专利名称：多连杆式发动机的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种多连杆式发动机。更具体地，本发明涉及一种能够减小多连杆式发动机中的振动的减振结构。
背景技术：
已经研发了由多个连杆连接活塞销和曲柄销的发动机(在下文中，这种发动机称为多连杆式发动机)。例如，在日本特开No. 2006-207634号公报中公开了一种多连杆式发动机。该专利公报的多连杆式发动机设置有用于将活塞连接到曲轴的上连杆和下连杆。上连杆被连接到活塞，该活塞通过活塞销在汽缸内往复移动。下连杆被可转动地安装于曲轴的曲柄销，并且利用上连杆销被连接到上连杆。通过控制下连杆的取向而可变地控制多连杆式发动机的压缩比。多连杆式发动机还具有控制连杆，该控制连杆的一端被连结到下连杆，另一端被连结到控制轴的偏心部。通过改变控制轴的转动角经由控制连杆控制下连杆的取向。
鉴于上述内容，从该公开对本领域技术人员而言将明显的是存在对减小多连杆式发动机中的振动的改进的多连杆式发动机的需求。本发明解决了本领域的该需求以及其他需求，从本公开该需求以及其他需求对本领域技术人员而言将变得明显。
发明内容
已经发现，利用如上所述的多连杆式发动机，由于连杆的惯性力，不仅在活塞移动方向上而且还在相对于活塞移动方向横向取向的方向(即，当从曲轴的轴向观察时，相对于活塞移动方向向左右方向横向地取向的方向)上发生振动。横向振动包括例如根据发动机转速的二阶(second order)振动分量。该二阶振动问题是多连杆式发动机所独有的。该二阶振动问题并不是具有传统的利用单个连杆连接活塞和曲轴的活塞_曲轴结构的发动机中的问题。
在本说明书中，振动分量的阶被定义为振动的周期(频率的倒数)相对于发动机的一转所需的时间量(曲轴的转动周期)的比。具体地，如果振动的周期与曲轴的转动周期相同，则振动是一阶振动分量。如果振动的周期是曲轴的转动周期的一半，则振动是二阶振动，对于更高阶振动分量依次类推。
上述专利文献中公开的多连杆式发动机具有被设置在曲轴的下方的二阶平衡器装置。该二阶平衡器装置通过使第一平衡器轴和第二平衡器轴在与曲轴的转动方向相反的方向上转动而减小在相对于活塞移动方向倾斜取向的方向上的二阶振动。然而，利用上述专利公报中提出的多连杆式发动机，由于需要设置单独的二阶平衡器装置而使成本增加，并且当二阶平衡器装置被驱动时由于产生摩擦而使发动机的燃料效率恶化。鉴于这些问题构思了本发明。本发明的一个目的是提供一种用于多连杆式发动机的简单的减振结构，该减振结构能够减小在相对于活塞移动方向横向取向的方向上的振动。
鉴于上述内容，提供了如下一种多连杆式发动机，主要包括发动机缸体、活塞，上连杆、下连杆和控制连杆。所述发动机缸体包含至少一个汽缸。所述活塞以能往复移动的方式被布置在所述发动机缸体的汽缸内。所述上连杆的第一端通过活塞销被枢接到所述活塞。所述下连杆被可转动地安装于曲轴的曲柄销并通过上部销被连接到所述上连杆的第二端。所述控制连杆具有第一端和第二端，该第一端通过控制销被可转动地连接到所述下连杆，该第二端被能枢转地安装于控制轴的枢轴部。所述上连杆、所述下连杆以及所述控制连杆相对于彼此被构造并配置成使得根据发动机转速的指定二阶以上惯性力在发动机的横向上至少作用于所述上连杆和所述控制连杆，其中左向和右向指定二阶以上惯性力的总和基本上为零。当沿着所述曲轴的轴向观察所述多连杆式发动机时，所述横向相对于上下方向上的活塞移动方向向左右方向横向地取向。
从下面的详细说明，本发明的这些以及其它目的、特征、方面和优点对本领域技术人员而言将变得明显，下面的详细说明结合附图公开了本发明的优选实施方式。
