CN101016863A - 活塞往复式内燃机的变压缩比装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞往复式内燃机的变压缩比装置。它包括连杆、活塞销和活塞，活塞销中部铰接于连杆小头销孔内，活塞销两端各套装有可沿其端部轴线滑动的滑块，与滑块相对应地，活塞两侧各设置有滑槽，滑块分别可滑动地嵌装在各自对应的滑槽内，滑块在活塞销端部的滑动和在活塞滑槽内的滑动相互关联；液压缸执行元件与活塞销合为一体，活塞销内室设置有一拉簧，使两端滑块保持相互靠近的趋势，液压力和拉簧力共同作用使滑块相互靠近或背离；滑块上附加一个伺服控制阀时，通过操纵装设于气缸底部的V形槽，V形槽通过连接杆操纵伺服控制阀，还可实现连续地无级变压缩比。该装置结构简单、轻巧且实用。

Description

活塞往复式内燃机的变压缩比装置

技术领域

本发明涉及一种活塞往复式内燃机的变压缩比装置，特别是一种通过活塞的相对活动来实现变压缩比的装置。

背景技术

目前，公知的在活塞往复式内燃机上通过活塞的相对活动来实现变压缩比的装置有：

(1)将活塞外件旋合嵌装在活塞内件的外周，活塞内件铰接于连杆小端，通过使活塞外件相对内件的正、反转，使其产生相对活塞内件的伸、缩运动，以达到改变活塞内、外件轴向相对位置进而改变内燃机压缩比的目的。典型代表如日本专利公报特开平11-117779号；

(2)将活塞外件能沿轴向滑动地嵌装在活塞内件的外周，活塞内件铰接于连杆小端，活塞外件和活塞内件之间的空间被滑动地封闭构成液压缸，通过向液压缸内供给一定压力和容量的液压油，以达到改变活塞内、外件轴向相对位置进而改变内燃机压缩比的目的。典型代表如日本专利公报特公平7-113330；

(3)将活塞外件能沿轴向滑动地嵌合在活塞内件的外周，活塞内件铰接于连杆小端，在活塞外件和活塞内件之间设置一膨体部件，通过转动该膨体部件，以达到使活塞外件可以停留在靠近或背离活塞内件的位置，从而改变内燃机压缩比。典型代表如中国专利公开号CN1516780A。

上述三种装置都存在质量重、结构复杂的缺陷，导致其实用性不足。

发明内容

为克服以上不足，本发明提供一种活塞往复式内燃机变压缩比装置，该装置质量轻、结构简单且易于产品化。

本发明实现上述目的的技术方案是：

活塞销两端各套装有可沿其端部轴线滑动的滑块；与滑块相对应地，活塞两侧各设置有滑槽；滑块分别可滑动地嵌装在各自对应的滑槽内；滑块在活塞销端部的滑动和在活塞滑槽内的滑动相互关联。

活塞销每端的滑块可以各为一块整体即整体式，也可以分开为多块组成即分体式：

1.采用整体式滑块时，滑块与活塞销端部滑动配合的内孔形状可以为圆柱形或其它等截面柱形；活塞滑槽与滑块滑动配合的内孔形状可以为圆柱形、矩柱形或其它等截面柱；滑块上任一点在活塞销端部的滑动轨迹线与其在活塞滑槽内的滑动轨迹线均为一条直线，它们相交但既不互相平行也不互相垂直。

这种整体式滑块形似一介装于活塞与活塞销之间的斜楔块，滑块沿活塞销端部和活塞滑槽内滑动的同时，必然使活塞与活塞销之间在活塞轴线方向上的距离产生变化，从而改变该气缸的压缩比；

2.采用分体式滑块时，滑块可分为可独立滑动的上滑块和下滑块，上滑块和下滑块分别与活塞销外端部上平面和下平面抵接，其抵接面均由多个均布的自高至低等间距的阶梯平面组成，这些平面相互平行，相邻的两平面之间由一斜楔面过渡连接，活塞销两端相互对称，每一端的上平面和下平面具有相同的阶梯趋势，每一端的两侧面相互平行并分别与活塞滑槽的两侧面可滑动地抵接。

