上述第1实施方式中,上销22的轴心位于将控制销23的轴 心和曲柄销33b的轴心连结而成的直线D的下方,但是,在本实施 方式中,将上销22的轴心、控制销23的轴心和曲柄销33b的轴心配 置在一条直线上,上销22的轴心位于将控制销23的轴心和曲柄销 33b的轴心连结而成的直线D上。通过上述结构,与图8的对比例相 比,无论在活塞32位于上止点附近时,还是位于下止点附近时,都 能够降低上销22的位置。因此,即使上销22的轴心位于直线D上, 也可以使顶盖高度(整体高度)不高而容易长冲程化。
(第3实施方式)
图10是表示本发明所涉及的多连杆式发动机的几何形状的第3 实施方式的图。
在上述第1实施方式中,上销22的轴心的移动轨迹位于气缸轴 线上,但在本实施方式中,是上销22的轴心的移动轨迹位于与气缸 轴线偏离的位置的情况。
在上述情况下,如图10所示,上销22的轴心的移动轨迹为向 右倾斜的形状。并且,在活塞从上止点(图10 (A))向下止点(图 10 (C))移动的中途,上销22的轴心成为移动轨迹的左端,这时 上连杆11的轴线与气缸轴线所成的角度最小(图10 (B))。在本 实施方式中,在该定时,使活塞裙座的下端与气缸套31a的下端的最 上部31b相比位于下方。
如上述所示,在本实施方式中,在上连杆11的轴线和气缸轴线 所成的角度最小的定时,使活塞裙座的下端与气缸套31a的下端的最 上部31b相比位于下方。因此,即使在上销22的轴心的移动轨迹位 于与气缸轴线偏离的位置的情况下,也能够减小从活塞32作用于气缸套31a的推力,即使在气缸套31a形成缺口部,气缸套31a也不会 发生变形。
另外,如上述所示,如果使摆动中心轴24成为偏心轴而移动摆 动中心轴24的偏心位置,则控制连杆13的摆动中心变更,活塞32 的上止点位置变更。由此可以机械地调整压縮比。这时,上连杆11 的轴线和气缸的轴线所成的最小角度,低压縮比侧的值比高压縮比侧 的值小。
本发明不限定于上述说明的实施方式,在本发明的技术思想的 范围内,可以有各种变形和改变,显而易见,上述各种变形和改变也 包含在本发明的权利要求中。
例如,图4所示的气缸套的形状仅是一个例子,例如也可以是 如图ll所示的形状。总之,只要气缸套下端的气缸轴向的位置形成 为,不恒定而至少一部分的位置不同即可。
权利要求
1. 一种多连杆式往复运动型发动机,其特征在于,具有曲轴;活塞,其在上述发动机的气缸内往复运动;上连杆,其经由活塞销可旋转地与上述活塞连结;下连杆,其可旋转地安装于上述曲轴的曲柄销上,同时经由上销可旋转地与上述上连杆连结;以及控制连杆,其一端经由控制销可旋转地与上述下连杆连结,另一端经由摆动中心轴可旋转地与发动机体连结,上述气缸的气缸套形成为,气缸轴向的下端位置不恒定而至少一部分的下端位置不同,在活塞裙座的下端与上述气缸套下端的最上部相比位于下方的曲轴角范围内,从曲轴的轴向观察,上连杆轴线与气缸轴线所成的角度最小。
2. 根据权利要求1所述的多连杆式往复运动型发动机,其特征 在于,在从曲轴的轴向观察,上连杆轴线与气缸轴线所成的角度最小 时,从曲轴的轴向观察,上连杆轴线平行于气缸轴线。
3. 根据权利要求1所述的多连杆式往复运动型发动机,其特征在于,上述上销的轴心的移动轨迹的曲率半径,活塞下止点附近的值 比活塞上止点附近的值小。
4. 根据权利要求1所述的多连杆式往复运动型发动机,其特征 在于,从直线A到直线C的距离,比从直线B到直线C的距离小, 其中,直线A是与上述上销的椭圆状的轴心轨迹的上端附近相切并与 气缸轴线正交的直线,直线B是与上述椭圆轨迹的下端附近相切并与气缸轴线正交的直线,直线C是与上述椭圆轨迹相交于2点并与气缸轴线正交的直线 中、上述2个交点之间的距离最大的直线。
5. 根据权利要求1所述的多连杆式往复运动型发动机,其特征在于,上述上销的轴心,位于将上述控制销的轴心与上述曲柄销的轴 心连结而成的直线上,或者位于该直线的下方。
6. 根据权利要求1所述的多连杆式往复运动型发动机,其特征在于,上述活塞的往复运动加速度,在下止点附近的定时处的极大值 的大小,等于或者大于在上止点附近的定时处的极大值的大小。
7. 根据权利要求1所述的多连杆式往复运动型发动机,其特征 在于,上述多连杆式发动机是压縮比可变发动机,其可以对应于运转 条件,通过调整上述摆动中心轴的位置而变更压縮比,上述上连杆的轴线与气缸的轴线所成的最小角度,在高压縮比 的情况下与低压縮比的情况下不同时,低压縮比侧的值比高压縮比侧 的值小。
全文摘要
本发明提供一种多连杆式发动机,其即使在气缸套的下端形成缺口部等,下端的气缸轴向的高度不恒定而至少一部分的高度不同,气缸套也不会发生变形。该多连杆式发动机具有上连杆(11);下连杆(12);以及控制连杆(13),气缸(31)的气缸套(31a)形成为,气缸轴向的下端位置(31b,31c,31e)不恒定而至少一部分的下端位置不同,在活塞裙座的下端与气缸套下端的最上部(31b)相比位于下方的曲轴角的范围内,从曲轴的轴向观察上连杆轴线与气缸轴线所成的角度最小。
文档编号F02B77/00GK101424215SQ20081017323
公开日2009年5月6日 申请日期2008年10月24日 优先权日2007年10月26日
发明者土田博文, 富田全幸, 平谷康治, 牛岛研史, 青山俊一, 高桥直树 申请人:日产自动车株式会社

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