Многозвенный двигатель

Многозвенный двигатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Эта заявка притязает на приоритет Японской Заявки на Патент № 2008-270149, зарегистрированной 20 октября 2008 года. Таким образом, полное описание японской заявки на патент № 2008-270149 включено в этот документ посредством ссылки.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится в целом к многозвенному двигателю. Более конкретно, настоящее изобретение относится к конструкции, уменьшающей вибрацию, которая уменьшает вибрацию в многозвенном двигателе.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Были разработаны двигатели, в которых поршневой палец и шатунная шейка соединены множеством звеньев (такие двигатели в дальнейшем в этом документе называются многозвенными двигателями). Например, многозвенный двигатель описан в японской опубликованной публикации патента № 2006-207634. Многозвенный двигатель этой публикации патента предусмотрен с верхним звеном и нижним звеном для присоединения поршня к коленчатому валу. Верхнее звено присоединено поршневым пальцем к поршню, который совершает возвратно-поступательное перемещение внутри цилиндра. Нижнее звено прикреплено с возможностью вращения к шатунной шейке и присоединено к верхнему звену пальцем верхнего звена. Степень сжатия многозвенного двигателя управляется с возможностью изменения посредством управления ориентацией нижнего звена. Многозвенный двигатель также имеет управляющее звено с одним концом, присоединенным к нижнему звену, и с другим концом, присоединенным к эксцентриковой части управляющего вала. Ориентация нижнего звена управляется через управляющее звено посредством изменения угла поворота управляющего вала.

Ввиду упомянутого выше, специалистам в данной области техники из этого описания будет понятно, что существует необходимость в улучшенном многозвенном двигателе, который уменьшает вибрацию в многозвенном двигателе. Это изобретение направлено на решение этой задачи в данной области техники, а также на другие задачи, которые будут понятны специалистам в данной области техники из этого описания.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Было обнаружено, что с многозвенным двигателем, описанным выше, вибрации случаются не только в направлении перемещения поршня, но также и в направлении, ориентированном поперечно относительно направления перемещения поршня (то есть в направлении, ориентированном поперечно налево и направо относительно направления перемещения поршня, при взгляде с осевого направления коленчатого вала), из-за сил инерции звеньев. Поперечные вибрации включают в себя, например, составляющую вибрации второго порядка, исходя из частоты вращения двигателя. Проблема вибрации второго порядка является уникальной для многозвенных двигателей. Проблема вибрации второго порядка не является предметом обсуждения в двигателях, имеющих обычную конструкцию поршня и коленчатого вала, в которых поршень и коленчатый вал соединены единственным соединительным стержнем.

В этом описании порядок составляющей вибрации определен как отношение периода (обратного частоте) вибрации к количеству времени, требуемого для одного поворота двигателя (период вращения коленчатого вала). Конкретно, вибрация является составляющей вибрации первого порядка, если период вибрации является таким же, как период вращения коленчатого вала. Вибрация является составляющей вибрации второго порядка, если период вибрации является половиной периода вращения коленчатого вала, и так далее для составляющих вибрации высшего порядка.

Многозвенный двигатель, описанный в упомянутой выше публикации патента, имеет уравновешивающее устройство второго порядка, предусмотренное под коленчатым валом. Уравновешивающее устройство второго порядка уменьшает вибрации второго порядка в направлении, ориентированном диагонально относительно направления перемещения поршня, посредством вращения первого уравновешивающего вала и второго уравновешивающего вала в направлении, противоположном направлению вращения коленчатого вала. Тем не менее, с многозвенным двигателем, представленным в упомянутой выше публикации патента, стоимость увеличена необходимостью предусмотрения отдельного уравновешивающего устройства второго порядка, и эффективность использования топлива двигателя ухудшена из-за трения, вырабатываемого, когда уравновешивающее устройство второго порядка приводится в действие.

Настоящее изобретение было выполнено ввиду этих проблем. Одной целью является разработка простой конструкции, уменьшающей вибрацию, для многозвенного двигателя, которая может уменьшить вибрации в поперечно ориентированном направлении относительно направления перемещения поршня.