这种分体式滑块形似一介装于活塞与活塞销之间的阶梯块，在需要改变压缩比时，上滑块和下滑块中朝阶梯低端滑动的那一块先滑动到位并在活塞轴向留下一个阶梯高度的空隙，该空隙随后在活塞运行到某一位置上受其自身惯性力和燃烧室压力的合力作用下被转移到另一块与滑槽之间，这时这一块也将既先前那一块之后朝其相同的方向滑动并将该空隙填补，从而使活塞与活塞销之间在活塞轴线方向上的距离产生阶跃性的变化，进而阶跃性地改变该内燃机的压缩比。斜楔面可方便滑块自导平顺地从一个平面过渡到另一个平面。

不论采用上述整体式还是分体式滑块，都需要执行元件以实现滑块在活塞销端部受控地滑动，本发明采用能将液力转化为机械运动的液压缸方式，本发明提供以下两个液压缸技术方案可选：

1.活塞销内室两端分别嵌装有一可沿其轴线滑动的柱塞，两端的柱塞在中空的活塞销内室中相向而置，并将活塞销内室可滑动地密封封闭；活塞销两端分别开有一个沿径向贯穿活塞销的腰形槽，腰形槽的长轴与柱塞滑动方向一致，活塞销两端分别装设有一连接销，连接销由外至内将同一侧的滑块、活塞销腰形槽和柱塞穿连在一起；活塞销内室中装设有一根拉簧，拉簧两端分别勾在两端的柱塞上，使该两柱塞保持相互靠近的趋势。

这种将液压缸集成于活塞销内室中的方式可适用于上述整体式或分体式滑块。常态下，拉簧使两端的柱塞、连接销和滑块保持停留在由活塞销腰形槽或活塞销台阶所限定的相互最靠近的位置上；当活塞销内室连通有一定压力的液压油后，液力推动两端的柱塞、连接销和滑块向相互背离的方向运动，最终被保持停留在由活塞销腰形槽或滑槽两端的限位销或限位卡簧所限定的相互最远离的位置上；

2.滑块与活塞销端部滑动配合的内孔为盲孔，滑块通过该滑动配合将活塞销内室可滑动地密封封闭。

为使滑块具有保持相互靠近的趋势的同时，还能当滑块向外滑离活塞销时避免活塞销偏离活塞中心位置而导致两端滑块与活塞销的接触承压面积不均衡，可采用以下两个技术方案之任一个：

1)活塞销内室中装设有一根拉簧，拉簧两端分别勾在两端的滑块上，使该两滑块保持相互靠近的趋势；活塞销外圆表面中部围绕活塞销轴线开有一圈限位槽，与之对应地，在连杆小头上装有一限位螺钉，限位螺钉头部光杆部分从径向可滑动地伸入上述限位槽内，活塞销受限位螺钉所限只能在连杆小头销孔内转动而不能沿其轴线滑动；

2)活塞销内室中对称地装设有二根拉簧，每一根拉簧的一端勾在同一侧的滑块上、另一端勾在活塞销内室中部，使两端滑块与活塞销中部分别保持相互靠近的趋势。

这种将滑块与活塞销的滑动面直接密封为液压缸的方式，省却了柱塞和连接销，但仅适合于整体式滑块。常态下，拉簧使两端的滑块保持停留在由滑块内孔底面与活塞销端面抵接所限定的相互最靠近的位置上；当活塞销内室连通有一定压力的液压油后，液力推动两端的滑块向相互背离的方向运动，最终被保持停留在由气缸内壁面或滑块两端的限位销或限位卡簧所限定的相互最远离的位置上。

以上所述的技术方案只需通过控制活塞销内室即液压缸内的压力的相对高和低，便可稳定地实现由高压缩比状态和低压缩比状态组成的二级变压缩比。

在上述的滑块技术方案1和液压缸技术方案2组合方案并增加以下附加技术措施，则可以实现连续地无极变压缩比：

-在活塞销两端的任一滑块上设置一伺服控制阀，伺服控制阀液力入口与该滑块的内孔底部相通、液力出口与滑块外部相通；伺服控制阀可在该滑块上的一与滑槽中心线平行的阀孔内轴向滑动，伺服控制阀中部设置有泄压环，泄压环通过泄压槽连通至伺服控制阀液力入口，泄压环滑入阀孔密封口时其液力入口与液力出口截止，反之，泄压环滑出阀孔密封口时其液力入口与液力出口连通；

-活塞销中部从径向开有一介于活塞销内室和连杆小头销孔油槽的节流孔，节流孔的流通阻力大于上述伺服控制阀在其液力入口与液力出口完全连通状态时的流通阻力；在节流孔的出口与活塞销内室之间串联地装设有一单向阀，单向阀的入口连通节流孔，出口连通活塞销内室，以阻止活塞销内室的液体从节流孔流回连杆小头销孔油槽；

