專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把可自由滑動(dòng)地嵌合在氣缸內(nèi)的活塞，通過(guò)連接機(jī)構(gòu)連接在曲軸上的內(nèi)燃機(jī)。
上述特開(kāi)2000-55164號(hào)公報(bào)記載的內(nèi)燃機(jī)，當(dāng)活塞位于上死點(diǎn)和下死點(diǎn)的中間位置時(shí)，活塞側(cè)的第1連接桿位于氣缸的軸線(xiàn)上，以減少活塞與氣缸間的側(cè)壓，謀求降低磨耗。
上述特開(kāi)平7-11971號(hào)公報(bào)記載的內(nèi)燃機(jī)，是以柴油內(nèi)燃機(jī)為前提的，隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)，以短的時(shí)間間隔產(chǎn)生2次的活塞上死點(diǎn)，在最初的上死點(diǎn)，進(jìn)行燃料的先導(dǎo)噴射，在第2次上死點(diǎn)，進(jìn)行燃料的主噴射。
為了提高內(nèi)燃機(jī)混合氣燃燒時(shí)的等容度，提高熱效率，另外，為了謀求提高進(jìn)氣效率和降低抽吸損失，在膨脹行程中希望活塞從上死點(diǎn)慢慢下降。另一方面，為了促進(jìn)燃燒室內(nèi)混合氣的攪拌，縮短燃燒時(shí)間，并且降低壓縮時(shí)的熱損失，在壓縮行程中希望活塞快速上升。
但是，上述現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)，由于曲軸的軸線(xiàn)配置在氣缸軸線(xiàn)上，所以，膨脹行程和進(jìn)氣行程的曲柄角變化、以及壓縮行程及排氣行程的曲柄角變化都是180°，難以滿(mǎn)足上述的兩個(gè)要求。
另外，上述現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)，由于連接活塞和曲軸的第1、第2連接桿，大約串聯(lián)地配置在氣缸軸線(xiàn)上，所以，導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)的氣缸軸線(xiàn)方向尺寸大型化。
本發(fā)明是鑒于上述問(wèn)題作出的，其目的是謀求提高內(nèi)燃機(jī)的混合氣燃燒時(shí)的等容度、提高熱效率，同時(shí)縮小氣缸的軸線(xiàn)方向尺寸。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，權(quán)利要求1記載的內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)連接機(jī)構(gòu)把可自由滑動(dòng)地嵌合在氣缸內(nèi)的活塞連接在曲軸上，其特征在于，前述連接機(jī)構(gòu)使活塞的上升時(shí)間比下降時(shí)間短地構(gòu)成。
根據(jù)上述構(gòu)造，由于借助把活塞連接在曲軸上的連接機(jī)構(gòu)，使活塞的上升時(shí)間比下降時(shí)間短，所以，在膨脹行程中，相對(duì)于曲柄角增加量的活塞的移動(dòng)量(燃燒室容積的增加量)減小，混合氣燃燒時(shí)的等容度增高，內(nèi)燃機(jī)的熱效率提高。而且，由于進(jìn)氣行程的期間比通常的內(nèi)燃機(jī)的180°長(zhǎng)、進(jìn)氣的流速降低，可以謀求提高進(jìn)氣效率，降低抽吸損失、實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣閥的小型化。另外，由于壓縮行程的期間比通常的內(nèi)燃機(jī)的180°短，可促進(jìn)燃燒室內(nèi)混合氣的攪拌，縮短燃燒時(shí)間，同時(shí)降低壓縮時(shí)的熱損失。
權(quán)利要求2記載的內(nèi)燃機(jī)，是在權(quán)利要求1的基礎(chǔ)上，其特征在于，上述連接機(jī)構(gòu)由第1連接桿、第2連接桿和聯(lián)桿臂構(gòu)成；該第1連接桿的一端樞支在活塞銷(xiāo)上，另一端備有中間銷(xiāo)；該第2連接桿的一端樞支在中間銷(xiāo)上，另一端樞支在曲柄銷(xiāo)上；該聯(lián)桿臂的一端樞支在中間銷(xiāo)上，另一端樞支在固定部上；當(dāng)活塞位于上死點(diǎn)時(shí)，在第1連接桿大約沿著氣缸的軸線(xiàn)的同時(shí)，第2連接桿大約直交于氣缸的軸線(xiàn)，并且，樞支著聯(lián)桿臂另一端的固定部位于曲軸的下方。
根據(jù)上述構(gòu)造，由于第2連接桿被配置在相對(duì)于氣缸的軸線(xiàn)的直交方向上，所以，與把第1、第2連接桿兩者都沿著氣缸軸線(xiàn)配置的現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)相比，可減小前述軸線(xiàn)方向的內(nèi)燃機(jī)尺寸。另外，與通常的內(nèi)燃機(jī)相比，膨脹行程初期的第1連接桿的擺動(dòng)角變小，而且，在膨脹行程初期，由于活塞的下降速度減小，所以，可降低活塞與氣缸間的摩擦損失。另外，由于第1連接桿只在氣缸軸線(xiàn)的一側(cè)擺動(dòng)，所以，可降低活塞的敲缸音。
權(quán)利要求3記載的內(nèi)燃機(jī)，是在權(quán)利要求2的基礎(chǔ)上，其特征在于，當(dāng)活塞位于上死點(diǎn)時(shí)，曲軸的軸線(xiàn)位于一條直線(xiàn)的上方，該條直線(xiàn)通過(guò)中間銷(xiāo)的軸線(xiàn)與氣缸的軸線(xiàn)直交。
根據(jù)上述構(gòu)造，當(dāng)活塞位于上死點(diǎn)時(shí)，由于曲軸的軸線(xiàn)位于一條直線(xiàn)的上方，該條直線(xiàn)通過(guò)中間銷(xiāo)的軸線(xiàn)與氣缸的軸線(xiàn)直交，所以，在活塞從上死點(diǎn)下降的膨脹行程初期，對(duì)第2連接桿產(chǎn)生張拉荷載，這在強(qiáng)度上對(duì)第2連接桿有利，可實(shí)現(xiàn)小型化。
