CN1076074C - 具有内摆线式曲轴连杆机构的活塞式发动机特别是内燃机 - Google Patents

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Abstract

一种用于具有内摆线式曲轴连杆机构的活塞式发动机特别是内燃机的连杆，为补偿偏差，连杆可弯曲，为使连杆(1)具有有益的运动学弯曲性能，该目的是这样实现的，连杆由绕轴承通孔轴线做摆动的连杆杆身组成，其中，与和杆身相固接的活塞的侧运动有关的连杆杆身的摆动受到弹性地限制。

Description

具有内摆线式曲轴连杆机构的活塞式发动机特别是内燃机
本发明源自美国专利US-A 2 271 766之权利要求前序部分所述的装置。
该文献介绍了一种具有内摆线式曲轴连杆机构的活塞式发动机，其中，曲轴连杆机构包括一个两端连接径向对置气缸之活塞的连杆。此连杆由主、副连杆两部分构成，主连杆安装在内摆线机构的曲拐上，与一个活塞相连；较短的副连杆铰接在主连杆的轴承盖上，与另一个活塞相连。两个活塞与相应的连杆之间为铰连接，使连杆可弯曲，从而有利于降低由曲轴传动机构之运动部件的容许偏差而造成的应力。
这种已知的结构形式的缺点在于，由于连杆的长度不同，而造成活塞磨损不同。
本发明的目的在于，提供一种具有有益的运动学弯曲性能的连杆。
按照本发明可通过这种具有内摆线式曲轴连杆机构的活塞式发动机特别是内燃机来实现，其中所述曲轴连杆机构包括一个两端连接径向对置气缸之活塞的连杆，在连杆上具有与曲轴的旋转轴线平行的轴承通孔以与内摆线式曲轴连杆机构的曲拐转动连接，为了降低由曲轴连杆机构和壳体的容许偏差所造成的应力，连杆在垂直于行程的方向上可弯曲，其中连杆由绕轴承通孔的轴线做摆动的连杆杆身组成，其中，与和杆身相连接的活塞允许的倾侧运动相关的连杆杆身的摆动，通过弹性结构即弹性连杆和弹性衬套实现。
以按本发明连杆的中部弯曲和根据活塞的几何尺寸确定的弯曲量可以有益的方式显著降低活塞的磨损量，且产生均匀的磨损。另外，按本发明，当内摆线式曲轴连杆机构的行程通过中点，而且活塞分别处于上止点和下止点时，通过中部可弯曲的连杆之杆身的摆动(该摆动最好与逐渐增强的弹性有关地受到限制)，此连杆为曲轴连杆机构提供了可靠的运动学支持。
另一个优点体现在，可将本发明所述结构形式的可弯曲连杆用于瓦特式直线导向的曲轴连杆结构上。众所周知，与连杆的轴承通孔轴线同轴的瓦特铰的中心，不顺着一条理想直线导向线的纵向而沿略微绕行的导向线运动，借助于连杆的可弯曲的优点，可减少实际运动轨迹与理想导向线之间的偏差。
本发明的进一步的结构还包括一根由三部分组成的连杆，连杆带有两个分别与一个活塞相连的杆身；两个杆身的彼此相对的末端装入环形的连杆大头中，并且可以角旋转运动，连杆大头上具有的用于安装曲拐轴承通孔。采用这种杆身可固定于大头之上的有益的方式，可简便地将带有杆身的活塞从气缸顶部装入各自的气缸中。由于整体式连杆的一对活塞在两个相对的气缸之间不存在纵向移位，所以，可以在壳体上沿连杆方向加工出凸出的整体的曲轴轴承衬套，从而提高了壳体的刚度。
按本发明，考虑到活塞的直径，为达到较高的抗弯刚度，连杆杆身的支杆应尽可能分离开，其中，支杆一面与较短的活塞，另一面与带有用于弯曲变形的导向面的弧形接头连成一体。这种结构明显简化了用轻金属铸件制成的连杆杆身的加工过程。
由于最终安装在环形大头的轴承通孔中的曲拐是钢制零件，所以，为了在整个工作温度范围内获得最好的轴承间隙，连杆大头也同样应该用钢材制成。
最后，按本发明克服弹性阻力控制获得的连杆的弯曲特别可实现一个横向于连杆运动方向弹性，它允许在曲柄连杆机构甚至在曲柄连杆机构和壳体之间有一个较大的公差和扭曲。由此可有利地降低加工成本和摩擦功。
首先应这样选择随连杆弯曲程度而逐渐增加的弹性刚度，其中初始时较低的弹性抗力有利于在活塞半行程范围内利用连杆的摆动产生较小的活塞侧向力；当连杆处于活塞上/下止点时，增加的弹性抗力，有利于内摆线式曲轴连杆机构的直线导向装置产生明显的由导向侧变成被导向侧的效果。此外，可选择或调整递增的抗力，以便于当抗力达到预先选定的最大值时，挡环发挥作用。此弹性角运动止挡的一个特别简单的实现方法是利用套在螺栓上的用弹性材料制成的衬套。