-在活塞内设置一控制杆，控制杆一端与伺服控制阀相连接，另一端引导头向下伸至活塞的下边沿附近；

-控制杆上设置有一摩擦面，与之相对应地，在所述活塞上设置有一锁止装置，锁止装置包括锁止弹簧和受锁止弹簧力作用、与控制杆摩擦面相抵接的摩擦块；

-与上述控制杆引导头相对应地，在气缸底部设置一个可在垂直于气缸轴线方向移动的V形槽，V形槽开口向上朝向控制杆引导头，包括自上至下逐渐缩小的导口、和底部与控制杆引导头尺寸一致的调节口；活塞处于下止点时，控制杆引导头恰好处于V形槽调节口内；应用于多缸内燃机时，该内燃机每一气缸均单独设置有其对应的V形槽，且相邻的两V形槽之间由一同步连接杆所连接并保持为一体地动作。

以上附加技术措施是这样实现连续地无极变压缩比的：连杆小头销孔油槽内与一定压力的液体保持常通，当控制杆推动伺服控制阀朝滑块方向滑动、泄压环进入滑块密封口并使伺服控制阀进入完全截止状态时，连杆小头销孔油槽内的压力油通过节流孔和单向阀进入活塞销内室，活塞销内室压力逐渐升高，当该压力克服拉簧拉力后，液力推动滑块向外滑动，伺服控制阀受锁止装置约束却不会与滑块一起滑动。随着滑块与伺服控制阀的相对运动，泄压环滑出密封口时伺服控制阀从截止状态变为连通状态，由于节流孔的流通阻力大于伺服控制阀连通状态时的流通阻力，活塞销内室压力降低，滑块停止向外滑动，最终滑块上承受的液力与拉簧的拉力达到平衡时，滑块就相对静止地被保持在伺服控制阀阀芯泄压环刚刚露出滑块密封口的位置上；反之，当控制杆拉动伺服控制阀朝远离滑块方向滑动、泄压环远离密封口并使伺服控制阀进入完全连通状态时，活塞销内室压力进一步降低，滑块上承受的液力小于拉簧的拉力，滑块向内滑动，直到伺服控制阀阀芯泄压环刚刚到达密封口的位置、伺服控制阀进入截至状态，活塞销内室压力升高，滑块停止向内滑动。

由此可见，在稳态时，在液力与拉簧的拉力平衡作用下，滑块将始终跟随伺服控制阀，停留在阀芯泄压环刚刚露出滑块密封口的位置上，此时伺服控制阀始终处于半连通半截至的状态。而另一端没有伺服控制阀的滑块由于受到来自活塞销内室相同的压力和对称的拉簧拉力，以及在活塞销和活塞滑槽的多重约束下保持与装有伺服控制阀的滑块对称地同步动作。

单向阀的作用是，避免因气缸爆发压力在滑块斜楔面上产生的沿活塞销轴线方向的分力致使滑块向内滑动而影响压缩比的稳定，刚开始时微小的滑动量将会使伺服控制阀进入完全截至状态，活塞销内室液压力骤升并高于连杆小头销孔油槽液压力时，该单向阀截止，活塞销内室成为完全封闭的空间，液体的不可压缩特性阻止了滑块进一步向内滑动。

当控制杆随同活塞运行至接近下止点时，其控制杆引导头滑入V形槽的导口接受强制引导，并最终在运行至下止点时完全进入V形槽的调节口，迫使引导头与该调节口保持在同一位置上，引导头随同活塞离开V形槽调节口后受锁止装置的限制仍停留在原角度位置上。此时，伺服控制阀可能脱离了半连通半截至状态，而滑块由于活塞惯性力作用可能无法立刻在活塞销内室液压力和拉簧力作用下跟随伺服控制阀动作，但由于活塞惯性力和气缸爆发力合力的大小和方向均是循环交变的，因此，滑块必能在随后某一刻合力的大小和方向适合之时完成跟随伺服控制阀的动作。连接各缸的同步控制杆能够保证各缸压缩比同步，在同一台内燃机上，只要通过操纵该同步控制杆即可实现各缸同步连续地无级变压缩比。公知的操纵同步控制杆的措施很多，如电磁式、液压式等等，这里就不再细述。