现在参照构成本原始公开的一部分的附图 图IA是根据第一实施方式的多连杆式发动机的示意性上下方向的截面图； 图IB是根据第一实施方式的图IA所示的多连杆式发动机的示意性俯视图； 图2是图IA所示的多连杆式发动机的连杆模型图，该连杆模型图用于计算作用于连杆的重心处的横向取向的二阶惯性力的总和； 图3A是图IA所示的多连杆式发动机的上连杆的侧视图； 图3B是图IA所示的多连杆式发动机的下连杆的侧视图； 图3C是图IA所示的多连杆式发动机的控制连杆的侧视图； 图4A是多连杆式发动机的比较例的示意性上下方向的截面图； 图4B是作用于图4A的比较例中的多连杆式发动机的连杆的重心处的横向取向的二阶惯性力的曲线图； 图5是作用于图IA所示的多连杆式发动机的连杆的重心处的横向取向的二阶惯性力的曲线图； 图6A是图IA所示的多连杆式发动机的下连杆的侧视图，该侧视图示出下连杆的重心； 图6B是示出下连杆的重心与二阶横向振动驱动力之间的关系的曲线图； 图6C是示出曲柄销的中心与二阶横向振动驱动力之间的关系的曲线图； 图7示出根据第二实施方式的多连杆式发动机的上连杆、下连杆以及控制连杆的示意图； 图7A是根据第二实施方式的多连杆式发动机的下连杆的侧视图； 图7B是根据第二实施方式的多连杆式发动机的上连杆的侧视图； 图7C是根据第二实施方式的多连杆式发动机的控制连杆的侧视图； 图8是根据第三实施方式的多连杆式发动机的示意性上下方向的截面图； 图9是作用于图8所示的多连杆式发动机的连杆的重心处的横向取向的二阶惯性力的曲线图； 图IOA是根据第四实施方式的多连杆式发动机的示意性上下方向的截面图； 图IOB是根据第四实施方式的多连杆式发动机的控制连杆的侧视图； 图IlA是作用于图10所示的多连杆式发动机的连杆的重心处的横向取向的二阶惯性力的曲线图； 图IlB是作用于图10所示的多连杆式发动机的连杆的重心处的上下取向的二阶惯性力的曲线图。
具体实施例方式现在将参照附图对本发明的选定实施方式进行说明。从本公开以下对本领域技术人员而言将是明显的提供以下对本发明的实施方式的说明，仅为了举例说明，而并非旨在限制由所附的权利要求书及其等同配置所限定的本发明。
首先，参照图IA和图1B，示出了根据第一实施方式的多连杆式发动机100的选定部分。在该所示的实施方式中，多连杆式发动机100是车辆用直列四缸发动机。然而， 为了简洁起见，仅详细示出一个汽缸。多连杆式发动机100的每一个汽缸都配备有压缩比改变机构10，该压缩比改变机构10被设计成通过改变活塞上止点位置(piston top dead center position)来改变压缩比。多连杆式发动机100还包括曲轴12和各汽缸用活塞11，其中压缩比改变机构10将活塞11连接到曲轴12。曲轴12包括曲柄销12A、轴颈 (journal) 12B以及各活塞11用配重12C。曲柄销12A的中心轴线从轴颈12B的中心轴线偏离指定量。配重12C与曲柄臂形成为一体，并且配重12C用于减小活塞11根据发动机转速的一阶振动分量。
压缩比改变机构10包括上连杆13、下连杆14以及控制连杆15。上连杆13和下连杆14被配置成将活塞11连结到曲轴12。压缩比改变机构10被设计成通过使用控制连杆15控制下连杆14的取向而改变压缩比。上连杆13的上端(第一端)通过活塞销16被连结到活塞11。上连杆13的下端(第二端)通过上部销17被连结到下连杆14的一端。 下连杆14的另一端通过控制销18被连结到控制连杆15。