權(quán)利要求4記載的內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)連接機(jī)構(gòu)把可自由滑動(dòng)地嵌合在氣缸內(nèi)的活塞連接在曲軸上，與活塞的往復(fù)動(dòng)相應(yīng)地，開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥和排氣閥，其特征在于，上述連接機(jī)構(gòu)使活塞的上升時(shí)間比下降時(shí)間短地構(gòu)成，并且，排氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定為比進(jìn)氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積大。
根據(jù)上述構(gòu)造，由于借助把活塞連接在曲軸上的連接機(jī)構(gòu)，活塞的上升時(shí)間比下降時(shí)間短，所以，在膨脹行程，相對(duì)于曲柄角增加量的活塞移動(dòng)量(燃燒室的容積增加量)減小，混合氣燃燒時(shí)的等容度增高，內(nèi)燃機(jī)的熱效率提高。而且，由于進(jìn)氣行程的期間比通常的內(nèi)燃機(jī)的180°長(zhǎng)，進(jìn)氣的流速降低可謀求，進(jìn)氣效率提高、降低抽吸損失和實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣閥的小型化。另外，由于壓縮行程的期間比通常的內(nèi)燃機(jī)的180°短，所以，可促進(jìn)燃燒室內(nèi)混合氣的攪拌，縮短燃燒時(shí)間，同時(shí)可降低壓縮時(shí)的熱損失。另外，由于排氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定為比進(jìn)氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積大，所以，為了使活塞的上升時(shí)間比下降時(shí)間短，在排氣行程開(kāi)始時(shí)的活塞的動(dòng)作即使比現(xiàn)有的快，也能將排氣從燃燒室順利地排出，可最大限度地抑制排氣損失。
權(quán)利要求5記載的內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)連接機(jī)構(gòu)，把可自由滑動(dòng)地嵌合在氣缸內(nèi)的活塞連接在曲軸上，與活塞的上下動(dòng)相應(yīng)地，開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥和排氣閥，其特征在于，把區(qū)分出燃燒室的氣缸頭配置在活塞與曲軸之間，并且，排氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定為比進(jìn)氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積大。
根據(jù)上述構(gòu)造，在內(nèi)燃機(jī)中，由于把區(qū)分出燃燒室的氣缸頭配置在活塞與曲軸之間，所以，與燃燒室挾著活塞并配置在曲軸相反側(cè)的現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)相比，可抑制相對(duì)于以活塞上死點(diǎn)為基準(zhǔn)的曲柄角增加量的燃燒室容積的增加量，這樣，可提高混合氣燃燒時(shí)的等容度，提高熱效率。而且，在膨脹行程中，由于張拉荷載作用在連接桿上，所以，與作用著壓縮荷載的現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)相比，不必?fù)?dān)心壓曲，可降低連接桿的強(qiáng)度，減輕重量。另外，在下死點(diǎn)附近的活塞的移動(dòng)速度雖然比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)快，但是由于排氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積比進(jìn)氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積大，所以，可將排氣從燃燒室順利排出，可最大限度地抑制排氣損失。
圖2是上述內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于下死點(diǎn)的狀態(tài))。
圖3是

圖1的3-3線(xiàn)剖面圖。
圖4是表示內(nèi)燃機(jī)的曲柄角與活塞行程關(guān)系的曲線(xiàn)圖。
圖5是第1實(shí)施例的變形例，是與圖3對(duì)應(yīng)的圖。
圖6是第2實(shí)施例之內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于上死點(diǎn)的狀態(tài))。
圖7是第3實(shí)施例之內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于上死點(diǎn)的狀態(tài))。
圖8是第4實(shí)施例之內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于上死點(diǎn)的狀態(tài))。
圖9是第4實(shí)施例之內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于下死點(diǎn)的狀態(tài))。
圖10是說(shuō)明在上死點(diǎn)時(shí)，第2連接桿伸展時(shí)的中間銷(xiāo)位置變化的圖。
圖11是說(shuō)明在上死點(diǎn)時(shí)，第2連接桿伸展、聯(lián)桿臂收縮時(shí)的中間銷(xiāo)位置變化的圖。