以下借助于附图对本发明进行详述：
图1.按本发明设计的连杆的前、后视图
图2.图1中所示连杆的分解视图
图3.连杆的分解视图，其中连杆大头部分处于装配状态
图4.渐变的弹性刚度与弯曲量的关系曲线
连杆1适用于具有内摆线式曲轴连杆结构的活塞式发动机(图中未画出)的径向对置气缸，其两端分别装有活塞2，2′。在连杆1中，轴承通孔4的轴线与曲轴的旋转轴线平行，以与内摆线式曲轴连杆机构的曲拐(图中未画出)转动连接。为了降低特别是由曲轴连杆机构的运动部件的容许偏差所造成的应力，连杆1在横向于按箭头“A”的行程方向可弯曲变形。
按本发明，连杆1由绕与曲轴的轴线3平行的轴承通孔4的轴线4′做摆动的连杆杆身5，5′组成，其中，实现连杆1中间的弯曲的连杆杆身5，5′的摆动到与和杆身5，5′相连接的活塞2，2′的倾侧运动有关地通过弹性结构实现。
如图2所示，按本发明连杆1由三部分组成。除连杆杆身5，5′之外，还包括一个单独的，带有轴承通孔4的连杆大头6。该连杆大头6由一个凸缘-轴承环7(Bund-lagerring)和一个由轴承环7′的自由圆周外表面定心的环形法兰8组成，其中，连杆杆身5，5′通过弧形接头9，9′内侧的压力导向面10，10′与轴承环7′的外表面连接。另外，位于凸缘-轴承环7的凸缘7″和环形法兰8上，且与轴承通孔4的轴线4′同心的环形挡环11与连杆杆身5，5′之弧形接头9，9′的拉力侧导向面12相互作用。
此外，环形法兰8和凸缘7″，在保持连杆杆身5，5′绕轴承通孔4的轴线可产生角运动的情况下以如下的方式相互连接，使连杆杆身5，5′，亦即其弧形接头9，9′，利用穿过通孔13的螺栓14支设置在环形法兰8和凸缘7″上。其中，给通孔13中的螺栓14配设一个用弹性材料制成的用作弹性角挡销的衬套15。
通过衬套变形而产生如图4所示的渐变刚度，弹性衬套15(用螺栓14穿过)作为挡销，限制了连杆杆身5，5′的摆动。
此外，特别是图2中说明了，每个具有导向面10，12或10′，12的弧形接头9，9′与两个支杆17，17′相连接，支杆在靠近各自连接的活塞2，2′的外轮廓处与其下表面16，16′处连成一体，其中，每个弧形接头9，9′的弦长“h”略小于各自活塞的直径，以确保在装配时，能准确地将活塞2，2′和各自相应连杆杆身5，5′，从气缸盖装入气缸中。
图3示意连杆大头6，凸缘-轴承环7和环形法兰8组成整体式，或通过牢固的连接而成的单件式装配件18，其中，同心的挡环11基本上延伸过了整个弧形接头9，9′上的拉力导向面12。在径向挡环11之间，凸缘7″与环形法兰8的圆周段间隔相应于弧形接头9，9′的轴向厚度的距离。这种构造可将带有活塞2，2′的连杆杆身5，5′沿径向导入环形装配件18中，直至其对中的压力侧导向面固定在凸缘7″和环形法兰8之间的轴承环7′外表面。在曲拐(图中未画出，安装在轴承通孔4中)上的装配件18转动大约90度，使环形法兰8和凸缘7″上的挡环11覆盖连杆杆身5，5′上的拉力侧导向面12。与通孔13中的弹性衬套15相连作为转角挡销的螺栓14，进一步确保了大头6或装配件18与连杆杆身5，5′之间的定位。
按本发明连杆1的组合结构允许连杆大头6用钢材制成，而活塞2，2′和连杆杆身5，5′用轻质材料制成，这样，即可保证在轴承通孔4中的微小轴承间隙，又可减轻重量。
连杆大头6亦或装配部件18制成板材冲压件也是有利的，其中，导向面用磨削加工。
按本发明，由于克服递增的弹性阻力而产生中部弯曲且两端装有活塞的连杆(弹性-活塞)因其在活塞行程方向的偏差平衡，所以可装入德国专利195 09 155中建议的活塞发动机中，在这种发动机中，内摆线式曲轴连杆机构通过两个连杆直线驱动对置气缸中的两个活塞对。对于这种活塞发动机，在两个连杆之间装有唯一的(鉴于空间的缘故)直线导向装置，首选瓦特式支杆。这种支杆在其两个活塞之间的运动是一条略微绕行的导向线，而不是一条理想的相应于两活塞上/止点的极限偏差间的直线导向线，所以，借助于连杆的可弯曲的优点，可减少实际运动轨迹与理想导向线之间的偏差。
在本发明范围内，也可设置带有两个活塞2，2′的整体式连杆，它可以设有弹性的杆段以产生中部弯曲。