下连杆14设有用于将下连杆14支撑于曲轴12的曲柄销12A的连结孔14A。连结孔14A被设置在如下位置该位置使得曲柄销12A位于上部销17的中心轴线与控制销18的中心轴线之间。下连杆14包括两个构件(如从图IA所看到的左手侧构件和右手侧构件)， 该两个构件能够彼此分开。下连杆14被构造成使得连结孔14A位于下连杆14的在左手侧构件和右手侧构件之间的大致中间处。曲轴12的曲柄销12A被布置在连结孔14A中，使得下连杆14绕曲柄销12A枢转。
利用控制销18使控制连杆15的上端(第一端)可转动地连结到下连杆14。控制连杆15的下端(第二端)被连结于控制轴20的偏心轴部21。偏心轴部21构成控制轴 20的枢转轴。控制连杆15绕偏心轴部21枢转。控制轴20被可转动地支撑在发动机缸体中，该发动机缸体包括与多个活塞11对应的多个(四个)汽缸。控制轴20被配置成与曲轴12平行。偏心轴部21被设置在如下位置该位置使得偏心轴部21的中心轴线从控制轴 20的中心轴线偏离指定量。利用致动器(未示出)通过转动地控制控制轴20而使偏心轴部21移动。
当致动器(未示出)以偏心轴部21相对于控制轴20的中心轴线向下移动的方式使控制轴20转动时，下连杆14以上部销17的位置向上移动的方式绕曲柄销12A枢转。结果，活塞11向上移动，从而多连杆式发动机100的压缩比增大。相反地，当偏心轴部21相对于控制轴20的中心轴线向上移动时，下连杆14以上部销17的位置向下移动的方式绕曲柄销12A枢转。结果，活塞11向下移动，从而多连杆式发动机100的压缩比减小。
当多连杆式发动机100在高负荷区域中运转时，为了防止爆振(knocking)，不管发动机转速如何，多连杆式发动机100的压缩比都被设定成例如较低压缩比。相反地，当多连杆式发动机100在爆振风险低的低负荷至中等负荷区域中运转时，为了增大发动机输出，压缩比被设定成较高压缩比。
由多连杆式发动机100中的上连杆13、下连杆14和控制连杆15施加的惯性力的总和用作振动驱动力，该振动驱动力使发动机主体在活塞移动方向(发动机的上下方向) 上以及在相对于活塞移动方向横向取向的方向(发动机的左右方向)上均振动。发动机的横向取向振动包括例如如上所述的与发动机转速相关的二阶振动分量和更高阶振动分量 (即，振动的阶数是根据曲轴的转动周期的分数(fraction)而定义的)。这种二阶以上振动是多连杆式发动机所独有的。
在该实施方式中，由于多连杆式发动机100是四缸发动机，所以发动机100的横向上的一阶振动的影响小。因此，目标是减小二阶以上振动。特别有必要减小如下二阶横向振动该二阶横向振动导致车辆驾驶室内的低沉噪音(muffled noise) 0因此，在该多连杆式发动机100中，连杆13至15中的每一个连杆的质量和形状以及连杆13至15的配置被构造并配置成将沿发动机的横向作用于上连杆13的重心、下连杆14的重心和控制连杆15 的重心处的(根据发动机转速的)指定二阶以上惯性力相对于彼此分配成使得沿向左方向作用的指定阶惯性力的总和基本上等于沿向右方向作用的指定阶惯性力的总和。
图2是多连杆式发动机100的模型连杆图，该模型连杆图用于计算作用于连杆的重心处的横向取向的二阶惯性力的总和。在图2中，建立笛卡尔坐标系(Cartesian coordinate system)，该笛卡尔坐标系具有被定位于曲轴12的转动中心处的原点(0，0)、 沿着发动机100的横向取向的X轴以及沿着发动机100的活塞11的往复移动轴线的上下方向取向的Y轴。
如图2所示，活塞销16的中心轴线位于位置(x4，y4)，上部销17的中心轴线位于位置(x3，y3)，曲柄销12A的中心轴线位于位置(xl，yl)，控制销18的中心轴线位于位置 (x2, y2)，控制轴20的偏心轴部21的中心轴线位于位置(xc, yc)。