圖12是第5實(shí)施例之內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于上死點(diǎn)的狀態(tài))。
圖13是第5實(shí)施例之內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于下死點(diǎn)的狀態(tài))。
圖14是圖12的14-14線(xiàn)視圖。
圖15是內(nèi)燃機(jī)作用的說(shuō)明圖。
圖16是表示曲柄角θ與活塞變位x的關(guān)系的曲線(xiàn)。
圖1～圖4表示本發(fā)明的第1實(shí)施例。圖1是內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于上死點(diǎn)的狀態(tài))。圖2是內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于下死點(diǎn)的狀態(tài))。圖3是圖1的3-3線(xiàn)視圖。圖4是表示曲柄角與活塞行程關(guān)系的曲線(xiàn)圖。在本說(shuō)明書(shū)中，把內(nèi)燃機(jī)E的活塞14的上死點(diǎn)方向和下死點(diǎn)方向，分別定義為上方和下方。
如圖1所示，4循環(huán)內(nèi)燃機(jī)E備有氣缸體11和氣缸頭12。氣缸13設(shè)在氣缸體內(nèi)11內(nèi)，活塞14可自由滑動(dòng)地嵌合在氣缸13內(nèi)。在氣缸頭12上，設(shè)有面臨活塞14的上面的燃燒室15、與燃燒室15相連的進(jìn)氣口16、與燃燒室15相連的排氣口17、開(kāi)閉進(jìn)氣閥孔的進(jìn)氣閥18、開(kāi)閉排氣閥孔的排氣閥19。
曲軸20的軸線(xiàn)L1，配置在氣缸13的軸線(xiàn)L2的一側(cè)方。第1連接桿22的一端樞支在活塞銷(xiāo)21上，朝下方延伸。第2連接桿24的一端。通過(guò)中間銷(xiāo)23樞支在第1連接桿22的另一端上。從中間銷(xiāo)23朝一側(cè)方延伸的第2連接桿24的另一端樞支在曲柄銷(xiāo)25上。聯(lián)桿臂26的一端樞支在中間銷(xiāo)上23上，另一端通過(guò)支點(diǎn)銷(xiāo)28樞支在位于曲軸20下方的固定部27上。
當(dāng)活塞14位于上死點(diǎn)時(shí)，第1連接桿22的軸線(xiàn)L3(即連接活塞21的軸線(xiàn)L4和中間銷(xiāo)23的軸線(xiàn)L5的線(xiàn)段)，大約與氣缸13的軸線(xiàn)L2一致。第2連接桿24的軸線(xiàn)L6(即連接中間銷(xiāo)23的軸線(xiàn)L5和曲柄銷(xiāo)25的軸線(xiàn)L7的線(xiàn)段)，大約與第1連接桿22的軸線(xiàn)L3直交。聯(lián)桿臂26的軸線(xiàn)L8(即連接中間銷(xiāo)23的軸線(xiàn)L5和支點(diǎn)銷(xiāo)28的軸線(xiàn)L9的線(xiàn)段)，相對(duì)于第1連接桿22的軸線(xiàn)L3朝圖中右下方傾斜。
上述第1連接桿22、第2連接桿24和聯(lián)桿臂26，構(gòu)成本發(fā)明的連接機(jī)構(gòu)29。
曲軸20的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)定為在活塞14從上死點(diǎn)朝下死點(diǎn)下降期間，曲柄銷(xiāo)25上升后下降的方向。
如圖3所示，進(jìn)氣閥18的直徑D1和排氣閥19的直徑D2的關(guān)系，與現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)相反，使排氣閥19的直徑D2大于進(jìn)氣閥18的直徑D1，也就是說(shuō)，使排氣閥19的周長(zhǎng)大于進(jìn)氣閥18的周長(zhǎng)，這樣，使排氣閥19的實(shí)際開(kāi)口面積大于進(jìn)氣閥18的實(shí)際開(kāi)口面積。本實(shí)施例中，進(jìn)氣閥18和排氣閥19配置在燃燒室15的直徑線(xiàn)上，2個(gè)點(diǎn)火塞30、31挾著上述直徑線(xiàn)地配置。
為了使排氣閥19的實(shí)際開(kāi)口面積大于進(jìn)氣閥18的實(shí)際開(kāi)口面積，也可以如圖5所示的變形例那樣，例如對(duì)于一個(gè)進(jìn)氣閥18，配置2個(gè)排氣閥19、19，使2個(gè)排氣閥19的周長(zhǎng)之和大于1個(gè)進(jìn)氣閥18的周長(zhǎng)。該變形例中，在燃燒室15的直徑線(xiàn)的一側(cè)配置進(jìn)氣閥18的同時(shí)，在另一側(cè)配置2個(gè)排氣閥19、19，在上述直徑線(xiàn)上，配置2個(gè)點(diǎn)火塞30、31。
圖2表示活塞14位于下死點(diǎn)的狀態(tài)?；钊?4在上死點(diǎn)與下死點(diǎn)之間移動(dòng)時(shí)，第1連接桿22下端的中間銷(xiāo)23的軸線(xiàn)L5，被聯(lián)桿臂26約束，在以支點(diǎn)銷(xiāo)28的軸線(xiàn)L9為中心的圓弧A上移動(dòng)。這期間，中間銷(xiāo)23的軸線(xiàn)L5不越出到氣缸13的軸線(xiàn)L2的右側(cè)。
在活塞14從上死點(diǎn)移動(dòng)到下死點(diǎn)期間，曲軸20旋轉(zhuǎn)216°；在活塞14從下死點(diǎn)移動(dòng)到上死點(diǎn)期間，曲軸20旋轉(zhuǎn)144°。也就是說(shuō)，本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)E，其膨脹行程和進(jìn)氣行程的期間(曲柄角)，比壓縮行程和排氣行程的期間(曲柄角)長(zhǎng)。