Claims (13)

1.具有内摆线式曲轴连杆机构的活塞式发动机特别是内燃机，
-所述曲轴连杆机构包括一个两端连接径向对置气缸之活塞(2，2′)的连杆(1)，
-在连杆(1)上具有与曲轴的旋转轴线(3)平行的轴承通孔(4)以与内摆线式曲轴连杆机构的曲拐转动连接，
-为了降低由曲轴连杆机构和壳体的容许偏差所造成的应力，连杆在垂直于行程的方向上可弯曲，
其特征在于：
-连杆(1)由绕轴承通孔(4)的轴线(4’)做摆动的连杆杆身(5,5′)组成，其中，
-与和杆身(5，5′)相连接的活塞(2，2′)允许的倾侧运动相关的连杆杆身(5，5′)的摆动，通过弹性结构即弹性连杆和弹性衬套(15)
实现。
2.按权利要求1所述的活塞式内燃机，其特征在于：
-连杆(1)包括一个单独的带有轴承通孔(4)的连杆大头(6)，
并且
-通过与轴承通孔(4)的轴线(4′)同心的拉/压导向面(10，12；10′，12)，连杆杆身(5，5′)和在大头(6)上相应的装置可作角运动地相连，其中，
-通过弹性挡销即衬套(15)，使每个连杆杆身(5，5′)与大头(6)之间的角运动产生弹性约束作用。
3.按权利要求2所述的活塞式内燃机，其特征在于：
-连杆大头(6)由一个凸缘一轴承环(7)和一个在凸缘一轴承环(7)的轴承环(7′)的自由圆周外表面中定心的环形法兰(8)组成，其中，
-连杆杆身(5，5′)，通过弧形接头(9，9′)的压力侧导向面(10，10′)与凸缘-轴承环(7)的轴承环(7′)的外表面连接，而且，
-位于凸缘-轴承环(7)的凸缘(7″)和环形法兰(8)上，而且与轴承通孔(4)的轴线(4′)同心的环形挡环(11)与连杆杆身(5,5′)的拉力侧导向面(12)相互作用。
4.按权利要求3所述的活塞式内燃机，其特征在于：
-在保持连杆杆身(5，5′)可产生角运动的情况下，环形法兰(8)和凸缘(7″)相互连接在一起，
-借助于通孔(13)中的挡销即螺栓(14)，连杆杆身(5，5′)被支承在环形法兰(8)和凸缘(7″)中，
-在通孔(13)中配设有弹性材料制成的衬套(15)，起作弹性角止挡的作用。
5.按权利要求4所述的活塞式内燃机，其特征在于：挡销是螺栓(14)的一部分。
6.按权利要求3所述的活塞式内燃机，其特征在于：
-连杆杆身(5，5′)在各自的弧形接头(9，9′)上具有导向面(10，12；10′，12)，
-弧形接头(9，9′)与接近活塞(2，2′)外轮廓的，而且在活塞的底侧(16，16′)连成一体的两个相连的支杆(17，17′)相连接，
-每个弧形接头(9，9′)的弦长“h”略小于各自活塞(2，2′)的直径。
7.按权利要求3所述的活塞式内燃机，其特征在于：
-凸缘-轴承环(7)和环形法兰(8)组成整体式，或为通过牢固连接而成的单件式装配件(18)，其中，
-同心的挡环(11)基本上延伸过了整个弧形接头(9，9′)上的拉力导向面(12)，
-在径向挡环(11)之间在圆周方向的凸缘(7″)与环形法兰(8)间隔一相应于弧形接头(9，9′)的轴向厚度的距离。
8.按权利要求7所述的活塞式内燃机，其特征在于：
-连杆大头(6)或装配件(18)是由钢材制成，
-装有附属连杆杆身(5，5′)的活塞(2，2′)用轻金属制成。
9.按权利要求7所述的活塞式内燃机，其特征在于：装配件(18)可加工成板材冲压件。
10.按权利要求1所述的活塞式内燃机，其特征在于：中部可弯曲的连杆(1)的杆身(5，5′)的角运动，受逐渐增加的弹性刚度即衬套(15)的约束，必要时衬套起挡销的作用。
11.按权利要求1所述的活塞式内燃机，其特征在于：
-使用两个中部可弯曲的连杆(1)，将其应用在内摆线式曲轴连杆机构直线驱动的径向对置气缸中的一对活塞上，其中，
-曲轴连杆机构带有一个处于连杆(1)之间的可调节的直线导向装置。
12.按权利要求11所述的活塞式内燃机，其特征在于：直线导向装置是一个瓦特式导杆。
13.按权利要求1所述的活塞式内燃机，其特征在于：双活塞的整体式连杆具有有弹性的杆身。
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