Ввиду упомянутого выше, разработан многозвенный двигатель, который, в основном, содержит корпус блока цилиндров, поршень, верхнее звено, нижнее звено и управляющее звено. Корпус блока цилиндров включает в себя, по меньшей мере, один цилиндр. Поршень расположен с возможностью осуществления возвратно-поступательного перемещения внутри цилиндра корпуса блока цилиндров. Верхнее звено имеет первый конец, шарнирно присоединенный к поршню поршневым пальцем. Нижнее звено установлено с возможностью вращения на шатунной шейке коленчатого вала и присоединено к второму концу верхнего звена верхним пальцем. Управляющее звено имеет первый конец, присоединенный с возможностью вращения к нижнему звену управляющим пальцем, и второй конец, шарнирно установленный на шарнирной части управляющего вала. Верхнее звено, нижнее звено и управляющее звено выполнены и расположены друг относительно друг так, что силы инерции предписанного второго или высшего порядка исходя из частоты вращения двигателя действуют, по меньшей мере, на верхнее звено и управляющее звено в поперечном направлении двигателя с суммой левосторонних и правосторонних сил инерции предписанного второго или высшего порядка, равной, по существу, нулю. Поперечное направление ориентировано поперечно налево и направо относительно направления вертикального перемещения поршня, когда многозвенный двигатель рассматривается вдоль осевого направления коленчатого вала.

Эти и другие цели, признаки, особенности и преимущества настоящего изобретения будут понятны специалистам в данной области техники из последующего подробного описания, которое, при рассмотрении с прилагаемыми чертежами, описывает предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь обратимся к прилагаемым чертежам, которые образуют часть этого оригинального описания:

Фиг.1А представляет собой схематичный вид в вертикальном разрезе многозвенного двигателя согласно первому варианту осуществления;

Фиг.1В - схематичный вид сверху в плане многозвенного двигателя, изображенного на фиг.1А, согласно первому варианту осуществления;

Фиг.2 - схему кинематической цепи многозвенного двигателя, изображенного на фиг.1А, для вычисления суммы поперечно ориентированных сил инерции второго порядка, действующих в центрах масс звеньев;

Фиг.3А - вид сбоку в вертикальной проекции верхнего звена многозвенного двигателя, изображенного на фиг.1А;

Фиг.3В - вид сбоку в вертикальной проекции нижнего звена многозвенного двигателя, изображенного на фиг.1А;

Фиг.3С - вид сбоку в вертикальной проекции управляющего звена многозвенного двигателя, изображенного на фиг.1А;

Фиг.4А - схематичный вид в вертикальном разрезе сравнительного примера многозвенного двигателя;

Фиг.4В - график поперечно ориентированных сил инерции второго порядка, действующих в центрах масс звеньев многозвенного двигателя в сравнительном примере на фиг.4А;

Фиг.5 - график поперечно ориентированных сил инерции второго порядка, действующих в центрах масс звеньев многозвенного двигателя, изображенного на фиг.1А;

Фиг.6А - вид сбоку в вертикальной проекции нижнего звена многозвенного двигателя, изображенного на фиг.1А, на котором изображен центр масс нижнего звена;

Фиг.6В - график, на котором изображено отношение между центром масс нижнего звена и движущей силой вибрации второго порядка;

Фиг.6С - график, на котором изображено отношение между центром шатунной шейки и движущей силой вибрации второго порядка;

Фиг.7 - схематичные виды верхнего звена, нижнего звена и управляющего звена многозвенного двигателя согласно второму варианту осуществления;

Фиг.7А - вид сбоку в вертикальной проекции верхнего звена многозвенного двигателя согласно второму варианту осуществления;

Фиг.7В - вид сбоку в вертикальной проекции нижнего звена многозвенного двигателя согласно второму варианту осуществления;

Фиг.7С - вид сбоку в вертикальной проекции управляющего звена многозвенного двигателя согласно второму варианту осуществления;

Фиг.8 - схематичный вид в вертикальном разрезе многозвенного двигателя согласно третьему варианту осуществления;

Фиг.9 - график поперечно ориентированных сил инерции второго порядка, действующих в центрах масс звеньев многозвенного двигателя, изображенного на фиг.8;

Фиг.10 - схематичный вид в вертикальном разрезе многозвенного двигателя согласно четвертому варианту осуществления;

Фиг.11А - график поперечно ориентированных сил инерции второго порядка, действующих в центрах масс звеньев многозвенного двигателя, изображенного на фиг.10; и

Фиг.11В - график вертикально ориентированных сил инерции второго порядка, действующих в центрах масс звеньев многозвенного двигателя, изображенного на фиг.10.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее будут объяснены выбранные варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи. Специалистам в данной области техники из этого описания будет понятно, что последующие описания вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрены только для иллюстрирования и не для ограничения изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения и в ее эквивалентах.

