[发明专利]设置有多连杆型活塞-曲柄机构的内燃机的曲轴和内燃机的多连杆型活塞-曲柄机构

说明书

技术领域

本发明涉及设置有多连杆活塞-曲柄机构的内燃机的曲轴。

背景技术

本发明的申请人经过研究认识到了通过利用多连杆活塞-曲柄机构(后面称为“多连杆机构”)所获得的最佳活塞行程特性和可变压缩比控制，在所述多连杆活塞-曲柄机构中，活塞的活塞销和曲轴的曲柄销通过多根连杆相互连接作为主运动系统，在该主运动系统中，内燃机的活塞和曲轴相互连接。

如专利文献1所述，在单连杆活塞-曲柄机构(后面称为“单连杆机构”，其中，活塞销和曲柄销通过单根连杆(连接杆)相互连接)的情况下，除了主轴颈的轴线与气缸中心线不重合的特殊情况以外，曲柄行程是活塞行程的一半(1/2)，其中所述曲柄行程对应于从曲轴主轴颈的轴线到曲柄销的轴线(旋转中心)的距离。与此对比，在多连杆机构的情况下，通过由上连杆、下连杆等组成的多连杆机构的杠杆作用，能够将曲柄行程设定成比(最大)活塞行程的一半短。因此，通过缩短曲柄行程，能够获得尺寸减小、发动机可安装性提高、并且压缩比高的发动机。此外，由于曲柄行程缩短，所以主轴颈和曲柄销可布置成沿着曲柄销的偏心方向相互靠近，从而沿着曲轴的轴向观看，主轴颈和曲柄销相互重叠的重叠区域趋向于更大，因而确保提高了曲轴的刚度和强度。

顺便指出，曲轴形成有用于润滑支承曲柄销的支承部分的油路。对于每条油路来说，润滑油从气缸体侧供给至油路。油路的一端，即油路的曲柄销侧开口构造成通到曲柄销的外周表面上。需要注意的是，很大的燃烧负荷沿着曲柄销的偏心方向作用在曲轴上，所述曲柄销的轴线偏离主轴颈的轴线。为了避免燃烧负荷造成的应力集中，如专利文献2所述，油路的曲柄销侧开口通常形成在相对于基准线偏转90°或-90°的角度位置，也就是说，形成在曲柄销的曲柄销横向两侧的径向相对位置中的任一侧上，其中所述曲柄销横向与曲柄销偏心方向垂直。

引用清单

专利文献1：JP2008-224015

专利文献2：JP58-178012

发明内容

技术问题

但是，本发明的发明人发现，在将曲柄行程设定为比(最大)活塞行程的一半短时会出现下面的问题。下面参考图16来描述这些问题。也就是说，对于多缸内燃机的曲轴来说，共振引起围绕曲柄轴线作用的扭矩(后面称为“扭矩T”)。对于该扭矩T，载荷P(惯性力)沿着与曲柄轴向Z和曲柄销偏心方向X都垂直的曲柄销横向作用在曲柄销上。同时，产生围绕曲柄轴线作用的弯矩。假定曲柄行程用“r”表示，那么扭矩T和载荷P之间的关系表示成T＝rP。因此，对于同样大小的T，曲柄行程r越短，载荷P越大。因此，对于同样的活塞行程，与曲柄行程长的单连杆机构相比，在曲柄行程短的多连杆机构的情况下，作用在曲柄销上的载荷P趋向于变得更大。

因此，在采用多连杆机构的内燃机的曲轴的情况下，必须充分地考虑由上述扭矩T引起的沿曲柄销横向作用的载荷P的影响和由爆发力引起的沿曲柄销偏心方向X作用的载荷的影响。如专利文献2所述，假定为了避免因爆发载荷(燃烧载荷)引起的应力集中，将油路的曲柄销侧开口(构造成通到曲柄销的外周表面上)形成在相对于沿曲柄销偏心方向延伸的基准线成90°或-90°(即沿曲柄旋转方向270°的曲柄角度)的位置。在这种情况下，由于扭矩T，在油路的曲柄销侧开口附近产生应力集中。此外，由于多连杆机构的曲柄臂缩短(曲柄行程缩短)，所以存在几个缺点，即：由扭矩T引起的沿曲柄销横向Y作用的载荷增大；沿曲柄轴向观看，曲柄销和主轴颈的重叠区域增加，从而导致曲柄销的横向上的径向相对的两个位置中的任一侧的局部机械强度高。从这个观点看，假定曲柄销侧开口形成在曲柄销的曲柄销横向上的任一侧上，那么很容易在曲柄销侧开口附近产生应力集中。作为防止产生这种应力集中的应对措施，为了保证适当的刚度和机械强度，必须增大曲柄销的直径。这导致难以提供包括多连杆机构的紧凑型内燃机。

技术方案

为克服因采用多连杆机构而导致的曲柄行程缩短所新产生的缺点，做出了本发明。也就是说，本发明涉及采用多连杆活塞-曲柄机构的内燃机的曲轴，所述多连杆活塞-曲柄机构具有：上连杆，其一端通过活塞销与活塞连接；下连杆，其通过上销连接在上连杆的另一端，并且还连接到曲轴的曲柄销上；以及辅助连杆，其一端枢转支撑在内燃机的主体侧上，其另一端通过辅助销与下连杆相连。

从曲轴的主轴颈的轴线到曲柄销的轴线的曲柄行程设定成比活塞行程的一半短。此外，当沿着曲柄轴向观看时，曲柄销和主轴颈相互重叠。