CN107850003B - 发动机的往复旋转机构 - Google Patents

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Abstract

为了抑制连杆的弯曲振动,抑制连杆(10)的弯曲振动的动力吸振器(50)设置在活塞(1)上。

Description

发动机的往复旋转机构
技术领域
本发明所公开的技术涉及一种发动机的往复旋转机构,所述发动机的往复旋转机构具备在气缸内往复运动的活塞以及连结该活塞与曲轴的连杆,该连杆具有:大端部,在所述大端部形成有供所述曲轴插入的轴插入孔;小端部,在所述小端部形成有供活塞销插入的活塞销插入孔,所述活塞销用于连结所述活塞;以及连结部,所述连结部连结所述大端部和所述小端部。
背景技术
一般情况下,在装载于汽车等车辆的发动机中,活塞通过活塞销与连杆的一端部即小端部连结,同时连杆的另一端部即大端部与曲轴连结。这些连杆的小端部与大端部由连杆的连结部连结。活塞的往复运动通过连杆传递到曲轴,以曲轴旋转。
就所述发动机而言,已知:共振引起燃烧噪声,该共振取决于该发动机的基本构造(例如,参照非专利文献1)。在柴油发动机和可以均匀充气压缩点火燃烧(HCCI:Homogeneous-Charge Compression-Ignition combustion)的发动机中产生的快速燃烧将频率1kHz-2kHz的振动和频率3kHz-4kHz的振动放大,而成为爆震噪声。在非专利文献1中,发动机噪声具有1.7kHz、3.3kHz以及6kHz的三个峰值。
其中的一个峰值(3.3kHz)是连杆的伸缩共振引起的。即,在活塞和连杆的弹簧质点模型(spring mass model)中,活塞、活塞销以及连杆的小端部作为整体相当于质点,连杆的连结部则相当于支撑该质点的弹簧。由此,如果将活塞、活塞销以及连杆的小端部为一体,活塞、活塞销以及连杆就会一体地与连杆的大端部共振。该共振相当于在非专利文献1中所述的连杆的伸缩共振。作为抑制该伸缩共振的一种方法,本申请人已申请下述技术,即,将动力吸振器设置在活塞销的内部,利用该动力吸振器来抑制活塞、活塞销以及连杆的小端部成为一体,产生共振(日本特愿2012-189134号)。
另一方面,本申请的发明人认为:就频率1kHz-2kHz的振动而言,在活塞、连杆和曲轴的弹簧质点模型中,活塞、活塞销以及连杆作为整体相当于质点,在曲轴与连杆的大端部之间伸缩,可以将该曲轴与连杆的大端部之间的部分视为相当于弹簧的部分。不过,迄今为止没有针对这种共振采取了措施的发明,但可以想到在改善所述连杆的伸缩共振(3.3kHz)后,频率1kHz-2kHz的共振就会明显,因此,需要对这种共振采取新的措施。
在专利文献1中公开了下述结构:在环状垫圈的内部形成有相对于外部空间密封的收纳空间,将独立质点部件以非粘结且可独立位移的方式收纳并布置在该收纳空间内,使该独立质点部件就能够直接且弹性地抵接在该收纳空间的内表面,所述垫圈被从外插入到与连杆拧合的螺栓的基部,并利用该螺栓进行紧固而固定在该连杆上。
专利文献1:日本公开专利公报特开2004-116682号公报
非专利文献1:大冢雅也,“减少在发动机结构中的柴油燃烧噪声的方法(デイ一ゼル燃烧騒音のエンジン構造での低減方法)”,自动车技术会学术演讲预印本(自動車技術会学術講演会前刷集)No.36-05,社团法人自动车技术会(社团法人自動車技術会),2005年5月,p7-10
发明内容
-发明所要解决的技术问题-
本发明人对活塞和连杆的弹簧质点模型反复且专心进行了研究,其结果是,得知了在发动机运转时伴随着活塞在连杆的长度方向上振动,连杆会产生弯曲振动。
然而,在专利文献1的结构下,不能够抑制这种连杆的弯曲振动。
本发明所公开的技术正是鉴于上述问题而完成的,其目的在于:抑制连杆的弯曲振动。
-用以解决技术问题的技术方案-
为了达到上述目的,本发明所公开的技术的特征在于:将抑制连杆的弯曲振动的动力吸振器设置在活塞或连杆上。
具体而言,本发明所公开的技术以一种发动机的往复旋转机构为对象,并采用了以下技术方案,所述发动机的往复旋转机构具备在气缸内往复运动的活塞以及连结该活塞与曲轴的连杆,该连杆具有:大端部,在所述大端部形成有供所述曲轴插入的轴插入孔;小端部,在所述小端部形成有供活塞销插入的销插入孔,所述活塞销用于连结所述活塞;以及连结部,所述连结部连结所述大端部和所述小端部。
也就是说,本发明所公开的技术的特征在于:还具备动力吸振器,所述动力吸振器设置在所述活塞或所述连杆上,抑制该连杆的弯曲振动。
据此,因为将抑制连杆的弯曲振动的动力吸振器设置在活塞或连杆上,所以能够抑制连杆的弯曲振动。
优选地,在所述活塞的、所述活塞销的中心轴方向的两端部分别形成有凸台(boss)部,在该凸台部形成有支撑该活塞销的销支撑孔,所述动力吸振器设置在各个所述凸台部的、所述活塞销的中心轴方向的外侧的面上。
据此,将动力吸振器设置在活塞的各个凸台部的、活塞销的中心轴方向的外侧的面上,因此能够有效地利用在活塞的各个凸台部的、活塞销的中心轴方向的外侧的空间,将动力吸振器布置得很紧凑。
此外,将动力吸振器设置在活塞的各个凸台部的、活塞销的中心轴方向上的外侧的面上,因此能够抑制连杆在厚度方向上的弯曲振动(特别是1.2kHz附近的振动)。
根据上述内容,能够将动力吸振器布置得很紧凑,并抑制连杆在厚度方向上的弯曲振动。
优选地,所述动力吸振器设置在所述连结部的、所述连杆的厚度方向的侧面上。
据此,将动力吸振器设置在连杆的连结部的、连杆的厚度方向的侧面上,因此能够抑制连杆在厚度方向上的弯曲振动(特别是1.2kHz附近的振动)。