Сначала обратимся к фиг.1А и 1В, на которых изображены выбранные части многозвенного двигателя 100 согласно первому варианту осуществления. В этом проиллюстрированном варианте осуществления многозвенный двигатель 100 представляет собой четырехцилиндровый рядный двигатель транспортного средства. Тем не менее, для краткости будет изображен только один цилиндр. Каждый из цилиндров многозвенного двигателя 100 оснащен соответствующим механизмом 10 изменения степени сжатия, выполненным с возможностью изменения степени сжатия посредством изменения положения верхней мертвой точки поршня. Многозвенный двигатель 100 также включает в себя поршень 11 для каждого цилиндра и коленчатый вал 12, причем механизмы 10 изменения степени сжатия присоединяют поршни 11 к коленчатому валу 12. Коленчатый вал 12 включает в себя шатунную шейку 12А, шейку 12В и противовес 12С для каждого из поршней 11. Центральная ось шатунной шейки 12А смещена от центральной оси шейки 12В на заданную величину. Противовес 12С образован как единое целое с плечом кривошипа и служит для уменьшения составляющей вибрации первого порядка поршня 11 исходя из частоты вращения двигателя.

Механизм 10 изменения степени сжатия включает в себя верхнее звено 13, нижнее звено 14 и управляющее звено 15. Верхнее звено 13 и нижнее звено 14 выполнены с возможностью присоединения поршня 11 к коленчатому валу 12. Механизм 10 изменения степени сжатия выполнен с возможностью изменения степени сжатия посредством использования управляющего звена 15 для управления ориентацией нижнего звена 14. Верхний (первый) конец верхнего звена 13 присоединен к поршню 11 поршневым пальцем 16. Нижний (второй) конец верхнего звена 13 присоединен к одному концу нижнего звена 14 верхним пальцем 17. Другой конец нижнего звена 14 присоединен к управляющему звену 15 управляющим пальцем 18.

Нижнее звено 14 предусмотрено с соединительным отверстием 14А для поддерживания нижнего звена 14 на шатунной шейке 12А коленчатого вала 12. Соединительное отверстие 14А расположено в таком положении, что шатунная шейка 12А расположена между центральной осью верхнего пальца 17 и центральной осью управляющего пальца 18. Нижнее звено 14 включает в себя два элемента (левосторонний элемент и правосторонний элемент, как видно из фиг.1А), которые могут быть отделены друг от друга. Нижнее звено 14 выполнено так, что соединительное отверстие 14А расположено, примерно, в середине нижнего звена 14 между левосторонним элементом и правосторонним элементом. Шатунная шейка 12А коленчатого вала 12 расположена в соединительном отверстии 14А так, что нижнее звено 14 поворачивается вокруг шатунной шейки 12А.

Верхний (первый) конец управляющего звена 15 присоединен с возможностью вращения к нижнему звену 14 управляющим пальцем 18. Нижний (второй) конец управляющего звена 15 присоединен к эксцентриковой части 21 вала управляющего вала 20. Эксцентриковая часть 21 вала составляет ось поворота управляющего вала 20. Управляющее звено 15 поворачивается вокруг эксцентриковой части 21 вала. Управляющий вал 20 поддерживается с возможностью вращения в корпусе блока цилиндров, который включает в себя множество (четыре) цилиндров, соответствующее количеству поршней. Управляющий вал 20 выполнен так, чтобы быть параллельным коленчатому валу 12. Эксцентриковая часть 21 вала предусмотрена в таком положении, что центральная ось эксцентриковой части 21 вала смещена от центральной оси управляющего вала 20 на заданную величину. Эксцентриковая часть 21 вала перемещается посредством вращательного управления управляющим валом 20 посредством привода (не изображен).