上连杆13具有质量mu以及在活塞销16的中心轴线与上部销17的中心轴线之间的长度L6。上连杆13的重心GJi于穿过活塞销16的中心轴线和上部销17的中心轴线的线上或位于该线附近，但是为了简化起见，假定上连杆13的重心&位于连接活塞销16的中心轴线和上部销17的中心轴线的线段上的点。在活塞销16的中心轴线和上连杆13的重心Gu之间存在距离x_。距离Xgutl被定义为在活塞销16的中心轴线的上部销侧为正， 在活塞销16的中心轴线的相反侧为负。
下连杆14具有质量Hi1、在上部销17的中心轴线和曲柄销12A的中心轴线之间的长度L4以及在曲柄销12A的中心轴线和控制销18的中心轴线之间的长度L2。如上所述，下连杆14的连结孔14A将下连杆14支撑于曲轴12的曲柄销12A。连结孔14A被布置在如下位置该位置使得曲柄销12A位于上部销17的中心轴线和控制销18的中心轴线之间。结果，下连杆14的重心G1和被安装在连结孔14A中的曲柄销12A的中心轴线均位于穿过上部销17的中心轴线和控制销18的中心轴线的直线上或位于该直线附近。为了简化起见， 假定重心G1和曲柄销12A的中心轴线均位于连接上部销17的中心轴线和控制销18的中心轴线的线段上的点。在曲柄销12A的中心轴线和下连杆14的重心G1之间存在距离xglQ。 距离Xgltl被定义为在曲柄销12A的中心轴线的控制销侧为正，在曲柄销12A的中心轴线的上部销侧为负。
控制连杆15具有质量m。以及在控制销18的中心轴线和偏心轴部21的中心轴线之间的长度L3。控制连杆15的重心G。位于穿过控制销18的中心轴线和偏心轴部21的中心轴线的线上或位于该线附近，但是，为了简化起见，假定控制连杆15的重心G。位于连接控制销18的中心轴线和偏心轴部21的中心轴线的线段上的点。在偏心轴部21的中心轴线和控制连杆15的重心G。之间存在距离xgMO距离Xgc0被定义为在偏心轴部21的中心轴线的控制销侧为正，在偏心轴部21的中心轴线的相反侧为负。
在确定各连杆的质量和重心位置时，通过假定上部销17和控制销18均构成连杆中的一个连杆的一部分，上部销17和控制销18对惯性力的影响可以被考虑进去。在X轴与穿过曲轴12的转动中心和曲柄销12A的中心轴线的线之间形成的角被定义为曲柄角θ Α。
当利用如上所述的模型计算在发动机的横向上作用于连杆的重心处的二阶以上惯性力的总和时，第一步骤是找到下连杆14的重心G1的横向位移Xgl、上连杆13的重心Gu 的横向位移Xgu以及控制连杆15的重心G。的横向位移xg。。
连杆的重心的横向(向左或向右)位移~、、和Xg。被示于下面的等式⑴至等式(3)。
权利要求
1.一种多连杆式发动机，包括发动机缸体，所述发动机缸体包含至少一个汽缸； 活塞，所述活塞以能往复移动的方式被布置在所述发动机缸体的汽缸内； 上连杆，所述上连杆的第一端通过活塞销被枢接到所述活塞； 下连杆，所述下连杆被可转动地安装于曲轴的曲柄销并通过上部销被连接到所述上连杆的第二端；以及控制连杆，所述控制连杆具有第一端和第二端，该第一端通过控制销被可转动地连接到所述下连杆，该第二端被能枢转地安装于控制轴的枢轴部，所述上连杆、所述下连杆以及所述控制连杆相对于彼此被构造并配置成使得根据发动机转速的指定二阶以上惯性力在发动机的横向上至少作用于所述上连杆和所述控制连杆， 其中左向和右向指定二阶以上惯性力的总和基本上为零，当沿着所述曲轴的轴向观察所述多连杆式发动机时，所述横向相对于上下方向上的活塞移动方向向左右方向横向地取向。