优选地,所述动力吸振器设置在所述连结部的、所述连杆的横向的侧面上。
据此,将动力吸振器设置在连杆的连结部的、连杆的横向的侧面上,所以能够抑制连杆在横向上的弯曲振动(特别是1.3kHz附近或2.4kHz附近的振动)。
-发明的效果-
根据本发明所公开的技術,能够抑制连杆的弯曲振动。
附图说明
图1是示出采用了示例的第一实施方式所涉及的往复旋转机构的发动机的活塞和连杆的图。
图2是图1中的II-II线的剖视图。
图3是图1中的III-III线的剖视图。
图4是示出活塞和连杆的弹簧质点模型的图。
图5是示出图1中的连杆盖减震器周围的放大图。
图6是示出从连杆的连结部侧看到的连杆盖减震器的立体图。
图7是示出从连杆的连结部相反侧看到的连杆盖减震器的立体图。
图8是示出动力吸振器的立体图。
图9是示出采用了示例的第二实施方式所涉及的往复旋转机构的发动机的连杆的立体简图。
图10是示出动力吸振器的立体图。
图11是示出采用了示例的第三实施方式所涉及的往复旋转机构的发动机的连杆的立体简图。
图12是示出动力吸振器的立体图。
图13是示出采用了示例的第四实施方式所涉及的往复旋转机构的发动机的连杆的立体简图。
图14是示出动力吸振器的主视图。
图15是示出动力吸振器的侧视图。
图16是示出示例的第一实施方式和在连杆上没有安装动力吸振器的比较例的振动特性的解析结果的图。
图17是示出示例的第二实施方式和在连杆上没有安装动力吸振器的比较例的振动特性的解析结果的图。
图18是示出示例的第三实施方式和在连杆上没有安装动力吸振器的比较例的振动特性的解析结果的图。
图19是示出示例的第四实施方式和在连杆上没有安装动力吸振器的比较例的振动特性的解析结果的图。
具体实施方式
下面,根据附图对示例的实施方式进行详细的说明。
(示例的第一实施方式)
图1至图3示出采用了示例的第一实施方式所涉及的往复旋转机构的发动机的活塞1和连杆10。该活塞1通过反复进行气缸循环(进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程(膨胀冲程)以及排气冲程),在气缸内沿着该气缸的轴心方向(图1和图3中的上下方向)进行往复运动。
活塞1通过活塞销2与连杆10的一端部即小端部10a连结。该连杆10的另一端部即大端部10b与图1中用虚线示出的曲轴3连结。连杆10的小端部10a和大端部10b由连结部10c连结。活塞1的往复运动通过连杆10传递到曲轴3,该曲轴3旋转。活塞销2的中心轴方向(图3中的左右方向)与曲轴3的轴方向以及连杆10的厚度方向相一致。需要说明的是,在以下说明中,将活塞销2的中心轴方向称为“销中心轴方向”,将连杆10的长度方向称为“连杆长度方向”,将垂直于该连杆的长度方向和曲轴3的轴方向的、连杆10的横向称为“连杆横向”,将与销中心轴方向一致的、连杆10的厚度方向称为“连杆厚度方向”。此外,在图1中,示出了连杆10的大端部10b的周围部的剖面,该剖面是用平行于连杆横向的面截断而示出的。
在连杆10的小端部10a形成有供活塞销2插入的销插入孔10d,在连杆10的大端部10b形成有供曲轴3插入的轴插入孔10e。
在连杆10的小端部10a的销插入孔10d中插入有活塞销2,连杆10的小端部10a位于活塞销2的中心轴方向上的中央位置。此外,连杆10的小端部10a位于销中心轴方向上活塞1的中央位置。
活塞销2可转动地插入连杆10的销插入孔10d中。需要说明的是,在连杆10的销插入孔10d的内周面固定有衬套11,严格来讲,活塞销2可转动地插入该衬套11中。
在活塞销2与连杆10的销插入孔10d(具体而言为衬套11)之间形成有润滑油膜,在发动机内循环的润滑油供来而形成所述润滑油膜。由于该润滑油膜和衬套11的存在,活塞销2相对于连杆10的销插入孔10d顺利地转动。
在活塞1的顶面形成有空腔1a,在该活塞1的比活塞销2更靠上侧的外周面上嵌有圆环状的活塞环1b。
在活塞1的背面(与顶面相反一侧的面)的、销中心轴方向的两端部形成有凸台部1c,该凸台部1c以夹着连杆10的小端部10a的方式分别朝着曲轴3侧鼓出。在这些两个凸台部1c上分别形成有沿着销中心轴方向延伸的销支撑孔1d。活塞销2的中心轴方向的两端部插入两个凸台部1c的销支撑孔1d并由销支撑孔1d支撑。
在本实施方式中,作为活塞销2的安装方式采用了全浮式。即,活塞销2在相对于连杆10的销插入孔10d可转动的同时,相对于活塞1的凸台部1c的销支撑孔1d也可转动。
与活塞销2和连杆10的销插入孔10d之间一样,在该活塞销2和活塞1的凸台部1c的销支撑孔1d之间也形成有润滑油膜,活塞销2由于该润滑油膜的存在,相对于活塞1的凸台部1c的销支撑孔1d顺利地转动。
在两个凸台部1c的销支撑孔1d的、销中心轴方向的外侧端部分别插入并固定有卡环1e。该两个卡环1e分别位于与活塞销2的中心轴方向的两端面相接触的位置,来限制该活塞销2在中心轴方向上移动。
活塞销2是截面空心,在该活塞销2的中心部形成有沿着销中心轴方向延伸的通孔2a。在该通孔2a的内周面的销中心轴方向的中央位置设置有压入部2b,后述的销减震器20的固定部20a被压入所述压入部2b。位于该压入部2b的通孔2a的孔径比位于其它部分的该通孔2a的孔径小。
在活塞销2内(通孔2a内)设置有两个销减震器20,该销减震器20抑制在燃烧冲程中活塞1、活塞销2以及连杆10的小端部10a一体地与连杆10的大端部10b共振。这些两个销减震器20夹着通过活塞销2的中心轴方向的中央位置的面(即,通过该中央位置且垂直于活塞销2的中心轴的面)分别位于其两侧。