Когда привод (не изображен) вращает управляющий вал 20 так, что эксцентриковая часть 21 вала перемещается вниз относительно центральной оси управляющего вала 20, нижнее звено 14 поворачивается вокруг шатунной шейки 12А так, что положение верхнего пальца 17 перемещается вверх. В результате этого поршень 11 перемещается вверх, и степень сжатия многозвенного двигателя 100 увеличивается. Наоборот, когда эксцентриковая часть 21 вала перемещается вверх относительно центральной оси управляющего вала 20, нижнее звено 14 поворачивается вокруг шатунной шейки 12А так, что положение верхнего пальца 17 перемещается вниз. В результате этого поршень 11 перемещается вниз, и степень сжатия многозвенного двигателя 100 уменьшается.

Когда многозвенный двигатель 100 работает в области большой нагрузки, степень сжатия многозвенного двигателя 100 устанавливается, например, на более низкую степень сжатия независимо от скорости двигателя для предотвращения детонации. Наоборот, когда многозвенный двигатель 100 работает в области нагрузки от низкой до средней, где риск детонации является малым, степень сжатия устанавливается на более высокую степень сжатия для увеличения отдаваемой мощности двигателя.

Сумма сил инерции, прилагаемых верхним звеном 13, нижним звеном 14 и управляющим звеном 15 многозвенного двигателя 100, действует как движущая сила вибрации, заставляющая корпус двигателя вибрировать как в направлении перемещения поршня (вертикальном направлении двигателя), так и в направлении, ориентированном поперечно относительно направления перемещения поршня (направления двигателя налево и направо). Поперечно ориентированные вибрации двигателя включают в себя, например, составляющую вибрации второго порядка и составляющие вибрации высшего порядка, относящиеся к частоте вращения двигателя, как описано выше (то есть порядок вибрации определен исходя из доли периода вращения коленчатого вала). Такие вибрации второго и высшего порядка являются специфическими для многозвенных двигателей.

В этом варианте осуществления воздействие вибраций первого порядка в поперечном направлении двигателя 100 является маленьким, так как многозвенный двигатель 100 является четырехцилиндровым двигателем. Следовательно, целью является уменьшение вибраций второго и высшего порядка. Особенно необходимо уменьшить поперечные вибрации второго порядка, которые вызывают приглушенный шум внутри кабины транспортного средства. Следовательно, в этом многозвенном двигателе 100 масса и форма каждого из звеньев 13-15 и устройство звеньев 13-15 сконфигурированы и выполнены для распределения друг относительно друга сил инерции предписанного второго или высшего порядка (исходя из частоты вращения двигателя), действующих в поперечном направлении двигателя в центрах масс верхнего звена 13, нижнего звена 14 и управляющего звена 15, так, чтобы сумма сил инерции предписанного порядка, действующих в направлении налево, по существу, была равна сумме сил инерции предписанного порядка, действующих в направлении направо.

Фиг.2 представляет собой схему кинематической цепи многозвенного двигателя 100 для вычисления суммы поперечно ориентированных сил инерции второго порядка, действующих в центрах масс звеньев. На фиг.2 установлена декартова система координат, имеющее начало координат (0,0), расположенное в центре вращения коленчатого вала 12, ось Х, ориентированную вдоль поперечного направления двигателя 100, и ось Y, ориентированную вдоль вертикального направления вдоль оси возвратно-поступательного движения поршней 11 двигателя 100.

Как видно из фиг.2, центральная ось поршневого пальца 16 расположена в положении (х₃, y₃), центральная ось верхнего пальца 17 расположена в положении (х₄, y₄), центральная ось шатунной шейки 12А расположена в положении (х₁, y₁), центральная ось управляющего пальца 18 расположена в положении (х₂, y₂), и центральная ось эксцентриковой части 21 вала управляющего вала 20 расположена в положении (х_с, y_c).

Верхнее звено 13 имеет массу m_u и длину L₆ между центральной осью поршневого пальца 16 и центральной осью верхнего пальца 17. Центр масс G_u верхнего звена 13 расположен на или рядом с линией, проходящей через центральную ось поршневого пальца 16 и центральную ось верхнего пальца 17, но для простоты предполагается, что центр масс G_u верхнего звена 13 расположен в точке вдоль сегмента линии, соединяющего центральную ось поршневого пальца 16 и центральную ось верхнего пальца 17. Расстояние x_gu0 существует между центральной осью поршневого пальца 16 и центром масс G_u верхнего звена 13. Расстояние x_gu0 определено как положительное на стороне верхнего пальца центральной оси поршневого пальца 16 и как отрицательное на противоположной стороне центральной оси поршневого пальца 16.