圖4表示曲柄角與活塞行程的關(guān)系。其中的雙點(diǎn)劃線(xiàn)表示現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)的特性，該現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)中，曲軸的軸線(xiàn)配置在氣缸軸線(xiàn)上，用一根連接桿將活塞銷(xiāo)與曲柄銷(xiāo)連接。上述雙點(diǎn)劃線(xiàn)的特性與正弦曲線(xiàn)類(lèi)似，其滯后側(cè)(壓縮行程和排氣行程)和前進(jìn)側(cè)(膨脹行程和進(jìn)氣行程)以上死點(diǎn)為中心對(duì)稱(chēng)。而實(shí)線(xiàn)表示的本實(shí)施例的特性，如上所述，由于其膨脹行程和進(jìn)氣行程的期間，比壓縮行程和排氣行程的期間長(zhǎng)，所以，滯后側(cè)和前進(jìn)側(cè)不以上死點(diǎn)為中心對(duì)稱(chēng)。
基于上述特性，本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)E比現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)能發(fā)揮以下的效果。①為了提高內(nèi)燃燒機(jī)E的熱效率，希望提高混合氣燃燒時(shí)的等容度，為此，在膨脹行程，活塞14從上死點(diǎn)下降時(shí)，相對(duì)于曲柄角增加量的燃燒室15的容積增加量越小，上述等容度越高，越提高熱效率。從圖4曲線(xiàn)的膨脹行程部分可知，實(shí)線(xiàn)所示的本實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)E，其活塞14從上死點(diǎn)向下的變位，比雙點(diǎn)劃線(xiàn)所示現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的活塞的向下變位小，因此，膨脹行程中的等容度增高，提高熱效率。②從圖4曲線(xiàn)的進(jìn)氣行程部分可知，實(shí)線(xiàn)所示的本實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)E，其進(jìn)氣行程的期間是216°，比現(xiàn)有例的180°長(zhǎng)，所以，進(jìn)氣的流速降低，可謀求提高進(jìn)氣效率，降低抽吸損失以及實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣閥18的小型化。③從圖4曲線(xiàn)的壓縮行程部分可知，實(shí)線(xiàn)所示的本實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)E，其壓縮行程的期間是144°，比現(xiàn)有例的180°短，所以，可促進(jìn)燃燒室15內(nèi)的混合氣的攪拌，縮短燃燒時(shí)間，同時(shí)可降低壓縮時(shí)的熱損失(冷卻損失)。
本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)E，借助其連接機(jī)構(gòu)29的構(gòu)造，可發(fā)揮以下的效果。④由于第2連接桿24被配置在相對(duì)于氣缸13的軸線(xiàn)L2的直交方向上，所以，與把第1連接桿22及第2連接桿24兩者都沿著氣缸13的軸線(xiàn)L2配置時(shí)相比，可使氣缸13的軸線(xiàn)L2方向的內(nèi)燃機(jī)E尺寸小型化。⑤與備有單一連接桿的通常內(nèi)燃機(jī)相比，尤其是在燃燒室15的壓力高的狀態(tài)(即膨脹行程初期)下的第1連接桿22的擺動(dòng)角度大幅度減小，而且，由于在燃燒室15的壓力高的膨脹行程初期，活塞14的下降速度小，所以，可降低因活塞14的側(cè)壓造成的摩擦損失。⑥由于第1連接桿22只在氣缸13的軸線(xiàn)L2的一側(cè)擺動(dòng)，所以，可降低活塞14碰撞氣缸13的敲缸音。
通常，現(xiàn)有的內(nèi)燃機(jī)，其排氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定為比進(jìn)氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積小。其原因之一是，由于排氣是高溫，阻塞界限馬赫數(shù)高。其原因之二是，由于與上死點(diǎn)側(cè)相比，下死點(diǎn)側(cè)的活塞動(dòng)作遲緩，所以，排氣的排出在時(shí)間上有富余。
如圖4所示，本實(shí)施例的內(nèi)燃燒機(jī)E，由于其排氣行程的期間比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)短，在下死點(diǎn)附近的活塞14的動(dòng)作快，所以，排氣損失有可能增加。尤其是，通常排氣閥在下死點(diǎn)跟前位置打開(kāi)，如果為了有效地利用膨脹行程，使打開(kāi)排氣閥的時(shí)間推遲到下死點(diǎn)附近時(shí)的情況下，排氣的順利排出受到阻礙，排氣損失更加增加。但是，本實(shí)施例中，由于把排氣閥19的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定為比進(jìn)氣閥18的實(shí)際開(kāi)口面積大，所以，打開(kāi)排氣閥的時(shí)間盡可能地接近下死點(diǎn)附近，可有效利用膨脹行程，使排氣順利排出，最大限度地抑制排氣損失的增加。
上述第1實(shí)施例中，當(dāng)活塞14位于上死點(diǎn)時(shí)，第2連接桿24是沿著直交于氣缸13的軸線(xiàn)L2的方向延伸。在圖6所示的第2實(shí)施例中，第2連接桿24的軸線(xiàn)L6，相對(duì)于直交于氣缸13的軸線(xiàn)L2的方向，稍稍朝斜上方延伸。在圖7所示的第3實(shí)施例中，第2連接桿24的軸線(xiàn)L6，相對(duì)于直交于氣缸13的軸線(xiàn)L2的方向，稍稍朝斜下方延伸。