在此,活塞1和连杆10的弹簧质点模型如图4所示。即,活塞1、活塞销2以及连杆10的小端部10a作为整体相当于质点(将质量设为M(单位kg)),连杆10的连结部10c相当于将质点支撑于连杆10的大端部10b的弹簧(将弹簧常数设为K(单位N/m))。
活塞销2与连杆10的销插入孔10d之间的润滑油膜相当于连结该活塞销2与连杆10的小端部10a的弹簧。活塞销2与活塞1的凸台部1c的销支撑孔1d之间的润滑油膜相当于连结该活塞销2与活塞1(凸台部1c)的弹簧。
在燃烧冲程中,活塞1由较大的力推压,因此活塞销2与连杆10的销插入孔10d之间的润滑油膜(连结活塞销2与连杆10的小端部10a的弹簧)、以及活塞销2与活塞1的凸台部1c的销支撑孔1d之间的润滑油膜(连结活塞销2与活塞1的弹簧)都会消失。其结果是,活塞1、活塞销2以及连杆10的小端部10a成为一体。由此,活塞1、活塞销2以及连杆10的小端部10a一体地与连杆10的大端部10b以(1/2π)·(K/M)1/2Hz的共振频率共振。
为了抑制该共振(减少共振频率下的振动),两个销减震器20设置在活塞销2内(通孔2a内)。如图2和图3所示,各个销减震器20具有:固定部20a,其固定在设置于活塞销2的通孔2a的内周面的压入部2b上;活动部20b,其在活塞销2内沿着销中心轴方向延伸;以及支撑部20c,其将该活动部20b支撑在固定部20a上,该活动部20b可在活塞销2的径向上振动。
在本实施方式中,各个销减震器20的固定部20a、活动部20b以及支撑部20c由金属形成为一体,两个销减震器20的固定部20a也形成为一体,因此固定部20a实质上为一个。形成为一体的固定部20a被压入并固定在压入部2b。一个销减震器20的活动部20b通过支撑部20c设置在形成为一体的该固定部20a的销中心轴方向的一侧面上,另一个销减震器20的活动部20b通过支撑部20c设置在固定部20a的销中心轴方向的另一侧面上。
各个销减震器20的活动部20b呈沿着销中心轴方向延伸的圆柱状。该活动部20b的外径被设定为在活动部20b振动的情况下也不与活塞销2的内周面接触的值。各个销减震器20的支撑部20c呈圆柱状,并将该销减震器20的活动部20b与固定部20a连结起来。支撑部20c的外径被设定为比活动部20b的外径小,支撑部20c将该活动部20b支撑在固定部20a上,该活动部20b可在活塞销2的径向上振动。两个销减震器20的固定部20a、活动部20b以及支撑部20c的轴心与活塞销2的轴心相同。此外,两个销减震器20的活动部20b的质量大致相同,该两个销减震器20中的活动部20b的重心位置位于活塞销2的中心轴上,并位于:相对于通过该活塞销2的中心轴方向的中央位置的面(通过该中央位置且垂直于活塞销2的中心轴的面)彼此对称的位置上。
各个销减震器20的支撑部20c相当于支撑活动部20b(将活动部20b的质量设为m(单位kg))的弹簧,如果将该弹簧的弹簧常数设为k(单位N/m),则为了抑制所述共振,基本上,将k/m的值设定为与K/M的值大致相同的值即可。将活动部20b的长度和外径以及支撑部20c的长度和外径设定为能够得到如上所述的k/m的值。严格来讲,也需要考虑支撑部20c的质量,不过与活动部20b的质量相比,该支撑部20c的质量相当小,因此可以忽略支撑部20c的质量。需要说明的是,在共振频率以外的频率下的振动可以增大的情况下,k/m的值并不需要与K/M的值大致相同。
优选地,使两个销减震器20的活动部20b的质量大致相同,并使该两个销减震器20(支撑部20c)的弹簧常数彼此不相同。这是因为:不仅能够减少共振频率下的振动,还能够减少包括共振频率的较大范围的频率区域下的振动之故。为了能够使两个销减震器20的弹簧常数彼此不相同,使该两个销减震器20的支撑部20c的长度或外径彼此不相同即可。或者,也可以使两个销减震器20的支撑部20c的长度和外径两者彼此不相同。或者,也可以使两个销减震器20的支撑部20c的材料彼此不相同。需要说明的是,也可以使两个销减震器20的弹簧常数大致相同。
在使两个销减震器20的弹簧常数彼此不相同的情况下,例如将一个销减震器20的弹簧常数设定为k/m的值与K/M的值大致相同,并将另一个销减震器20的弹簧常数设定为比所述一个销减震器20的弹簧常数大或小。
如上所述,在燃烧冲程中,活塞销2与连杆10的销插入孔10d之间的润滑油膜(连结活塞销2与连杆10的小端部10a的弹簧)、以及活塞销2与活塞1的凸台部1c的销支撑孔1d之间的润滑油膜(连结活塞销2与活塞1的弹簧)都会消失。其结果是,活塞1、活塞销2以及连杆10的小端部10a成为一体而要与该连杆10的大端部10b共振。然而,在本实施方式中,由设置在活塞销2的销减震器20抑制该共振,从而能够减少共振引起的噪声。
另一方面,在进气冲程、压缩冲程以及排气冲程中,在活塞销2与连杆10的销插入孔10d之间、以及在活塞销2与活塞1的凸台部1c的销支撑孔1d之间,分别存在润滑油膜。其结果是,不会产生如在燃烧冲程中产生的共振。假设销减震器20设置在连杆10的小端部10a上,虽然在燃烧冲程中能够抑制所述共振,但在不产生共振的进气冲程、压缩冲程以及排气冲程中,销减震器20会振动。因此,在进气冲程、压缩冲程以及排气冲程中,噪声反而会由于销减震器20的振动而增大。但是在本实施方式中,销减震器20设置在活塞销2内。因此,在进气冲程、压缩冲程以及排气冲程中,由于活塞销2与连杆10的销插入孔10d之间的润滑油膜(连结活塞销2与连杆10的小端部10a的弹簧)的存在,销减震器20的振动不会传递到连杆10,因而不会出现噪声由于销减震器20的振动而增大的情况。此外,通过将销减震器20设置在活塞销2内,能够有效地利用空间,以免活塞1变大。