Нижнее звено 14 имеет массу m_l и длину L₄ между центром верхнего пальца 17 и центральной осью шатунной шейки 12А и длину L₂ между центральной осью шатунной шейки 12А и центральной осью управляющего пальца 18. Как упомянуто выше, соединительное отверстие 14А нижнего звена 14 поддерживает нижнее звено 14 на шатунной шейке 12А коленчатого вала 12. Соединительное отверстие 14А расположено в таком положении, что шатунная шейка 12А расположена между центральной осью верхнего пальца 17 и центральной осью управляющего пальца 18. Следовательно, как центр масс G_l нижнего звена 14, так и центральная ось шатунной шейки 12А, установленной в монтажном отверстии 14А, расположены на или рядом с прямой линией, которая проходит через центральную ось верхнего пальца 17 и центральную ось управляющего пальца 18. Для простоты предполагается, что как центр масс G_l, так и центральная ось шатунной шейки 12А расположены в точке вдоль сегмента линии, соединяющего центральную ось верхнего пальца 17 и центральную ось управляющего пальца 18. Расстояние x_gl0 существует между центральной осью шатунной шейки 12А и центром масс G_l нижнего звена 14. Расстояние x_gl0 определено как положительное на стороне управляющего пальца центральной оси шатунной шейки 12А и как отрицательное на стороне верхнего пальца центральной оси шатунной шейки 12А.

Управляющее звено 15 имеет массу m_c и длину L₃ между центральной осью управляющего пальца 18 и центральной осью эксцентриковой части 21 вала. Центр масс G_c управляющего звена 15 расположен на или рядом с линией, проходящей через центральную ось управляющего пальца 18 и центральную ось эксцентриковой части 21 вала, но для простоты предполагается, что центр масс G_c управляющего звена 15 расположен в точке вдоль сегмента линии, соединяющего центральную ось управляющего пальца 18 и центральную ось эксцентриковой части 21 вала. Расстояние x_gc0 существует между центральной осью эксцентриковой части 21 вала и центром масс G_c управляющего звена 15. Расстояние x_gc0 определено как положительное на стороне управляющего пальца центральной оси эксцентриковой части 21 вала и как отрицательное на противоположной стороне эксцентриковой части 21 вала.

Воздействия, которые верхний палец 17 и управляющий палец 18 оказывают относительно сил инерции, могут быть приняты во внимание посредством предположения, что как верхний палец 17, так и управляющий палец 18 составляют часть одного из звеньев, при определении массы и положения центра масс каждого из звеньев. Угол, образованный между осью Х и линией, проходящей через центр вращения коленчатого вала 12 и центральную ось шатунной шейки 12А, определен как угол θ_А поворота кривошипа.

При вычислении суммы сил инерции второго порядка и высшего порядка, действующих в поперечном направлении двигателя в центрах масс звеньев, с использованием такой модели, как описанная выше, первый этап заключается в нахождении поперечного смещения x_gl центра масс G_l нижнего звена 14, поперечного смещения x_gu центра масс G_u верхнего звена 13 и поперечного смещения x_gc центра масс G_c управляющего звена 15.

Поперечные (направо или налево) смещения x_gl, x_gu и x_gc центров масс звеньев выражены в уравнениях (1)-(3) ниже.

В уравнениях х₂ представляет собой поперечное смещение управляющего пальца 18 и может быть разделено на смещение x_2L первого порядка и смещение x_2H второго и высшего порядка, как видно из уравнения (4) ниже. Как смещение x_2L первого порядка, так и смещение x_2H второго и высшего порядка вычисляются, основываясь на формах и других характеристиках звеньев.

Поскольку коленчатый вал 12 имеет маховик, предусмотренный на его части конца вала для подавления вращательной вибрации, поперечное смещение x_l шатунной шейки 12А выражается только исходя из смещения первого порядка, и смещения x_1H второго и высшего порядка являются нулевыми, как видно из уравнения (5) ниже.