更具體地說(shuō)，在圖6的第2實(shí)施例中，當(dāng)活塞14位于上死點(diǎn)時(shí)，設(shè)氣缸13的軸線(xiàn)L2上的中間銷(xiāo)23的軸線(xiàn)L5的位置為Q，設(shè)從曲軸20的軸線(xiàn)L1到氣缸13的軸線(xiàn)L2的垂線(xiàn)終點(diǎn)為S時(shí)，S在Q的上側(cè)。另一方面在圖7所示的第1實(shí)施例中，S在Q的下側(cè)。
圖6和圖7的實(shí)施例中，當(dāng)活塞14位于上死點(diǎn)時(shí)，由于第1連接桿22和第2連接桿24幾乎呈直角配置，所以，可直接達(dá)到上述第1實(shí)施例的作用效果。但是，嚴(yán)格地說(shuō)，由于S和Q的上下關(guān)系，在膨脹行程，活塞14從圖示的上死點(diǎn)下降時(shí)，在圖6所示的第2實(shí)施例中，在第2連接桿24上作用著張拉荷載，而在圖7所示的第3實(shí)施例中，在第2連接桿24上，作用著只一瞬間的壓縮荷載。因此，從第2連接桿24的強(qiáng)度上的觀點(diǎn)考慮，不受到壓縮荷載的第2實(shí)施例(見(jiàn)圖6)的配置是有利的，通過(guò)采用第2實(shí)施例的配置，可以有助于使第2連接桿24小型化減輕重量。
下面，參照?qǐng)D8至圖11，說(shuō)明本發(fā)明的第4實(shí)施例。
第4實(shí)施例的構(gòu)造與圖6所示第2實(shí)施例的構(gòu)造類(lèi)似，但是，曲軸20的軸線(xiàn)L1和支點(diǎn)銷(xiāo)28的軸線(xiàn)L9，比第2實(shí)施例中的稍高。當(dāng)活塞14位于上死點(diǎn)時(shí)，，第2連接桿24的靠曲軸20的軸線(xiàn)L1的一側(cè)，比中間銷(xiāo)23的軸線(xiàn)L5高，另外，聯(lián)桿臂26的靠支點(diǎn)銷(xiāo)28的軸線(xiàn)L9的一側(cè)，比中間銷(xiāo)23的軸線(xiàn)L5低。
根據(jù)該第4實(shí)施例，除了具有上述第1及第2實(shí)施例的效果外，還具有以下特別的效果。
即，在活塞14位于上死點(diǎn)的膨脹行程初期，燃燒室15中混合氣爆發(fā)產(chǎn)生的荷載，通過(guò)活塞14傳遞到第2連接桿22，朝下的爆發(fā)荷載F作用在第1連接桿22下端的中間銷(xiāo)23上。上述爆發(fā)荷載F，被分解為將第2連接桿24往左下方向張拉的張拉荷載F1和把聯(lián)桿臂26朝右下方向壓縮的壓縮荷載F2，借助上述張拉荷載F1，第2連接桿24被張拉ΔL1，借助上述壓縮荷載F2，聯(lián)桿臂26被壓縮ΔL2。由于第2連接桿24和聯(lián)桿臂26與水平線(xiàn)的夾角小，所以，第2連接桿24的張拉荷載F1和聯(lián)桿臂26的壓縮荷載F2相對(duì)于爆發(fā)荷載F被擴(kuò)大。
在圖10中，假設(shè)第2連接桿24被張拉ΔL1、而聯(lián)桿臂26的長(zhǎng)度不變，則第1連接桿22下端的中間銷(xiāo)23的位置降低ΔL′。實(shí)際上，如圖11所示，第2連接桿24只被拉伸ΔL1，并且，由于聯(lián)桿臂26只被壓縮ΔL2，所以，第1連接桿22下端的中間銷(xiāo)23的位置，只降低比上述ΔL′更大的ΔL。
這樣，在膨脹行程初期，當(dāng)中間銷(xiāo)23的位置只降低ΔL時(shí)，活塞14的位置也只降低ΔL，相應(yīng)地燃燒室15的容積增加這一部分，壓縮比減小。由于爆發(fā)荷載F越大ΔL的值越大，所以，內(nèi)燃機(jī)E的負(fù)荷越大，壓縮比的減小率越大，其結(jié)果是，在部分負(fù)荷時(shí)的大運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)高壓縮比引起的高熱效率運(yùn)轉(zhuǎn)，可減少燃料的消耗量，同時(shí)在高負(fù)荷時(shí)可降低壓縮比，防止敲缸。而且，這種可變壓縮比控制不需要特別的促動(dòng)器或控制裝置，只要采用第1連接桿22、第2連接桿24和聯(lián)桿臂26的配置就可以實(shí)現(xiàn)，所以，造價(jià)極低。
另外，第1連接桿22本身也被爆發(fā)荷載F壓縮，其長(zhǎng)度被壓縮，雖然相應(yīng)地活塞14的位置下降這一部分，壓縮比減小，但是，隨著第2連接桿24和聯(lián)桿臂26的伸縮的壓縮比的減小比上述壓縮比的減小大得多。其原因是，隨著上下方向配置著的第1連接桿22的收縮的活塞14的下降距離，就是上述收縮量，隨著大致水平方向配置著的第2連接桿24和聯(lián)桿臂26的伸縮的活塞14的下降距離，是上述伸縮量擴(kuò)大后的量。
圖12至圖16表示本發(fā)明的第5實(shí)施例。圖12是內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于上死點(diǎn)的狀態(tài))。圖13是內(nèi)燃機(jī)的縱剖面圖(活塞位于下死點(diǎn)的狀態(tài))。圖14是圖12的14-14線(xiàn)視圖。圖15是內(nèi)燃機(jī)的作用的說(shuō)明圖。圖16是表示曲柄角θ與活塞變位x關(guān)系的曲線(xiàn)。
如圖12至圖15所示，備有內(nèi)燃機(jī)E的兩輪摩托車(chē)用的動(dòng)力單位P的外輪廓，由變速箱體111、固結(jié)在變速箱體111前面的氣缸頭112、固結(jié)在氣缸頭112前面的氣缸體113、固結(jié)在氣缸體113前面的罩114構(gòu)成。氣缸115支承在氣缸體113的內(nèi)部，活塞116可自由滑動(dòng)地嵌合在氣缸115內(nèi)。從該活塞116上朝前方一體地突出腳部116a、116a，在該腳部116a、116a的前端，支承著活塞銷(xiāo)117。在氣缸115的前端形成U字形的缺口115a、當(dāng)活塞116位于圖12所示的上死點(diǎn)時(shí)，該缺口115a避免活塞116與活塞銷(xiāo)117的干擾。