2.根据权利要求1所述的多连杆式发动机，其特征在于，所述下连杆包含连结孔，在所述曲柄销被布置在所述连结孔中的状态下，所述连结孔被布置在如下位置该位置使得所述曲柄销位于所述上部销的中心轴线和所述控制销的中心轴线之间。
3.根据权利要求2所述的多连杆式发动机，其特征在于，所述曲柄销包含中心轴线，该中心轴线被配置在连接所述上部销的中心轴线和所述控制销的中心轴线的线上。
4.根据权利要求2所述的多连杆式发动机，其特征在于， 所述下连杆具有与所述曲柄销的中心轴线重合的重心。
5.一种多连杆式发动机，包括发动机缸体，所述发动机缸体包含至少一个汽缸； 活塞，所述活塞以能往复移动的方式被布置在所述发动机缸体的汽缸内； 上连杆，所述上连杆的第一端通过活塞销被枢接到所述活塞； 下连杆，所述下连杆被可转动地安装于曲轴的曲柄销并通过上部销被连接到所述上连杆的第二端；以及控制连杆，所述控制连杆具有第一端和第二端连杆，该第一端通过控制销被可转动地连接到所述下连杆，该第二端连杆被能枢转地安装于控制轴的枢轴部，所述下连杆具有连结孔，所述曲柄销被布置在所述连结孔中，使得所述下连杆的重心和所述曲柄销的中心轴线都位于穿过所述上部销的中心轴线和所述控制销的中心轴线的线上并且位于所述上部销的中心轴线和所述控制销的中心轴线之间，所述上连杆、所述下连杆以及所述控制连杆相对于彼此被构造并配置成满足1>2 JU3l6其中，Hl1是所述下连杆的质量，Xgltl是从所述曲柄销的中心轴线到所述下连杆的重心的距离，L2是从所述曲柄销的中心轴线到所述控制销的中心轴线的长度，m。是所述控制连杆的质量，Xgc0是从所述控制轴的所述枢轴部的中心轴线到所述控制连杆的重心的距离，L3是从所述控制销的中心轴线到所述控制轴的所述枢轴部的中心轴线的长度，mu是所述上连杆的质量，Xpj0是从所述活塞销的中心轴线到所述上连杆的重心的距离，L4是从所述上部销的中心轴线到所述曲柄销的中心轴线的长度，L6是从所述活塞销的中心轴线到所述上部销的中心轴线的长度。
6.一种多连杆式发动机，包括发动机缸体，所述发动机缸体包含至少一个汽缸； 活塞，所述活塞以能往复移动的方式被布置在所述发动机缸体的汽缸内； 上连杆，所述上连杆的第一端通过活塞销被枢接到所述活塞； 下连杆，所述下连杆被可转动地安装于曲轴的曲柄销并通过上部销被连接到所述上连杆的第二端；以及控制连杆，所述控制连杆具有第一端和第二端，该第一端通过控制销被可转动地连接到所述下连杆，该第二端被能枢转地安装于控制轴的枢轴部，所述下连杆具有连结孔，所述曲柄销被布置在所述连结孔中，使得所述曲柄销的中心轴线位于穿过所述上部销的中心轴线和所述控制销的中心轴线的线上并且位于所述上部销的中心轴线和所述控制销的中心轴线之间，所述下连杆具有与所述曲柄销的中心轴线重合的重心，所述上连杆和所述控制连杆相对于彼此被构造并配置成满足其中，m。是所述控制连杆的质量，是从所述控制轴的所述枢轴部的中心轴线到所述控制连杆的重心的距离，L3是从所述控制销的中心轴线到所述控制轴的所述枢轴部的中心轴线的长度，mu是所述上连杆的质量，χ_是从所述活塞销的中心轴线到所述上连杆的重心的距离，L6是从所述活塞销的中心轴线到所述上部销的中心轴线的长度。
7.根据权利要求6所述的多连杆式发动机，其特征在于，所述上连杆和所述控制连杆被构造成使得所述上连杆的质量mu与所述控制连杆的质量m。基本上相等。