Поршневой палец 16 не подвергается какому либо смещению в поперечном направлении двигателя, так как поршень 11 скользит возвратно-поступательно внутри цилиндра. Следовательно, смещение x_4H второго и высшего порядка поршневого пальца 16 в поперечном направлении двигателя является нулевым, как видно из уравнения (6) ниже.

Эксцентриковая часть 21 вала перемещается, когда управляющий вал 20 вращается, но скорость перемещения эксцентриковой части 21 вала является меньшей, чем частота вращения двигателя, и эксцентриковая часть 21 вала может быть предположена неподвижной. Следовательно, смещение x_cH второго и высшего порядка эксцентриковой части 21 вала в поперечном направлении двигателя является нулевым, как видно из уравнения (7) ниже.

Если пересмотреть уравнения (1)-(3), основываясь на уравнениях (4)-(7) в отношении поперечных смещений второго и высшего порядка, то смещения x_glH второго и высшего порядка центра масс G_l нижнего звена 14, смещения x_guH второго и высшего порядка центра масс G_u верхнего звена 13 и смещения x_gcH второго и высшего порядка центра масс G_c управляющего звена 15 выражаются в уравнениях (8)-(10) ниже.

Сумма F_es сил инерции второго и высшего порядка, действующих в поперечном направлении двигателя в центрах масс звеньев, тогда выражается согласно уравнению (11) ниже, основываясь на массах m_l, m_u, m_c звеньев и уравнениях (8)-(10). В уравнении (11) первое выражение с правой стороны обозначает силу инерции нижнего звена 14, второе выражение с правой стороны выражает силу инерции управляющего звена 15 и третье выражение с правой стороны выражает силу инерции верхнего звена 13.

Движущие силы вибрации второго и высшего порядка, действующие для вибрации корпуса двигателя в поперечном направлении двигателя, могут быть исключены, и поперечно ориентированные вибрации второго и высшего порядка могут быть подавлены посредством приведения к нулю суммы F_es поперечно ориентированных сил инерции второго и высшего порядка, выраженной уравнением (11), то есть посредством удовлетворения уравнению (12) ниже. Другими словами, поперечные вибрации могут быть подавлены посредством распределения сил инерции второго порядка, действующих в поперечном направлении двигателя 100, так, чтобы сумма сил инерции второго порядка, действующих в направлении налево, была, по существу, равна сумме сил инерции второго порядка, действующих в направлении направо.

Следовательно, в многозвенном двигателе 100 согласно этому варианту осуществления масса и форма каждого из верхнего звена 13, нижнего звена 14 и управляющего звена 15 определены так, чтобы удовлетворять уравнению (12).

На фиг.3А-3С изображен комплект звеньев 13, 14 и 15, выполненных для соответствия уравнению (12). На фиг.3А изображено верхнее звено 13. На фиг.3В изображено нижнее звено 14. На фиг.3С изображено управляющее звено 15.

Как видно из фиг.3А, верхнее звено 13 имеет массу m_u и длину L₆ между центральной осью поршневого пальца 16 и центральной осью верхнего пальца 17. Верхнее звено 13 представляет собой стержнеобразный элемент, имеющий пространственную форму, выполненную с возможностью быть, в целом, симметричной относительно плоскости, которая включает в себя центральную ось поршневого пальца 16 и центральную ось верхнего пальца 17. Центр масс G_u верхнего звена 13 расположен на или рядом с линией, проходящей через центральную ось поршневого пальца 16 и центральную ось верхнего пальца 17, и расположен между центральной осью поршневого пальца 16 и центральной осью верхнего пальца 17. Расстояние x_gu0 существует между центральной осью поршневого пальца 16 и центром масс G_u верхнего звена 13.

Как видно из фиг.3В, нижнее звено 14 имеет массу m_l, длину L₄ между центральной осью верхнего пальца 17 и центральной осью шатунной шейки 12А и длину L₂ между центральной осью шатунной шейки 12А и центральной осью управляющего пальца 18. Как упомянуто выше, соединительное отверстие 14А расположено в таком положении, что шатунная шейка 12А расположена между центральной осью верхнего пальца 17 и центральной осью управляющего пальца 18 и на или рядом с линией, проходящей через центральную ось верхнего пальца 17 и центральную ось управляющего пальца 18. Таким образом, нижнее звено 14 выполнено так, что его часть, расположенная на расстоянии от соединительного отверстия 14А к верхнему пальцу 17, по существу, симметрична его части, расположенной на расстоянии от соединительного отверстия 14А к управляющему пальцу 18, и центр масс G_l расположен на или рядом с линией, проходящей через центральную ось верхнего пальца 17 и центральную ось управляющего пальца 18. Более конкретно, центр масс G_l нижнего звена 14 расположен на или рядом с линией, проходящей через центральную ось верхнего пальца 17 и центральную ось управляющего пальца 18. Также центр масс G_l расположен между центральной осью управляющего пальца 18 и центральной осью шатунной шейки 12А. Расстояние x_gl0 существует между центральной осью шатунной шейки 12А и центром масс G_l нижнего звена 14.

