RU2585998C1

RU2585998C1 - Двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия

Info

Publication number: RU2585998C1
Application number: RU2015139586/06A
Authority: RU
Inventors: Риосуке ХИЙОСИ
Original assignee: Ниссан Мотор Ко., Лтд.
Priority date: 2013-02-20
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2016-06-10
Also published as: BR112015019976B1; EP2960466B1; BR112015019976A2; CN105074165B; EP2960466A1; MX2015010456A; MX348563B; WO2014129088A1; JP5765500B2; US20150377120A1; EP2960466A4; US9650952B2; JPWO2014129088A1; CN105074165A

Abstract

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия. Механизм (10) переменной степени сжатия, который изменяет степень сжатия двигателя в зависимости от углового положения первого управляющего вала (14), и привод, который изменяет и удерживает угловое положение первого управляющего вала (14). Соединяющий механизм, соединяющий привод и первый управляющий вал (14), имеет рычаг (24), соединенный с первым управляющим валом (14). Верхний участок плечевой части (25), проходящей радиально наружу от центра первого управляющего вала (14), и один конец рычага (24) соединены с возможностью вращения посредством первого соединительного пальца (26). По меньшей мере, когда установлен на самую высокую степень сжатия, первый соединительный палец (26) погружается ниже уровня (α1) масла масляного поддона (6). Техническим результатом является уменьшение износа опорной части, улучшение смазки, уменьшение показателей шума и вибрации. 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, оснащенному механизмом переменной степени сжатия, способным изменять степень сжатия двигателя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Традиционно предложенные механизмы переменной степени сжатия могут изменять степень сжатия двигателя, применяя многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм (см., например, публикацию JP 2004-257254 A). Такой механизм переменной степени сжатия выполнен таким образом, чтобы изменяемым образом управлять степенью сжатия двигателя в зависимости от рабочего состояния двигателя с помощью изменения углового положения управляющего вала посредством привода, например, двигателя или т.п.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

В случае конкретной конструкции, в которой привод механизма переменной степени сжатия размещен снаружи главного корпуса двигателя для того, чтобы защитить привод от масла, тепла выхлопных газов и т.п., привод и управляющий вал соединены друг с другом посредством соединяющего механизма, оснащенного рычагом, выполненным таким образом, чтобы проходить через боковую стенку главного корпуса двигателя. Один конец рычага соединен с плечевой частью управляющего вала посредством соединительного пальца. Например, управляющий вал размещен внутри масляного поддона, смонтированного на нижней стороне главного корпуса двигателя. Управляющий вал поддерживается с возможностью вращения на стороне главного корпуса двигателя.

В двигателе внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, имеющем конкретную конструкцию, как рассмотрена выше, комбинированная переменная нагрузка нагрузки горения и инерциальной нагрузки двигателя внутреннего сгорания многократно действует на соединяющий механизм, который соединяет управляющий вал и привод. В частности, заданный зазор обеспечен на опорной части соединительного пальца, который соединяет с возможностью вращения рычаг и плечевую часть. Следовательно, вследствие ранее рассмотренной многократно действующей переменной нагрузки, возникают вибрация и шум, тем самым ухудшая показатель шума/вибрации. Более того, вследствие увеличения износа опорной части с использованием механизма, зазор опорной части стремится увеличиваться, и таким образом легко вызывается ухудшение показателя шума/вибрации.

В частности, в быстроходном малонагруженном диапазоне, в котором переменная нагрузка стремится легко увеличиваться, используется установка в сторону высокой степени сжатия. Таким образом, существует проблема ухудшения показателя шума/вибрации при установке в сторону высокой степени сжатия.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ

Следовательно, ввиду ранее описанных обстоятельств, изобретение оснащено механизмом переменной степени сжатия, выполненным таким образом, чтобы изменять степень сжатия двигателя в зависимости от углового положения управляющего вала, размещенного в масляном поддоне главного корпуса двигателя, приводом, выполненным таким образом, чтобы изменять и удерживать угловое положение управляющего вала, и соединяющим механизмом, выполненным таким образом, чтобы соединять привод и управляющий вал, при этом соединяющий механизм имеет рычаг, соединенный с управляющим валом, соединительный палец, соединяющий с возможностью вращения концевой участок плечевой части, проходящей радиально наружу от центра управляющего вала, и один конец рычага. Изобретение характеризуется тем, что, по меньшей мере, при установке на самую высокую степень сжатия, соединительный палец устанавливается или выполняется таким образом, чтобы погружаться ниже уровня масла масляного поддона.

ПРЕИМУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с изобретением, по меньшей мере, при установке на самую высокую степень сжатия, соединительный палец может погружаться в масло ниже уровня масла масляного поддона, и, следовательно, можно сдерживать увеличение износа опорной части посредством улучшения смазочной характеристики, при этом сдерживая ухудшение показателя шума/вибрации.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - вид в разрезе, показывающий двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, оснащенный механизмом переменной степени сжатия в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

Фиг. 2 - другой вид в разрезе, показывающий тот же самый двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия варианта осуществления;

Фиг. 3 - другой вид в разрезе, показывающий тот же самый двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия варианта осуществления;

Фиг. 4 - другой вид в разрезе, показывающий тот же самый двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия варианта осуществления;

Фиг. 5 - вид в разрезе, показывающий область рычага в случае установки на самую высокую степень сжатия; и

Фиг. 6 - вид в разрезе, показывающий область рычага в случае установки на самую низкую степень сжатия.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В дальнейшем, предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описываются со ссылкой на чертежи. На Фиг. 1-4 схематично показаны в сравнении с чертежами Фиг. 5-6, но все эти чертежи, т.е. Фиг. 1-6, представляют собой разрезы, каждый из которых показывает один и тот же вариант осуществления. Прежде всего, механизм 10 переменной степени сжатия, который использует многозвенный поршневой кривошипно-шатунный механизм, объясняется здесь далее. В частности, этот механизм 10 является общеизвестным, как раскрыто в публикации JP 2004-257254 A, и таким образом его конструкция кратко описывается здесь ниже.

Поршень 3 каждого цилиндра двигателя установлен в блок 1 цилиндров, который образует часть двигателя внутреннего сгорания, и размещается с возможностью скольжения в цилиндр 2. Также коленчатый вал 4 поддерживается с возможностью вращения посредством блока цилиндров. Механизм 10 переменной степени сжатия имеет нижнее звено 11, верхнее звено 12, первый управляющий вал 14, эксцентриковый вал 15 и управляющее звено 13. Нижнее звено установлено с возможностью вращения на шатунной шейке 5 коленчатого вала 4. Верхнее звено соединяет нижнее звено 11 и поршень 3. Первый управляющий вал поддерживается с возможностью вращения на стороне главного корпуса двигателя, например блока 1 цилиндров. Эксцентриковый вал эксцентрично размещен относительно управляющего вала 14. Управляющее звено соединяет эксцентриковый вал 15 и нижнее звено 11. Поршень 3 и верхний конец верхнего звена 12 соединены друг с другом посредством поршневого пальца 16 таким образом, чтобы допускать относительное вращение. Нижний конец верхнего звена 12 и нижнее звено 11 соединены друг с другом посредством соединительного пальца 17 стороны верхнего звена таким образом, чтобы допускать относительное вращение. Верхний конец управляющего звена 13 и нижнее звено 11 соединены друг с другом посредством соединительного пальца 18 стороны управляющего звена таким образом, чтобы допускать относительное вращение. Нижний конец управляющего звена 13 установлен с возможностью вращения на эксцентриковый вал 15.

Мотор 19, который служит в качестве привода механизма 10 переменной степени сжатия, соединен с первым управляющим валом 14 посредством соединяющего механизма 20, оснащенного редуктором (не показан). Поршневая ходовая характеристика, включающая поршневое положение верхней мертвой точки (ВМТ) и поршневое положение нижней мертвой точки (НМТ), изменяется посредством изменения расположения нижнего звена 11, выполняемого посредством изменения углового положения первого управляющего вала 14 с помощью мотора 19. Следовательно, степень сжатия двигателя изменяется. Таким образом, можно управлять степенью сжатия двигателя в зависимости от рабочего состояния двигателя с помощью управления приведением в действие (работой) мотора 19 посредством управляющей части 40. В частности, привод не ограничен таким электромотором 19, и может использоваться привод с гидравлическим управлением.

Первый управляющий вал 14 размещен с возможностью вращения в масляном поддоне 6, смонтированном на нижней стороне блока 1 цилиндров и предназначенном для хранения смазочного масла. Масляный поддон 6 образован верхней частью 6A масляного поддона, прикрепленной к нижней стороне блока 1 цилиндров, и нижней частью 6B масляного поддона, прикрепленной к нижней стороне верхней части 6A масляного поддона таким образом, чтобы закрывать отверстие нижней стороны верхней части 6A масляного поддона. С другой стороны, мотор 19 размещен снаружи главного корпуса двигателя. Более подробно, мотор прикреплен к боковой поверхности картера 22, обращенной к задней стороне двигателя. Картер установлен на боковой стенке 7 стороны впуска (в дальнейшем называемой боковой стенкой масляного поддона) верхней части 6A масляного поддона, образующей часть главного корпуса двигателя.