8.—种多连杆式发动机，包括发动机缸体，所述发动机缸体包含至少一个汽缸； 活塞，所述活塞以能往复移动的方式被布置在所述发动机缸体的汽缸内； 上连杆，所述上连杆的第一端通过活塞销被枢接到所述活塞； 下连杆，所述下连杆被可转动地安装于曲轴的曲柄销并通过上部销被连接到所述上连杆的第二端；以及控制连杆，所述控制连杆具有第一端和第二端，该第一端通过布置在所述下连杆的连结孔中的控制销被可转动地连接到所述下连杆，该第二端被能枢转地安装于控制轴的枢轴部，所述曲柄销位于所述上部销的中心轴线和所述控制销的中心轴线之间，并且所述上连杆和所述控制连杆具有基本相等的质量，以抑制在发动机的横向上作用于上述连杆的根据发动机转速的指定二阶以上振动，当沿着所述曲轴的轴向观察所述多连杆式发动机时，所述横向相对于上下方向上的活塞移动方向向左右方向横向地取向。
9.一种多连杆式发动机，包括发动机缸体，所述发动机缸体包含至少一个汽缸；活塞，所述活塞以能往复移动的方式被布置在所述发动机缸体的汽缸内；上连杆，所述上连杆的第一端通过活塞销被枢接到所述活塞；下连杆，所述下连杆被可转动地安装于曲轴的曲柄销并通过上部销被连接到所述上连杆的第二端；以及控制连杆，所述控制连杆具有第一端和第二端，该第一端通过布置在所述下连杆的连结孔中的控制销被可转动地连接到所述下连杆，该第二端被能枢转地安装于控制轴的枢轴部，所述曲柄销位于所述上部销的中心轴线和所述控制销的中心轴线之间，并且所述上连杆和所述控制连杆被构造成使得所述上连杆的质量与从所述活塞销的中心轴线到所述上连杆的重心的距离相对于从所述活塞销的中心轴线到所述上部销的中心轴线的长度的比值的乘积基本上等于所述控制连杆的质量与从所述枢轴部的中心轴线到所述控制连杆的重心的距离相对于从所述控制销的中心轴线到所述枢轴部的中心轴线的长度的比值的乘积，以抑制在发动机的横向上作用于上述连杆的根据发动机转速的指定二阶以上振动，当沿着所述曲轴的轴向观察所述多连杆式发动机时，所述横向相对于上下方向上的活塞移动方向向左右方向横向地取向。
10.根据权利要求1所述的多连杆式发动机，其特征在于，所述控制连杆具有被设置在靠近所述枢轴部所在位置的端部的配重。
11.根据权利要求10所述的多连杆式发动机，其特征在于，所述控制连杆的所述配重被配置成使得所述控制连杆的重心位于穿过所述控制销的中心轴线和所述控制轴的所述枢轴部的中心轴线的线上，以及使得所述控制连杆的重心位于所述控制轴的所述枢轴部的中心轴线的与所述控制销的中心轴线所在侧相反的一侧。
12.根据权利要求10所述的多连杆式发动机，其特征在于，所述控制连杆的所述配重被配置成使得所述控制连杆的重心从穿过所述控制销的中心轴线和所述控制轴的所述枢轴部的中心轴线的线偏离。
13.根据权利要求10所述的多连杆式发动机，其特征在于，所述控制连杆的所述配重被配置成使得作用于所述控制连杆的惯性力的方向与作用于所述下连杆的惯性力的方向相反。
14.根据权利要求1所述的多连杆式发动机，其特征在于，所述多连杆式发动机是四缸发动机。
全文摘要
一种多连杆式发动机(100)，其设置有上连杆(13)、下连杆(14)以及控制连杆(15)。上连杆(13)通过活塞销(16)被枢接到活塞(11)。下连杆(14)被可转动地安装于曲轴(12)的曲柄销(12A)并通过上部销(17)被连接到上连杆(13)。控制连杆(15)通过控制销(18)被可转动地连接到下连杆(14)并被枢转地安装于控制轴(20)的枢轴部(21)。连杆(13，14，15)相对于彼此被构造并配置成使得根据发动机转速的指定二阶以上惯性力在发动机(100)的横向上至少作用于上连杆(13)和控制连杆(15)，其中左向和右向指定二阶以上惯性力的总和基本上为零。
文档编号F02B75/04GK102187073SQ200980141774
公开日2011年9月14日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年10月20日
发明者佐藤裕介 申请人:日产自动车株式会社