综上所述，本专利区别当前公知技术最根本的新颖之处就是，通过在活塞销两端与活塞之间各设置一个具有斜楔功能或阶梯功能的滑块，并巧妙地将液压缸执行元件与活塞销合为一体，以较小的控制力达到动态改变内燃机压缩比的目的。其最显著的有益效果就是结构简单、轻巧且实用，与背景技术方案相比，活塞部件为实现变压缩比而增加的质量至少可以减轻60％，因此惯量小、响应快、效率高并能适应高转速内燃机，而且在滑块上集成一个伺服控制阀时，附加质量增加少许即可实现连续地无级变压缩比。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是第一个实施例的纵剖面构造图。

图2是第一个实施例的活塞部件纵剖面构造图。

图3是图2的A-A方向剖视图。

图4是图2的B-B方向剖视图。

图5是第一个实施例的变压缩比过程及效果示意图。

图6是第二个实施例的纵剖面构造图。

图7是第二个实施例的活塞部件纵剖面构造图。

图8是图7的A-A方向剖视图。

图9是第二个实施例的变压缩比效果示意图。

图10是第三个实施例的纵剖面构造图。

图11是第三个实施例的活塞部件纵剖面构造图。

图12是图11的A-A方向剖视图。

图13是图11的B-B方向剖视图。

图14是第三个实施例的变压缩比控制装置放大构造示意图。

具体实施方式

图1～5所示为本专利第一个实施例。本实施例可实现由高压缩比和低压缩比间变化的二级压缩比。

在图1中，曲轴(1)可以在机体(2)内绕主轴颈转动，连杆大头可绕曲轴(1)曲柄销转动，活塞销(5)可绕连杆小头转动，活塞销(5)两端通过滑块(4a，4b)与活塞(8)连接，活塞(8)可沿轴向滑动地嵌装在气缸(6)内，活塞(8)顶部与气缸(6)之间的空间为燃烧室(7)；活塞销(5)中部径向设置有一油孔(5a)，使活塞销内室(5b)通过该油孔(5a)、连杆小头销孔油槽(3b)、连杆油道(3a)与机体油道(2a)保持连通，机体油道(2a)通过一个二位三通电磁阀(9)连通油泵(10)或油箱(11)；电磁阀(9)不通电时机体油道(2a)连通油箱(11)，活塞销内室(5b)保持为相对低压状态，气缸(6)工作于低压缩比状态，反之，电磁阀(9)通电时机体油道(2a)连通油泵(10)，活塞销内室(5b)保持为相对高压状态，气缸(6)工作于高压缩比状态。

结合图2～4放大所示的活塞部件构造，进一步说明活塞销内室(5b)中的液压油压力变化是如何转化为压缩比变化的。

活塞销(5)两端对称地各套装有一组可沿其端部轴线滑动的滑块(4a，4b)，滑块(4a，4b)采用分体式，分为上滑块(4a’，4b’)和下滑块(4a”，4b”)，上滑块(4a’，4b’)和下滑块(4a”，4b”)均可独立滑动，上滑块(4a’，4b’)和下滑块(4a”，4b”)分别与活塞销(5)外端部上平面(5c)和下平面(5d)抵接，其抵接面均由多个均布的自外至内由高至低等间距的阶梯平面组成，这些平面相互平行，相邻的两平面之间由一斜楔面过渡连接，斜楔面可方便滑块(4a’，4b’；4a”，4b”)自导平顺地从一个平面过渡到另一个平面；活塞销(5)两端相互对称，每一端的上平面(5c)和下平面(5d)具有相同的阶梯趋势，而每一端的两侧面(5e，5f)相互平行。

与滑块(4a’，4b’；4a”，4b”)相对应地，活塞(8)两侧对称地各设置有一滑槽(8a，8b)，为方便活塞销(5)和滑块(4a’，4b’；4a”，4b”)的装配，滑槽(8a，8b)底面由一盖板(13a，13b)通过螺栓(12a，12b)与活塞(8)固定为一体，由盖板(13a，13b)封闭后的滑槽(8a，8b)内孔形状为一矩柱形并与活塞销(5)轴线平行；活塞销(5)及其两端的滑块(4a’，4b’；4a”，4b”)分别可滑动地嵌装在各自对应的滑槽(8a，8b)内，活塞销(5)两端的两侧面(5e，5f)分别与活塞(8)滑槽(8a，8b)的两侧面(5e，5f)抵接并可沿活塞(8)轴向滑动，而介装于活塞销(5)与滑槽(8a，8b)之间的上滑块(4a’，4b’)和下滑块(4a”，4b”)可分别在滑槽(8a，8b)内可沿活塞销(5)轴向滑动；滑块(4a’，4b’；4a”，4b”)在活塞销(5)端部的滑动和在活塞(8)滑槽(8a，8b)内的滑动相互关联，上滑块(4a’，4b’)和下滑块(4a”，4b”)沿着活塞销(5)端部滑动一个台阶位置后必然导致活塞销(5)在活塞(8)滑槽(8a，8b)内产生沿活塞(8)轴向的滑动，从而改变该气缸(6)的压缩比。