支承在氣缸頭112和變速箱體111的對(duì)接面上的曲軸119，備有一對(duì)曲柄銷(xiāo)119a、119a，一對(duì)連接桿121、121的大端部通過(guò)滾珠軸承120、120支承在這些曲柄銷(xiāo)119a、119a上，該一對(duì)連接桿121、121通過(guò)氣缸頭112的開(kāi)口112a、112a和氣缸體113的開(kāi)口(圖未示)，與活塞銷(xiāo)117的兩端連接。
與活塞116的頂面相向地，在氣缸頭112上形成燃燒室122，從該燃燒室122向上方延伸的進(jìn)氣口123和向下方延伸的排氣口124，由呈V字狀配置的進(jìn)氣閥125和排氣閥126分別開(kāi)閉。從圖14可知，排氣閥126的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定為比進(jìn)氣閥125的實(shí)際開(kāi)口面積大。在燃燒室120安裝著不與進(jìn)氣閥125及排氣閥126干擾的點(diǎn)火塞108。
在變速箱體111上支承著進(jìn)氣搖臂軸130和排氣搖臂軸131，可自由擺動(dòng)地支承在進(jìn)氣搖臂軸130上的進(jìn)氣搖臂132，與固定在凸輪軸128上的進(jìn)氣凸輪133及進(jìn)氣閥125的軸桿端對(duì)接。L字形的從動(dòng)排氣搖臂134的中間部可自由擺動(dòng)地支承在排氣搖臂軸131上，該從動(dòng)排氣搖臂134的一端部與排氣閥126的軸桿端對(duì)接，另一端部與連接桿135的一端連接。相對(duì)于上述進(jìn)氣搖臂132獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)排氣搖臂136，可自由擺動(dòng)地支承在進(jìn)氣搖臂軸130上，固定在凸輪軸128上的排氣凸輪137，在與該驅(qū)動(dòng)排氣搖臂136相接的同時(shí)，上述連接桿135的另一端與驅(qū)動(dòng)排氣搖臂136連接。
凸輪軸128的旋轉(zhuǎn)，通過(guò)進(jìn)氣凸輪133和進(jìn)氣搖臂132傳遞到進(jìn)氣閥125，曲軸119每旋轉(zhuǎn)2次，將進(jìn)氣閥125打開(kāi)一次。另外，凸輪軸128旋轉(zhuǎn)，通過(guò)排氣凸輪137、驅(qū)動(dòng)排氣搖臂136、連接桿135和從動(dòng)排氣搖臂134，傳遞到排氣閥126，曲軸119每旋轉(zhuǎn)2次，將排氣閥126打開(kāi)一次。
下面，說(shuō)明第5實(shí)施例的作用。
圖15模式地表示本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)E，備有氣缸115、可自由滑動(dòng)地嵌合在氣缸115內(nèi)的活塞116、結(jié)合在氣缸115上的氣缸頭112、形成在面臨著活塞116的氣缸頭112上面的燃燒室122、曲軸119、將活塞116連接在曲軸119上的連接桿121、121。氣缸頭112配置在被活塞116和曲軸119挾住的位置。
圖15(A)表示活塞116位于上死點(diǎn)的狀態(tài)，這時(shí)的曲柄角θ是0°。圖15(C)表示活塞116位于下死點(diǎn)的狀態(tài)，這時(shí)的曲柄角θ是180°。圖15(B)表示活塞116位于上死點(diǎn)與下死點(diǎn)的中點(diǎn)的狀態(tài)，這時(shí)的曲柄角θ不是90°，是比90°大的角度θb。其原因是，在上死點(diǎn)和下死點(diǎn)時(shí)，連接桿121、121位于氣缸軸線(xiàn)L上，而在上述中點(diǎn)時(shí)，連接桿121、121相對(duì)于氣缸軸線(xiàn)L傾斜一個(gè)角度φ。
圖16中，用虛線(xiàn)表示以上述內(nèi)燃機(jī)E的以上死點(diǎn)為基準(zhǔn)的曲柄角θ、與以上死點(diǎn)為基準(zhǔn)的活塞116的變位x的關(guān)系。這里，活塞116的上死點(diǎn)與下死點(diǎn)間的行程是60mm。如圖15(B)所示，當(dāng)活塞116位于上死點(diǎn)與下死點(diǎn)的中點(diǎn)(變位為-30mm的點(diǎn))時(shí)，曲柄角θ是比90°大的角度θb。對(duì)此在實(shí)線(xiàn)所示的余弦曲線(xiàn)中，當(dāng)活塞116位于上死點(diǎn)與下死點(diǎn)的中點(diǎn)時(shí)，曲柄角θ為90°。
這樣，本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)E中，表示曲柄角θ與活塞116的變位x的關(guān)系的線(xiàn)(見(jiàn)虛線(xiàn))，位于實(shí)線(xiàn)所示的余弦曲線(xiàn)上側(cè)。這意味著在膨脹行程中活塞從上死點(diǎn)下降時(shí)，相對(duì)于曲柄角θ增加量的活塞116的變位x的增加量比余弦曲線(xiàn)的特性小。
為了提高內(nèi)燃機(jī)E的熱效率，希望提高混合氣燃燒時(shí)的等容度，為此，在膨脹行程活塞116從上死點(diǎn)下降時(shí)，相對(duì)于曲柄角θ增加量的燃燒室122的容積增加量越小，上述等容度越高，越提高熱效率。從圖16曲線(xiàn)上的曲柄角θ從0°到180°的膨脹行程部分可知，虛線(xiàn)表示的本實(shí)施例內(nèi)燃機(jī)E的活塞116從上死點(diǎn)的變位x，比雙點(diǎn)劃線(xiàn)表示的現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)的活塞變位x小，因此，膨脹行程中的等容度提高，熱效率提高。