另一方面,连杆10的大端部10b在连杆长度方向上、轴插入孔10e的中央位置分成两个部分,该两个部分由主体部12和连杆盖13构成,所述主体部12与连结部10c形成为一体,且呈半圆状,所述连杆盖13设置在与该主体部12的连结部10c侧相反的一侧(以下称为“连结部相反侧”),且同样也呈半圆状。连杆盖13构成连杆10的连结部相反侧的那部分,连杆盖13的外周缘呈沿着曲轴3的外形的半圆弧状。主体部12和连杆盖13的连杆横向的两端部分别形成有凸台部12a、13a。凸台部12a、13a大致沿着连杆长度方向延伸。形成在主体部12的凸台部12a的螺栓孔12b内形成有内螺纹,螺栓40(紧固部件)与该螺栓孔12b拧合,从而主体部12与连杆盖13成为一体,所述螺栓40被插入到形成在连杆盖13的凸台部13a的螺栓插入孔13b内。
在连杆盖13的外周部设置有与连杆盖13分体的连杆盖减震器30(动力吸振器),所述连杆盖减震器30抑制活塞1、活塞销2和连杆10整体成为一体而与曲轴3共振。图5是示出图1中的连杆盖减震器30周围的放大图。图6是示出从连杆10的连结部10c侧看到的连杆盖减震器30的立体图,图7是示出从连结部相反侧看到的连杆盖减震器30的立体图。
在此,活塞1、连杆10以及曲轴3的弹簧质点模型为:活塞1、活塞销2以及连杆10作为整体相当于质点,并在曲轴3与连杆10的大端部10b之间伸缩,该曲轴3与连杆10的大端部10b之间的部分相当于弹簧。而且,活塞1、活塞销2以及连杆10一体地在连杆长度方向上与曲轴3共振。
为了抑制该共振(减少共振频率下的振动),连杆盖减震器30设置在连杆盖13上。连杆盖减震器30具有:一对固定部31、31,所述固定部31、31固定在形成于连杆盖13上的凸台部13a、13a的、连结部相反侧的面上;支撑部32,所述支撑部32在连杆盖13的外周部将两固定部31、31连结起来;以及质量部33,所述质量部33与支撑部32的连结部相反侧的端部连结。这些固定部31、31、支撑部32以及质量部33由金属形成为一体。
各个固定部31呈平板状,在其大致中央位置贯通地形成有螺栓插入孔31b,所述螺栓插入孔31b与形成在连杆盖13的凸台部13a的螺栓插入孔13b同轴。而且,各个固定部31和连杆盖13由螺栓40与主体部12拧紧在一起。具体而言,固定部31的螺栓插入孔31b形成为:所述螺栓插入孔31b的孔径小于螺栓40的顶部40a的外径,螺栓40的轴部40b从连结部相反侧插入固定部31的螺栓插入孔31b内,在拧合于形成在主体部12的螺栓孔12b的状态下,固定部31被螺栓40的顶部40a和连杆盖13的凸台部13a夹住而固定住。如上所述,连杆盖减震器30利用将连杆盖13固定在主体部12的螺栓40,被紧固而固定在该主体部12上。
支撑部32由比固定部31、31薄的板构成,在连杆盖13的外周部呈沿着该连杆盖13的外周缘的圆弧状。由此,支撑部32能够在连杆长度方向上弹性变形。因此,支撑部32能够将质量部33以可在连杆长度方向上活动的方式支撑,所述质量部33被连结在支撑部32的连结部相反侧的端部上。而且,如上所述,支撑部32呈沿着连杆盖13的外周缘的圆弧状,因此能够使质量部33接近连杆盖13。
此外,支撑部32相当于支撑质量部33的弹簧,将支撑部32的长度和厚度设定为抑制所述共振的长度和厚度。严格来讲,也需要考虑支撑部32的质量,不过与质量部33的质量相比,该支撑部32的质量相当小,因此可以忽略支撑部32的质量。
如上所述,质量部33与支撑部32的连结部相反侧的端部连结。也就是说,质量部33与该连杆盖13之间留有间隔地布置在连杆盖13的连结部相反侧。
质量部33呈宽度与连杆10的大端部10b大致相同且比固定部31厚的板状。为了抑制活塞1、活塞销2以及连杆10一体地共振,考虑着支撑部32的弹簧常数来设定质量部33的质量。
此外,在质量部33上贯通地形成有螺栓插入孔33b、33b(干涉回避部),所述螺栓插入孔33b、33b与形成在连杆盖13的凸台部13a的螺栓插入孔13b同轴。各个螺栓插入孔33b形成为:所述各个螺栓插入孔33b的孔径大于螺栓40的顶部40a的外径。因此,在将连杆盖减震器30紧固而固定在主体部12上之际,螺栓40从连结部相反侧插入质量部33的螺栓插入孔33b中,此时,螺栓40能够不与质量部33干涉地穿过该质量部33。
而且,质量部33的连结部相反侧的面沿着连杆横向延伸,另一方面,质量部33的连结部10c侧的面沿着支撑部32,换句话说,质量部33的连结部10c侧的面沿着连杆盖13的外周缘呈圆弧状。由此与支撑部32相同,能够使质量部33接近连杆盖13。因此,能够使连杆盖减震器30紧凑化。
如上所述,连杆10与活塞1和活塞销2一体地要在连杆长度方向上与曲轴3共振。但是,在本实施方式中,设置在连杆盖13上的连杆盖减震器30的质量部33以与连杆10大致相反的相位在连杆长度方向上振动,从而能够抑制所述共振,能够减少共振引起的噪声。
如图1至图3所示,在活塞1的各个凸台部1c的、销中心轴方向的外侧的面上设置有动力吸振器50,所述动力吸振器50在发动机运转时,抑制伴随着活塞1在连杆长度方向上振动而产生的、连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动(特别是,频率1.2kHz附近的振动)。这些两个动力吸振器50位于相对于通过活塞销2的中心轴方向的中央位置的面(通过该中央位置且垂直于活塞销2的中心轴的面)彼此对称的位置上。