Ранее рассмотренный редуктор выполнен таким образом, чтобы понижать вращение выходного вала мотора 19 и передавать пониженное вращение на первый управляющий вал 14. Например, используется редуктор конкретной конструкции, применяющей зубчатый механизм волнового движения. Однако редуктор не ограничен конкретной конструкцией, применяющей зубчатый механизм волнового движения, и в качестве редуктора может применяться другой тип редуктора, такой как циклоидальный планетарный редуктор или т.п.

Соединяющий механизм 20 также обеспечен со вторым управляющим валом 23, выполненным за одно целое с выходным валом редуктора. Вместо того, выходной вал редуктора и второй управляющий вал 23 могут быть выполнены таким образом, чтобы отделяться друг от друга и механически соединяться друг с другом так, что оба из этих валов вращаются синхронно друг с другом.

Второй управляющий вал 23 размещается с возможностью вращения и располагается в картере 22, размещенном вдоль боковой стенки 7 масляного поддона, таким образом, чтобы проходить в направлении вперед и назад двигателя (то есть в направлении, параллельном относительно первого управляющего вала 14) вдоль боковой стенки 7 масляного поддона. Первый управляющий вал 14, размещенный внутри главного корпуса двигателя, на который брызгается смазочное масло, и второй управляющий вал 23, размещенный снаружи главного корпуса двигателя, механически соединены друг с другом посредством рычага 24, выполненного таким образом, чтобы проходить через боковую стенку 7 масляного поддона. Следовательно, оба вала 14, 23 вращаются синхронно друг с другом. В частности, щель 24A, через которую вставляется рычаг 24, образована как через боковую стенку 7 масляного поддона, так и картер 22. Картер 22 прикреплен к боковой стенке 7 масляного поддона непроницаемым для текучей среды образом так, чтобы закрывать периферию щели 24A.

Один конец рычага 24 и концевой участок первой плечевой части 25, проходящей радиально наружу от центра первого управляющего вала 14, соединены друг с другом посредством первого соединительного пальца 26 таким образом, чтобы допускать относительное вращение. Другой конец рычага 24 и концевой участок второй плечевой части 27, проходящей радиально наружу от центра второго управляющего вала 23, соединены друг с другом посредством второго соединительного пальца 28 таким образом, чтобы допускать относительное вращение.

С ранее рассмотренной соединительной конструкцией, когда первый управляющий вал 14 вращается, степень сжатия двигателя изменяется, и расположения первой плечевой части 25, второй плечевой части 27 и рычага 24 изменяются. Следовательно, также изменяется коэффициент понижения частоты вращения пути передачи вращательной энергии от мотора 19 на первый управляющий вал 14.

В частности, ранее рассмотренный первый управляющий вал 14 соответствует управляющему валу изобретения, тогда как первый соединительный палец 26 соответствует соединительному пальцу изобретения.

Участок коренной шейки коленчатого вала 4 и участок 14A шейки первого управляющего вала 14 поддерживаются с возможностью вращения на стороне главного корпуса двигателя посредством опорной крышки 30, прикрепленной к блоку 1 цилиндров, служащему в качестве части главного корпуса двигателя. Опорная крышка 30 образована главной опорной крышкой 30A и вспомогательной опорной крышкой 30B. Эти две опорные крышки прикреплены к нижней стороне перемычки (не показано) блока 1 цилиндров посредством монтажных болтов 30С крышки, общих для них. Первый управляющий вал 14 поддерживается с возможностью вращения между главной опорной крышкой 30A и перемычкой. Второй управляющий вал 23 поддерживается с возможностью вращения между главной опорной крышкой 30A и вспомогательной опорной крышкой 30B.

Как показано на Фиг.5, при установке на самую высокую степень сжатия, при которой первый управляющий вал 14 был повернут до максимального углового положения по часовой стрелке, первая стопорная поверхность 31, обеспеченная на второй плечевой части 27 второго управляющего вала 23, была приведена в сцепление с прилеганием со второй стопорной поверхностью 32, обеспеченной на картере 22, таким образом, чтобы ограничивать дальнейшее вращательное движение по часовой стрелке первого управляющего вала 14. Как показано на Фиг. 6, наоборот, когда установлен на самую низкую степень сжатия, при которой первый управляющий вал 14 был повернут до максимального углового положения против часовой стрелки, третья стопорная поверхность 33, обеспеченная на второй плечевой части 27 второго управляющего вала 23, была приведена в сцепление с прилеганием с четвертой стопорной поверхностью 34, обеспеченной на картере 22, таким образом, чтобы ограничивать дальнейшее вращательное движение против часовой стрелки второго управляющего вала 23. Эти первый-четвертый стопоры 31-34 образуют стопорный механизм, который механически ограничивает диапазон вращения первого управляющего вала 14.