Как видно из фиг.3С, управляющее звено 15 имеет массу m_c и длину L₃ между центральной осью управляющего пальца 18 и центральной осью эксцентриковой части 21 вала. Управляющее звено 15 представляет собой стержнеобразный элемент, имеющий пространственную форму, выполненную с возможностью быть, в целом, симметричной относительно плоскости, которая включает в себя центральную ось управляющего пальца 18 и центральную ось эксцентриковой части 21 вала. Центр масс G_c управляющего звена 15 расположен между центральной осью управляющего пальца 18 и центральной осью эксцентриковой части 21 вала на или рядом с линией, проходящей через центральную ось управляющего пальца 18 и центральную ось эксцентриковой части 21 вала. Расстояние x_gc0 существует между центральной осью эксцентриковой части 21 вала и центром масс G_c управляющего звена 15.

Если масса, расстояние между пальцами и положение центра масс (выраженное как расстояние от центра предписанного пальца) каждого из звеньев заданы так, что уравнение (12) удовлетворено, то вибрации второго и высшего порядка, ориентированные в поперечном направлении многозвенного двигателя 100 будут подавлены.

Теперь со ссылкой на фиг.4А, 4В и 5 будут описаны эффекты многозвенного двигателя 100. На фиг.4А изображен сравнительный пример многозвенного двигателя 200, который не удовлетворяет уравнению (12) и служит в качестве сравнительного примера относительно многозвенного двигателя 100. На фиг.5 изображены поперечно ориентированные силы инерции второго порядка, действующие в многозвенном двигателе 100. На фиг.4В изображены поперечно ориентированные силы инерции второго порядка, действующие в многозвенном двигателе 200.

Многозвенный двигатель 200, изображенный на фиг.4А, в основном, такой же, как многозвенный двигатель 100, за исключением того, что масса верхнего звена 213 меньше, чем масса верхнего звена 13, масса управляющего звена 215 больше, чем масса управляющего звена 15, и расстояние от центральной оси шатунной шейки до центра масс нижнего вена 214 длиннее, чем соответствующее расстояние в многозвенном двигателе 100. Масса нижнего звена 214 больше, чем масса верхнего звена 213, и больше, чем масса управляющего звена 215. С такой конфигурацией трудно удовлетворить уравнению (12), так как абсолютная величина двух положительных выражений (первого и второго выражений) на левой стороне уравнения (12) стремится быть больше, чем абсолютная величина отрицательного выражения (третьего выражения). Поскольку многозвенный двигатель 200 не удовлетворяет уравнению (12), левосторонние силы инерции второго порядка и правосторонние силы инерции второго порядка, действующие на звенья, не уравновешены, и сумма сил инерции второго порядка не может быть уменьшена. Следовательно, многозвенный двигатель 200 подвергается вибрациям второго порядка в поперечном направлении двигателя.

Наоборот, звенья многозвенного двигателя 100 выполнены для удовлетворения уравнению (12). Как видно из фиг.5, как величина силы инерции второго порядка нижнего звена 14 (первое выражение с левой стороны уравнения (12)), так и величина силы инерции второго порядка управляющего звена 15 (третье выражение с левой стороны уравнения (12)) примерно равны половине величины силы инерции второго порядка верхнего звена 13 (второе выражение с левой стороны уравнения (12)). Таким образом, при любом конкретном угле кривошипа сумма левосторонних сил инерции второго порядка звеньев, по существу, равна сумме правосторонних сил инерции второго порядка звеньев. Другими словами, сумма сил инерции второго порядка, действующих в поперечном (налево или направо) направлении двигателя в центрах масс звеньев, по существу, равна нулю. В результате этого результирующая движущая сила вибрации второго порядка, действующая для вибрации корпуса многозвенного двигателя 100, по существу, равна нулю, и вибрации второго порядка, ориентированные в поперечном направлении многозвенного двигателя 100, подавлены.