在此,在活塞1和连杆10的弹簧质点模型为:活塞1相当于质点,连杆10相当于相对于曲轴3支撑质点的弹簧。活塞1与连杆10共振,连杆10会在连杆厚度方向和连杆横向上产生弯曲振动。
为了抑制该连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动,两个动力吸振器50设置在活塞1上。如图1至图3以及图8所示,各个动力吸振器50具有:一对固定部51,其固定在活塞1的凸台部1c的、销中心轴方向的外侧的面上;质量部52,其在活塞1的凸台部1c的、销中心轴方向的外侧的面附近,沿着连杆横向延伸;以及支撑部53,所述支撑部53将该质量部52支撑在两固定部51上,该质量部52可在连杆的厚度方向上振动。
在本实施方式中,各个动力吸振器50的固定部51、质量部52以及支撑部53由金属形成为一体。各个动力吸振器50的固定部51分别设置在该动力吸振器50的支撑部53的、连杆横向上的两端部。这些两个固定部51呈矩形板状。两个固定部51在活塞1的凸台部1c的、销中心轴方向的外侧的面,分别位于连杆横向的两端部。由此,各个动力吸振器50位于连杆10中在连杆厚度方向上的弯曲振动较大的、小端部10a侧的端部附近。两个固定部51用紧固部件(未图示)紧固而固定在活塞1的凸台部1c的、销中心轴方向的外侧的面上。各个动力吸振器50的质量部52通过支撑部53设置在两个固定部51。
在各个动力吸振器50的质量部52的、销中心轴方向的外侧的面呈圆弧状,以构成活塞1的外周面。质量部52的销中心轴方向的内侧的面呈沿着连杆横向延伸的直线状。各个动力吸振器50的支撑部53通过连结部54设置在质量部52的销中心轴方向的内侧的面上。也就是说,在质量部52的销中心轴方向的内侧的面与支撑部53的销中心轴方向的外侧的面之间形成有间隙。
各个动力吸振器50的支撑部53呈沿着连杆横向延伸的矩形板状,以连结该动力吸振器50的质量部52与固定部51。在支撑部53的销中心轴方向的内侧的面与活塞1的凸台部1c的销中心轴方向的外侧的面之间形成有间隙。支撑部53将质量部52支撑在固定部51上,质量部52可在销中心轴方向振动。
两个动力吸振器50的质量部52的质量大致相同,该两个动力吸振器50的质量部52的重心位置位于活塞销2的中心轴上,并且位于相对于通过该活塞销2的中心轴方向的中央位置的面(通过该中央位置且垂直于活塞销2的中心轴的面)彼此对称的位置上。
各个动力吸振器50的支撑部53相当于支撑质量部52的弹簧,设定质量部52的尺寸和支撑部53的尺寸保证能够抑制连杆10在连杆厚度方向上弯曲振动。严格来讲,也需要考虑支撑部53的质量,不过与质量部52的质量相比,该支撑部53的质量相当小,因此可以忽略支撑部53的质量。
优选地,使两个动力吸振器50的质量部52的质量大致相同,并使该两个动力吸振器50(支撑部53)的弹簧常数彼此不相同。这是因为:不仅能够减少所述弯曲振动,还能够减少在包括该弯曲振动的频率的、较大范围的频率区域下的振动之故。为了能够使两个动力吸振器50的弹簧常数彼此不相同,使该两个动力吸振器50的支撑部53的尺寸彼此不相同即可。或者,也可以使两个动力吸振器50的支撑部53的材料彼此不相同。需要说明的是,也可以使两个动力吸振器50的弹簧常数大致相同。
如上所述,活塞1与连杆10共振,连杆10要在连杆厚度方向和连杆横向上产生弯曲振动。但是,在本实施方式中,设置在活塞1上的动力吸振器50的质量部52以与连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动大致相反的相位在连杆厚度方向上振动,从而能够抑制连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动,能够减少该振动引起的噪声。
-效果-
如上所述,根据本实施方式,由于将动力吸振器50设置在活塞1的各个凸台部1c的、活塞销2的中心轴方向的外侧的面上,因此能够有效地利用在活塞1的各个凸台部1c的、活塞销2的中心轴方向的外侧的空間,从而能够将动力吸振器50布置得很紧凑。
此外,由于将动力吸振器50设置在活塞1的各个凸台部1c的、活塞销2的中心轴方向的外侧的面上,因此能够抑制连杆10在厚度方向上的弯曲振动(特别是,1.2kHz附近的振动)。
如上所述,能够将动力吸振器50布置得很紧凑,并能够抑制连杆10在厚度方向上的弯曲振动。
需要说明的是,在本实施方式中,设置两个动力吸振器50,但也可以只设置其中任一个动力吸振器50。不过,从重量平衡等的角度看,优选设置两个动力吸振器50。
(示例的第二实施方式)
在本实施方式中,动力吸振器60设置在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的侧面上,这一构成与示例的第一实施方式不相同,但其它构成都与示例的第一实施方式相同。于是,在下面的说明中,对于与示例的第一实施方式的构成要素相同的构成要素用相同的符号进行说明。
如图9和图10所示,在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上设置有动力吸振器60,所述动力吸振器60在发动机运转时,抑制伴随着活塞1在连杆长度方向上振动而产生的、连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动(特别是,频率1.2kHz附近的振动)。