Конкретная конфигурация и работа и эффекты этого варианта осуществления изобретения будет перечислены далее.

(1) Как показано на Фиг. 1, по меньшей мере, когда установлен на самую высокую степень сжатия, первый соединительный палец 26 устанавливается или выполняется таким образом, что весь первый соединительный палец погружается ниже положения уровня α1 масла масляного поддона 6 во время работы двигателя.

Установка высокой степени сжатия используется в быстроходном и малозагруженном диапазоне, и таким образом переменная нагрузка стремится увеличиваться. Показатель шума/вибрации стремится значительно ухудшаться вследствие увеличенной переменной нагрузки. Однако в настоящем варианте осуществления, в случае установки на высокие степени сжатия, содержащие самую высокую степень сжатия, рассмотренную выше, весь первый соединительный палец 26 имеет возможность погружаться ниже уровня масла. Следовательно, зазор опорной части первого соединительного пальца 26 заполняется смазочным маслом, и, следовательно, является возможным сдерживать возникновение вибрации и шума вследствие дребезжания в зазоре, тем самым сдерживая ухудшение показателя шума/вибрации.

В противоположность этому, установка низкой степени сжатия используется в высоконагруженном диапазоне. Что касается нагрузок, действующих на первый соединительный палец 26, величина максимальной нагрузки горения стремится становиться гораздо больше, чем величина инерциальной нагрузки, действующей в направлении, противоположном относительно направления действия максимальной нагрузки горения. Следовательно, дребезжание в зазоре опорной части первого соединительного пальца 26 меньше. Небольшое дребезжание оказывает только небольшое воздействие на ухудшение показателя шума/вибрации.

Также, в нормальном рабочем диапазоне, установка высокой степени сжатия часто используется. Как объяснено со ссылкой на вариант осуществления, в случае установок на высокие степени сжатия, при которых требуется тишина вследствие низкой нагрузки и низкого уровня шума, это является эффективным для улучшения показателя шума/вибрации. Наоборот, в случае установок на низкие степени сжатия, которые используются в высоконагруженном диапазоне, уровень шума почти всегда высокий. Следовательно, ухудшение показателя шума/вибрации может допускаться по сравнению с установками на высокие степени сжатия.

(2) Как показано на Фиг. 1, уровень α1 масла масляного поддона 6 устанавливается таким образом, чтобы находиться посередине между центром первого управляющего вала 14 и центром первого соединительного пальца 26. Более конкретно, как показано на Фиг. 1, по меньшей мере, когда установлен на самую высокую степень сжатия, весь первый управляющий вал 14 устанавливается таким образом, чтобы располагаться выше уровня масла.

Следовательно, посредством размещения первого управляющего вала 14 выше уровня масла без погружения первого управляющего вала в масло, при этом улучшая смазочную характеристику для первого соединительного пальца 26, является возможным сдерживать увеличение сопротивления возбуждению масла, вызванного качательным движением управляющего звена 13, шарнирно соединенного с первым управляющим валом 14.

(3) Как показано на Фиг. 2, когда установлен на степень сжатия, при которой первый соединительный палец 26 размещается максимально вверх от уровня α1 масла масляного поддона 6, более конкретно, в случае установки самой низкой степени сжатия, при которой первый управляющий вал 14 был повернут до максимального углового положения против часовой стрелки, если смотреть от осевого направления первого управляющего вала 14, первый соединительный палец 26 устанавливается таким образом, чтобы размещаться рядом с линией 13A наружного диаметра большого конца управляющего звена 13, на котором обеспечен эксцентриковый вал 15. Более конкретно, первый соединительный палец 26 устанавливается таким образом, чтобы размещаться на контурной линии линии 13A наружного диаметра.

Таким образом, посредством размещения первого соединительного пальца 26 рядом с линией 13A наружного диаметра большого конца управляющего звена 13, на котором флуктуации уровня масла и величина разбрызгивания масла стремятся увеличиваться вследствие возбуждения уровня масла, как показано на Фиг. 2, можно обеспечивать достаточное количество подачи масла на первый соединительный палец 26 без погружения первого соединительного пальца 26. В результате этого, можно улучшить смазочную характеристику и улучшить показатель шума/вибрации вследствие образования пленки масла, приставшей к опорной части первого соединительного пальца 26.