Несмотря на то, что предшествующее объяснение сфокусировано на вибрациях, которые являются вибрациями второго порядка исходя из частоты вращения двигателя, дополнительное уменьшение приглушенного шума в кабине может быть достигнуто посредством распределения, по меньшей мере, одного другого предписанного порядка сил инерции, которые имеют высший порядок, чем второй порядок, и действуют в поперечном направлении относительно направления перемещения поршня, так, что сумма левосторонних сил инерции предписанного порядка звеньев и сумма правосторонних сил инерции предписанного порядка звеньев, по существу, равны друг другу. В многозвенном двигателе 100 согласно этому варианту осуществления, поскольку звенья выполнены для удовлетворения уравнению (12), существуют высшие порядки вибрации, которые также подавлены вдобавок к вибрациям второго порядка.

Теперь будут описаны эффекты, которые могут быть достигнуты многозвенным двигателем 100 согласно первому варианту осуществления. Эти эффекты являются возможными благодаря особенностям, объясненным в предшествующих параграфах.

В многозвенном двигателе 100 массы и формы верхнего звена 13, нижнего звена 14 и управляющего звена 15 заданы таким образом, что сумма сил инерции второго порядка, действующих на верхнее звено 13, нижнее звено 14 и управляющее звено 15 в поперечном направлении корпуса двигателя, по существу, равна нулю, то есть, таким образом, что уравнение (12) удовлетворено. В результате этого вибрации второго и высшего порядка, ориентированные в поперечном направлении двигателя, могут быть уменьшены посредством простой конструкции.

В этом варианте осуществления для удовлетворения уравнению (12) предпочтительно, чтобы центр масс G_l нижнего звена 14 и центральная ось шатунной шейки 12А, расположенной в соединительном отверстии 14А, были расположены на линии, проходящей через центральную ось верхнего пальца 17 и центральную ось управляющего пальца 18. Тем не менее, из-за различных ограничений, будет понятно, что нижнее звено 14 может быть вынужденно выполнено таким образом, что центр масс G_l и центральная ось шатунной шейки 12А будут расположены рядом, но не на линии, проходящей через центральную ось верхнего пальца 17 и центральную ось управляющего пальца 18.

Фиг.6В представляет собой график, на котором изображено отношение между величиной D смещения (см. фиг.6А) центра масс G_l нижнего звена 14 и движущей силой вибрации второго порядка (то есть суммой поперечных сил инерции второго порядка звеньев) для случая, в котором центр масс G_l нижнего звена 14 смещен с линии, проходящей через центральную ось верхнего пальца 17 и центральную ось управляющего пальца 18. Величина D смещения центра масс G_l нижнего звена выражена как расстояние между центром масс G_l и линией, проходящей через центральную ось верхнего пальца 17 и центральную ось управляющего пальца 18.

С многозвенным двигателем 100 движущая сила вибрации второго порядка увеличивается по мере того, как увеличивается величина D смещения от центра масс G_l нижнего звена 14 до линии, проходящей через центральную ось верхнего пальца 17 и центральную ось управляющего пальца 18, как обозначено сплошной кривой А, изображенной на фиг.6В. Тем не менее, внутри диапазона R₁, который простирается на несколько миллиметров в положительном направлении и отрицательном направлении от точки, соответствующей величине D смещения, равной 0 мм, движущая сила вибрации второго порядка меньше, чем в случае многозвенного двигателя (например, сравнительный пример, изображенный на фиг.4), в котором поперечные силы инерции не принимаются во внимание при конструировании. Пунктирная линия В обозначает движущую силу вибрации многозвенного двигателя, в котором поперечные силы инерции не принимаются во внимание при конструировании. Таким образом, с многозвенным двигателем 100 пока величина D смещения центра масс G_l нижнего звена 14 является маленькой, звенья могут быть выполнены для удовлетворения уравнению (12), и вибрации второго и высшего порядка, ориентированные в поперечном направлении двигателя, могут быть уменьшены.

Фиг.6С представляет собой график, н