动力吸振器60具有:一对固定部61,一对所述固定部61固定在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上;质量部62,所述质量部62设置在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面附近;以及支撑部63,所述支撑部63将该质量部62支撑在两固定部61上,该质量部62可在连杆厚度方向上振动。
在本实施方式中,动力吸振器60的固定部61、质量部62以及支撑部63由金属形成为一体。动力吸振器60的固定部61分别设置在该动力吸振器60的支撑部63的、连杆长度方向的两端部。这些两个固定部61呈长方体状。两个固定部61在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上,分别位于连杆长度方向的两端部(连杆10的小端部10a侧和大端部10b侧的端部)。由此,动力吸振器60将在连杆厚度方向上的弯曲振动较大的小端部10a侧的端部与该弯曲振动较小的大端部10b侧的端部连结起来,所述小端部10a侧的端部和所述大端部10b侧的端部都位于连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上。其结果是,能够将动力吸振器60很紧凑地布置在连杆10的连结部10c上。两个固定部61用紧固部件(未图示)紧固而固定在凹部10f上,所述凹部10f以沿着连杆长度方向延伸的方式形成在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上。动力吸振器60的质量部62通过支撑部63设置在两个固定部61。
动力吸振器60的质量部62呈长方体状。在质量部62的连杆厚度方向的中央位置设置有动力吸振器60的支撑部63。在质量部62的连杆厚度方向的内侧的面与连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面的凹部10f底面之间形成有间隙。
动力吸振器60的支撑部63呈沿着连杆长度方向延伸的矩形板状,以连结该动力吸振器60的质量部62与固定部61。在支撑部63的连杆厚度方向的内侧的面与连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面的凹部10f底面之间形成有间隙。支撑部63将质量部62支撑在固定部61上,质量部62可在连杆厚度方向上振动。
动力吸振器60的支撑部63相当于支撑质量部62的弹簧,设定质量部62的尺寸和支撑部63的尺寸保证能够抑制所述弯曲振动。严格来讲,也需要考虑支撑部63的质量,不过与质量部62的质量相比,该支撑部63的质量相当小,因此可以忽略支撑部63的质量。
如上所述,活塞1与连杆10共振,连杆10要在连杆厚度方向和连杆横向上产生弯曲振动。但是,在本实施方式中,设置在连杆10上的动力吸振器60的质量部62以与连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动大致相反的相位在连杆厚度方向上振动,从而能够抑制连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动,能够减少该振动引起的噪声。
-效果-
如上所述,根据本实施方式,由于将动力吸振器60设置在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上,因此能够抑制连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动(特别是,1.2kHz附近的振动)。
需要说明的是,在本实施方式中,在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上设置一个动力吸振器60,但不限于此,动力吸振器60也可以在连杆厚度方向的两侧端面上分别设置一个。但从空间等的角度看,优选在连杆厚度方向的一侧端面上设置一个动力吸振器60。
(示例的第三实施方式)
在本实施方式中,动力吸振器70设置在连杆10的连结部10c的、连杆横向的侧面上,而抑制连杆10在连杆横向上的弯曲振动,这一构成与示例的第一实施方式不相同,但其它构成都与示例的第一实施方式相同。于是,在下面的说明中,对于与示例的第一实施方式的构成要素相同的构成要素用相同的符号进行说明。
如图11和图12所示,在连杆10的连结部10c的、连杆横向的一侧端面上设置有动力吸振器70,所述动力吸振器70在发动机运转时,抑制伴随着活塞1在连杆长度方向上振动而产生的、连杆10在连杆横向上的弯曲振动(特别是,频率1.3kHz附近或2.4kHz附近的振动)。
动力吸振器70具有:固定部71,所述固定部71固定在连杆10的连结部10c的、连杆横向的一侧端面上;一对质量部72;以及支撑部73,所述支撑部73将该两质量部72支撑在固定部71上,该两质量部72可在连杆横向上振动。
在本实施方式中,动力吸振器70的固定部71、质量部72以及支撑部73由金属形成为一体。动力吸振器70的固定部71被设置在该动力吸振器70的支撑部73的、连杆厚度方向的中央位置。该固定部71呈长方体状。固定部71在连杆10的连结部10c的、连杆横向的一侧端面上,位于连杆长度方向的中央位置。固定部71用紧固部件(未图示)被紧固而固定在形成于连杆10的连结部10c的、连杆横向的一侧端面上的凹部10g。动力吸振器70的质量部72通过支撑部73设置在固定部71的连杆横向外侧的面上。
动力吸振器70的质量部72呈长方体状。质量部72分别设置在支撑部73的、连杆厚度方向的两端部。这些两个质量部72位于连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的外侧。动力吸振器70的支撑部73设置在两个质量部72的连杆横向的外侧的面上。