另外，本實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)E中，由于表示曲柄角θ與活塞116的變位x的關(guān)系的線(xiàn)(見(jiàn)虛線(xiàn))，位于實(shí)線(xiàn)表示的余弦曲線(xiàn)上側(cè)，所以，在排氣行程中，活塞從下死點(diǎn)上升時(shí)，相對(duì)于曲柄角θ增加量的活塞116的變位x的增加量，比余弦曲線(xiàn)特性大，單位時(shí)間的排氣排出量，比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)增加。但是，由于把排氣閥126的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定得比進(jìn)氣閥125的實(shí)際開(kāi)口面積大，所以，可將排氣氣體從燃燒室122順利排出，可將排氣損失抑制在最小限度。
另外，在對(duì)連接桿121、121施加最大荷載的膨脹行程中，由于活塞116朝著遠(yuǎn)離曲軸119的方向移動(dòng)，所以，在連接桿121、121上，作用著與現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)E相反的張拉荷載。這樣，由于對(duì)連接桿121、121施加張拉荷載，與施加壓縮荷載時(shí)相比，強(qiáng)度上有利，這樣，可將連接桿121、121做得比較細(xì)，可實(shí)現(xiàn)輕量化。
另外，由于把連接桿121、121分割成2根，使其通過(guò)活塞116的兩側(cè)與曲軸119的軸方向兩端側(cè)連接，所以，可防止對(duì)活塞116施加偏荷載，提高磨耗耐久性。而且，由于在活塞116上朝遠(yuǎn)離曲軸119的方向突出腳部116a、116a，在該腳部116a、116a的前端設(shè)置活塞銷(xiāo)117，所以，連接桿121、121的全長(zhǎng)比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)E的長(zhǎng)。結(jié)果，連接桿121、121相對(duì)于氣缸軸線(xiàn)L的擺動(dòng)角φ小，活塞116受到的側(cè)推力減少，可提高對(duì)于磨耗的耐久性。
上面，詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施例，但在不脫離本發(fā)明要點(diǎn)的前提下，可對(duì)本發(fā)明作各種設(shè)計(jì)變更。
例如，在實(shí)施例中，例舉了4沖程內(nèi)燃機(jī)E，但本發(fā)明也適用于2沖程的內(nèi)燃機(jī)。
如上所述，根據(jù)權(quán)利要求1記載的發(fā)明，由于借助把活塞連接在曲軸上的連接機(jī)構(gòu)，使活塞的上升時(shí)間比下降時(shí)間短，所以，在膨脹行程中，相對(duì)于曲柄角增加量的活塞的移動(dòng)量(燃燒室容積的增加量)減小，混合氣燃燒時(shí)的等容度增高，內(nèi)燃機(jī)的熱效率提高。而且，由于進(jìn)氣行程的期間比通常內(nèi)燃機(jī)的180°長(zhǎng)，所以，進(jìn)氣流速降低，提高進(jìn)氣效率，降低抽吸損失，可實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣閥的小型化。另外，由于壓縮行程的期間比通常內(nèi)燃機(jī)的180°短，所以，可促進(jìn)燃燒室內(nèi)混合氣的攪拌，縮短燃燒時(shí)間，同時(shí)降低壓縮時(shí)的熱損失。
根據(jù)權(quán)利要求2記載的發(fā)明，由于第2連接桿配置在相對(duì)于氣缸的軸線(xiàn)的直交方向，所以，與把第1、第2連接桿兩者都沿著氣缸軸線(xiàn)配置的現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)相比，可減小軸線(xiàn)方向的內(nèi)燃機(jī)尺寸，實(shí)現(xiàn)小型化。另外，與通常的內(nèi)燃機(jī)相比，膨脹行程初期的第1連接桿的擺動(dòng)角度小，而且，在膨脹行程初期，由于活塞的下降速度減小，所以，可降低活塞與氣缸間的摩擦損失。另外，由于第1連接桿只在氣缸軸線(xiàn)的一側(cè)擺動(dòng)，所以，可降低活塞的敲缸音。
根據(jù)權(quán)利要求3記載的發(fā)明，當(dāng)活塞位于上死點(diǎn)時(shí)，由于曲軸的軸線(xiàn)位于一條直線(xiàn)的上方，該條直線(xiàn)通過(guò)中間銷(xiāo)的軸線(xiàn)與氣缸的軸線(xiàn)直交，所以，在活塞從上死點(diǎn)下降的膨脹行程初期，對(duì)第2連接桿產(chǎn)生張拉荷載，這在強(qiáng)度上對(duì)第2連接桿有利，可實(shí)現(xiàn)小型化。
根據(jù)權(quán)利要求4記載的發(fā)明，由于借助把活塞連接在曲軸上的連接機(jī)構(gòu)，使活塞的上升時(shí)間比下降時(shí)間短，所以，在膨脹行程，相對(duì)于曲柄角增加量的活塞移動(dòng)量(燃燒室的容積增加量)減小，混合氣燃燒時(shí)的等容度增高，內(nèi)燃機(jī)的熱效率提高。而且，由于進(jìn)氣行程的期間比通常內(nèi)燃機(jī)的180°長(zhǎng)，所以，進(jìn)氣流速降低，進(jìn)氣效率提高，可降低抽吸損失和實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣閥的小型化。另外，由于壓縮行程的期間比通常內(nèi)燃機(jī)的180°短，所以，可促進(jìn)燃燒室內(nèi)混合氣的攪拌，縮短燃燒時(shí)間，同時(shí)可降低壓縮時(shí)的熱損失。另外，由于排氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定為比進(jìn)氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積大，所以，為了使活塞的上升時(shí)間比下降時(shí)間短，在排氣行程開(kāi)始時(shí)的活塞的動(dòng)作即使比現(xiàn)有的快，也能將排氣從燃燒室順利地排出，可將排氣損失抑制在最小限度。