(4) Как показано на Фиг. 3, когда установлен на какую-либо одну из высоких степеней сжатия, содержащих, по меньшей мере, самую высокую степень сжатия, первый соединительный палец 26 устанавливается таким образом, чтобы быть всегда погруженным ниже уровней α2 масла масляного поддона 6 независимо от соответствующих положений уровней α2 масла масляного поддона 6 во время флуктуаций уровня масла.

Следовательно, даже когда флуктуации уровня масла возникают вследствие условий ускорения/замедления, в случае установок на высокие степени сжатия, нет риска того, что первый соединительный палец 26 выйдет за пределы соответствующих уровней масла, так что первый соединительный палец 26 всегда погружен в масло. Следовательно, можно сдерживать ухудшение показателя шума/вибрации.

(5) Как показано на Фиг. 4, при остановке двигателя выполняется установка на заданную промежуточную степень сжатия, подходящую для запуска, и при установке на заданную промежуточную степень сжатия, первый соединительный палец 26 устанавливается таким образом, чтобы погружаться ниже уровня α3 масла масляного поддона 6, при остановке двигателя.

Следовательно, во время остановки двигателя, первый соединительный палец поддерживается в состоянии, где его опорная часть была погружена в масло. Следовательно, даже когда первый соединительный палец 26 выходит за пределы уровня α3 масла вследствие установки на высоконагруженную низкую степень сжатия в случае непринудительной подачи масла на первый соединительный палец 26 или непосредственно после запуска, можно обеспечивать достаточную смазываемость.

Хотя вышеприведенное представляет собой описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения, следует понимать, что изобретение не ограничено конкретными вариантами его осуществления, показанными и описанными здесь, и могут выполняться различные изменения и модификации, не выходя за пределы объема или идеи настоящего изобретения. Например, в ранее рассмотренном механизме переменной степени сжатия, управляющее звено соединено с нижним звеном. Вместо того, может использоваться другая конструкция, в которой управляющее звено соединено с верхним звеном.

Claims

1. Двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия, содержащий:
механизм переменной степени сжатия, выполненный с возможностью изменения степени сжатия двигателя в зависимости от углового положения управляющего вала, размещенного в масляном поддоне главного корпуса двигателя;
привод, выполненный с возможностью изменения и удержания углового положения управляющего вала; и
соединяющий механизм, выполненный с возможностью соединения привода и управляющего вала и содержащий:
- рычаг, соединенный с управляющим валом; и
- соединительный палец, соединяющий с возможностью вращения концевой участок плечевой части, проходящей радиально наружу от центра управляющего вала, и один конец рычага,
при этом, по меньшей мере, при установке на самую высокую степень сжатия, соединительный палец устанавливается таким образом, что он погружается ниже уровня масла масляного поддона.

2. Двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия по п. 1, в котором уровень масла масляного поддона устанавливается посередине между центром управляющего вала и центром соединительного пальца.

3. Двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия по п. 1 или 2, в котором механизм переменной степени сжатия содержит:
нижнее звено, установленное с возможностью вращения на шатунной шейке коленчатого вала;
верхнее звено, выполненное с возможностью соединения нижнего звена и поршня; и
управляющее звено, выполненное с возможностью соединения эксцентрикового вала, размещенного эксцентрично относительно управляющего вала, и любого одного из нижнего звена и верхнего звена,
при этом, при степени сжатия, при которой соединительный палец размещается максимально высоко над уровнем масла масляного поддона, если смотреть от осевого направления управляющего вала, соединительный палец устанавливается таким образом, чтобы размещаться вблизи линии наружного диаметра большого конца управляющего звена, с которым соединен эксцентриковый вал.

4. Двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия по п. 1 или 2, в котором при высокой степени сжатия соединительный палец устанавливается таким образом, чтобы всегда быть погруженным ниже уровней масла масляного поддона независимо от соответствующих положений уровней масла масляного поддона во время флуктуаций уровня масла.

5. Двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия по п. 1 или 2, в котором при остановке двигателя выполняется установка на заданную промежуточную степень сжатия, и при установке на заданную промежуточную степень сжатия соединительный палец устанавливается таким образом, чтобы погружаться ниже уровня масла масляного поддона, при остановке двигателя.