动力吸振器70的支撑部73呈沿着连杆厚度方向延伸的矩形板状,以连结该动力吸振器70的质量部72与固定部71。支撑部73的连杆横向的内侧的面与连杆10的连结部10c的、连杆横向的一侧端面的凹部10g底面之间形成有间隙。支撑部73将质量部72支撑在固定部71上,质量部72可在连杆横向上振动。
动力吸振器70的支撑部73相当于支撑质量部72的弹簧,设定质量部72的尺寸和支撑部73的尺寸保证能够抑制所述弯曲振动。严格来讲,也需要考虑支撑部73的质量,不过与质量部72的质量相比,该支撑部73的质量相当小,因此可忽略支撑部73的质量。
如上所述,活塞1与连杆10共振,连杆10要在连杆厚度方向和连杆横向上产生弯曲振动。但是,在本实施方式中,设置在连杆10上的动力吸振器70的质量部72以与连杆10在连杆横向上的弯曲振动大致相反的相位在连杆横向上振动,从而能够抑制连杆10在连杆横向上的弯曲振动,能够减少该振动引起的噪声。
-效果-
如上所述,根据本实施方式,由于将动力吸振器70设置在连杆10的连结部10c的、连杆横向的一侧端面上,因此能够抑制连杆10在连杆横向上的弯曲振动(特别是,1.3kHz附近或2.4kHz附近的振动)
需要说明的是,在本实施方式中,在连杆10的连结部10c的、连杆横向的一侧端面上设置一个动力吸振器70,但不限于此,动力吸振器70也可以在连杆横向的两侧端面上分别设置一个。但从空间等的角度看,优选在连杆横向的一侧端面上设置一个动力吸振器70。
(示例的第四实施方式)
在本实施方式中,动力吸振器80的构成与示例的第二实施方式不相同,但其它构成都与示例的第二实施方式相同。于是,在下面的说明中,对于与示例的第二实施方式的构成要素相同的构成要素用相同的符号进行说明。
如图13和图14所示,在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上设置有动力吸振器80,所述动力吸振器80在发动机运转时,抑制伴随着活塞1在连杆长度方向上振动而产生的、连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动(特别是,频率1.2kHz附近的振动)。
动力吸振器80具有:固定部81,所述固定部81固定在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上;一对质量部82,一对所述质量部82设置在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面附近;以及支撑部83,所述支撑部83将该两质量部82支撑在固定部81上,该两质量部82可在连杆厚度方向上振动。
在本实施方式中,动力吸振器80的固定部81、质量部82以及支撑部83由金属形成为一体。动力吸振器80的固定部81设置在该动力吸振器80的支撑部83的、连杆长度方向的中央位置。该固定部81呈长方体状。固定部81用紧固部件(未图示)被紧固而固定在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上的凹部10f。动力吸振器80的质量部82通过支撑部83设置在固定部81。
动力吸振器80的质量部82呈长方体状。在两个质量部82和固定部81的、连杆厚度方向的外侧的端部设置有动力吸振器80的支撑部83。在两个质量部82的、连杆厚度方向的内侧的面与连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面的凹部10f底面之间形成有间隙。
动力吸振器80的支撑部83呈沿着连杆长度方向延伸的矩形板状,以连结将该动力吸振器80的质量部82与固定部81。支撑部83的、连杆厚度方向的内侧的面与连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面的凹部10f底面之间形成有间隙。支撑部83将质量部82支撑在固定部81上,质量部82可在连杆厚度方向上振动。
动力吸振器80的支撑部83相当于支撑质量部82的弹簧,设定质量部82的尺寸和支撑部83的尺寸保证能够抑制所述弯曲振动。严格来讲,也需要考虑支撑部83的质量,不过与质量部82的质量相比,该支撑部83的质量相当小,因此可忽略支撑部83的质量。
如上所述,活塞1与连杆10共振,连杆10要在连杆厚度方向和连杆横向上产生弯曲振动。但是,在本实施方式中,设置在连杆10上的动力吸振器80的质量部82以与连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动大致相反的相位在连杆厚度方向上振动,从而能够抑制连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动,能够减少该振动引起的噪声。
-效果-
如上所述,根据本实施方式,由于将动力吸振器80设置在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上,因此能够抑制连杆10在厚度方向上的弯曲振动(特别是,1.2kHz附近的振动)。
需要说明的是,在本实施方式中,在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上设置一个动力吸振器80,但不限于此,动力吸振器80也可以在连杆厚度方向的两侧端面上分别设置一个。但从空间等的角度看,优选在连杆厚度方向的一侧端面上设置一个动力吸振器80。