根據(jù)權(quán)利要求5記載的發(fā)明，在內(nèi)燃機(jī)中，由于把區(qū)分出燃燒室的氣缸頭配置在活塞與曲軸之間，所以，與燃燒室挾著活塞并配置在曲軸相反側(cè)的現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)相比，可更小地抑制相對(duì)于以活塞上死點(diǎn)為基準(zhǔn)的曲柄角增加量的燃燒室容積的增加量，這樣，可提高混合氣燃燒時(shí)的等容度，提高熱效率。而且，在膨脹行程中，由于在連接桿上施加張拉荷載，所以，與施加著壓縮荷載的現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)相比，不必?fù)?dān)心壓曲，可降低連接桿的強(qiáng)度、減輕重量。另外，在下死點(diǎn)附近的活塞的移動(dòng)速度雖然比現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)快，但是由于排氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定為比進(jìn)氣閥的實(shí)際開(kāi)口面積大，所以，可將排氣從燃燒室順利排出，可將排氣損失抑制在最小限度。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)連接機(jī)構(gòu)(29)把可自由滑動(dòng)地嵌合在氣缸(13)內(nèi)的活塞(14)連接在曲軸(20)上，其特征在于，前述連接機(jī)構(gòu)(29)使活塞(14)的上升時(shí)間比下降時(shí)間短地構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，前述連接機(jī)構(gòu)(29)由第1連接桿(22)、第2連接桿(24)和聯(lián)桿臂(26)構(gòu)成；該第1連接桿(22)的一端樞支在活塞銷(xiāo)(21)上，另一端備有中間銷(xiāo)(23)；該第2連接桿(24)的一端樞支在中間銷(xiāo)(23)上，另一端樞支在曲柄銷(xiāo)(25)上；該聯(lián)桿臂(26)的一端樞支在中間銷(xiāo)(23)上，另一端樞支在固定部(27)上；當(dāng)活塞(14)位于上死點(diǎn)時(shí)，在第1連接桿(22)大約沿著氣缸(13)的軸線(xiàn)(L2)的同時(shí)，第2連接桿(24)大約直交于氣缸(13)的軸線(xiàn)(L2)，并且，樞支著聯(lián)桿臂(26)另一端的固定部(27)位于曲軸(20)的下方。
3.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，當(dāng)活塞(14)位于上死點(diǎn)時(shí)，曲軸(20)的軸線(xiàn)(L1)位于一條直線(xiàn)的上方，該條直線(xiàn)通過(guò)中間銷(xiāo)(23)的軸線(xiàn)(L5)與氣缸(13)的軸線(xiàn)(L2)直交。
4.一種內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)連接機(jī)構(gòu)(29)把可自由滑動(dòng)地嵌合在氣缸(13)內(nèi)的活塞(14)連接在曲軸(20)上，與活塞(14)的往復(fù)動(dòng)相應(yīng)地開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥(18)和排氣閥(19)，其特征在于，前述連接機(jī)構(gòu)(29)使活塞(14)的上升時(shí)間比下降時(shí)間短地構(gòu)成，并且，排氣閥(19)的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定為比進(jìn)氣閥(18)的實(shí)際開(kāi)口面積大。
5.一種內(nèi)燃機(jī)，通過(guò)連接機(jī)構(gòu)(121)把可自由滑動(dòng)地嵌合在氣缸(115)內(nèi)的活塞(116)連接在曲軸(119)上，與活塞(116)的上下動(dòng)相應(yīng)地開(kāi)閉驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣閥(125)和排氣閥(126)，其特征在于，把區(qū)分出燃燒室(122)的氣缸頭(112)配置在活塞(116)與曲軸(119)之間，并且，排氣閥(126)的實(shí)際開(kāi)口面積設(shè)定為比進(jìn)氣閥(125)的實(shí)際開(kāi)口面積大。
全文摘要
本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)，其目的在于，提高內(nèi)燃機(jī)混合氣燃燒時(shí)的等容度，提高熱效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)氣缸軸線(xiàn)方向尺寸的小型化。連接活塞14和曲軸20的連接機(jī)構(gòu)29，由第1連接桿22、第2連接桿24和聯(lián)桿臂26構(gòu)成，該第1連接桿22的兩端樞支在活塞銷(xiāo)21和中間銷(xiāo)23上；該第2連接桿24的兩端樞支在中間銷(xiāo)23和曲柄銷(xiāo)25上；該聯(lián)桿臂26的兩端樞支在中間銷(xiāo)23和位于曲軸20下方的固定部27上。當(dāng)活塞14位于上死點(diǎn)時(shí)，第1連接桿22約沿著氣缸13的軸線(xiàn)L2，同時(shí)第2連接桿24約直交于上述軸線(xiàn)L2。
文檔編號(hào)F02D15/02GK1396378SQ0212485
公開(kāi)日2003年2月12日 申請(qǐng)日期2002年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月27日
發(fā)明者久保田良, 田中宏幸, 飯嶌智司, 菊池一紀(jì), 鈴木正剛 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社