(实施例)
在上述各示例的实施方式中,对抑制连杆10在连杆厚度方向或连杆横向上的弯曲振动的振动抑制效果进行了解析。
将解析条件设为如下。即,将具有各个构成部件(活塞、连杆、曲轴、曲轴皮带轮、飞轮、气缸盖以及缸体)的四缸直列式发动机作为解析模型(计算模型)。
在示例的第一实施方式中,将动力吸振器50的各个质量部52的重量设为0.032kg,将支撑部53的弯曲振动方向的弹簧常数设为1.9×106N/m。在示例的第二实施方式中,将动力吸振器60的质量部62的重量设为0.020kg,将支撑部63的弯曲振动方向的弹簧常数设为1.1×106N/m。在示例的第三实施方式中,将动力吸振器70的各个质量部72的重量设为0.010kg,将支撑部73的弯曲振动方向的弹簧常数设为0.6×106N/m。在示例的第四实施方式中,将动力吸振器80的各个质量部82的重量设为0.010kg,将支撑部83的弯曲振动方向的弹簧常数设为0.6×106N/m。
在示例的第一、第二和第四实施方式中,对第四气缸的连杆10的小端部10a与大端部10b之间的大致中央位置(连杆10的连杆长度方向的大致中央位置)施加了连杆厚度方向(曲轴3的轴方向)的振动后,对该连杆厚度方向上的振动特性进行了解析。
作为示例的第一、第二和第四实施方式的比较例,准备了在连杆10上没有安装动力吸振器的现有例,与示例的第一、第二和第四实施方式相同地,对第四气缸的连杆10的小端部10a与大端部10b之间的大致中央位置施加了连杆厚度方向的振动后,对该连杆厚度方向上的振动特性进行了解析。
在示例的第三实施方式中,对第四气缸的连杆10的小端部10a与大端部10b之间的大致中央位置施加了连杆横向(垂直于曲轴3的轴方向的方向)的振动后,对该连杆横向上的振动特性进行了解析。
作为示例的第三实施方式的比较例,准备了在连杆10上没有安装动力吸振器的现有例,与示例的第三实施方式相同地,对第四气缸的连杆10的小端部10a与大端部10b之间的大致中央位置施加了连杆横向的振动后,对该连杆横向上的振动特性进行了解析。
图16是示出示例的第一实施方式和比较例的对振动特性的解析结果的图。图16的横轴表示振动的频率[Hz],纵轴表示振动加速度大小(inertance level)[(mm/s2)/N](在下面的图17至图19中亦同)。图16中的实线示出示例的实施方式的振动特性,虚线示出比较例的振动特性(在下面的图17至图19中亦同)。根据图16得知:在示例的第一实施方式中,相对于没有安装动力吸振器的现有例,能够减少1.2kHz附近的振动。
图17是示出示例的第二实施方式和比较例的对振动特性的解析结果的图。根据图17得知:在示例的第二实施方式中,相对于没有安装动力吸振器的现有例,能够减少1.2kHz附近的振动。
图18是示出示例的第三实施方式和比较例的对振动特性的解析结果的图。根据图18得知:在示例的第三实施方式中,相对于没有安装动力吸振器的现有例,能够减少1.3kHz附近的振动。
图19是示出示例的第四实施方式和比较例的对振动特性的解析结果的图。根据图19得知:在示例的第四实施方式中,相对于没有安装动力吸振器的现有例,能够减少1.2kHz附近的振动。
(其它示例的实施方式)
也可以任意组合上述各示例的实施方式中的构成要素。例如,为了抑制连杆10在连杆厚度方向和连杆横向上的弯曲振动,也可以同时设置示例的第一实施方式中的动力吸振器50、示例的第二实施方式中的动力吸振器60或示例的第四实施方式中的动力吸振器80、和示例的第三实施方式中的动力吸振器70。
此外,在示例的第二实施方式中,为了抑制连杆10在连杆厚度方向上的弯曲振动,也可以设置示例的第三实施方式中的动力吸振器70(参照图11和图12),以代替动力吸振器60。在此情况下,动力吸振器70的固定部71在连杆10的连结部10c的、连杆厚度方向的一侧端面上,用紧固部件紧固而固定在连杆长度方向的上端部,但并未图示。动力吸振器70的支撑部73,将质量部72支撑在固定部71上,质量部72可在连杆厚度方向上振动。支撑部73沿着连杆横向延伸。
-产业实用性-
综上所述,本发明所公开的技术能够应用于需要抑制连杆的弯曲振动的发动机往复旋转机构等。
-符号说明-
1 活塞
1c 凸台部
1d 销支撑孔
2 活塞销
3 曲轴
10 连杆
10a 连杆的小端部
10b 连杆的大端部
10c 连杆的连结部
10d 销插入孔
10e 轴插入孔
50、60、70、80 动力吸振器
51、61、71、81 固定部
52、62、72、82 质量部
53、63、73、83 支撑部

Claims (3)

1.一种发动机的往复旋转机构,其具备在气缸内往复运动的活塞以及连结该活塞与曲轴的连杆,该连杆具有:大端部,在所述大端部形成有供所述曲轴插入的轴插入孔;小端部,在所述小端部形成有供活塞销插入的销插入孔,所述活塞销用于连结所述活塞;以及连结部,所述连结部连结所述大端部和所述小端部,所述发动机的往复旋转机构的特征在于:
所述发动机的往复旋转机构还具备动力吸振器,所述动力吸振器设置在所述连杆的连结部的侧面上,抑制该连杆的弯曲振动。
2.根据权利要求1所述的发动机的往复旋转机构,其特征在于:
所述动力吸振器设置在所述连结部的、所述连杆的厚度方向的侧面上,抑制该连杆的厚度方向的弯曲振动。
3.根据权利要求1所述的发动机的往复旋转机构,其特征在于:
所述动力吸振器设置在所述连结部的、所述连杆的横向的侧面上,抑制该连杆的横向的弯曲振动。
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