活塞销内室(5b)两端分别嵌装有一可沿其轴线滑动的柱塞(17a，17b)，两端的柱塞(17a，17b)在中空的活塞销内室(5b)中相向而置，并将活塞销(5)的内室(5b)可滑动地密封封闭形成液压缸。

活塞销(5)两端分别开有一个沿径向贯穿活塞销(5)的腰形槽(5g，5f)，腰形槽(5g，5f)的长轴与柱塞(17a，17b)滑动方向一致，活塞销(5)两端分别装设有一连接销(16a，16b)，连接销(16a，16b)由外至内将同一侧的滑块(4a’，4b’；4a”，4b”)活塞销(5)腰形槽(5g，5f)和柱塞(17a，17b)穿连在一起，连接销(16a，16b)两端呈球形，分别穿入上滑块(4a’，4b’)和下滑块(4a”，4b”)的一个圆柱孔内，连接销(16a，16b)中部通过一根小销轴(14a，14b)铰接在柱塞(17a，17b)上；活塞销内室(5b)中装设有一根拉簧(18)，拉簧(18)两端分别勾在两端的柱塞(17a，17b)上，使该两柱塞(17a，17b)保持相互靠近的趋势，活塞销(5)台阶(5m，5n)限定其相互最靠近的位置；滑槽(8a，8b)两端还分别装设有一限位销(15a，15b)，用于限制活塞销(5)轴向位置以及滑块(4a’，4b’；4a”，4b”)的相互最远离的位置。

图5所示为变压缩比过程及其效果。常态下，拉簧(18)使两端的柱塞(17a，17b)、连接销(16a，16b)和滑块(4a’，4b’；4a”，4b”)保持停留在由活塞销(5)台阶(5m，5n)所限定的相互最靠近的位置上，如图中状态①所示；当活塞销内室(5b)液压压力升至高压，需要将压缩比从低压缩比(状态①)改变为高压缩比(状态④)时，液压力向外推动柱塞(17a，17b)，柱塞(17a，17b)推动连接销(16a，16b)的中部小销轴(14a，14b)铰接处使上滑块(4a’，4b’)和下滑块(4a”，4b”)同时受到向外运动的力，上滑块(4a’，4b’)和下滑块(4a”，4b”)中朝阶梯低端滑动的那一块即下滑块(4a”，4b”)将先滑动到相互最远离的位置上并在活塞(8)轴向留下一级阶梯高度的空隙(状态②)，该空隙随后在活塞(8)运行到某一位置上受其自身惯性力和燃烧室(7)压力的合力作用下被转移到另一块即上滑块(4a’，4b’)与滑槽(8a，8b)之间(状态③)，这时上滑块(4a’，4b’)也将既下滑块(4a”，4b”)之后在空出来的间隙内朝外滑动并将该空隙添补，最终使活塞(8)与活塞销(5)之间在活塞(8)轴线方向上的距离产生阶跃性的变化(H)并被锁定在高压缩比状态(状态④)。因此，在液压力作用下，活塞部件(8)将由状态①至②至③至④，阶跃性地改变了该气缸(6)的压缩比。反之，当活塞销内室(5b)液压压力降至低压，需要将压缩比恢复为低压缩比时，拉簧(18)的拉力克服液压力，使活塞(8)将由状态④至③至②至①的反向顺序变化，由高压缩比恢复为低压缩比状态。

图6～9所示为本专利第二个实施例。本实施例可实现由高压缩比和低压缩比间变化的二级压缩比。

在图6中，曲轴(1)可以在机体(2)内绕主轴颈转动，连杆大头可绕曲轴(1)曲柄销转动，活塞销(5)可绕连杆小头转动，活塞销(5)两端通过滑块(4a，4b)与活塞(8)连接，活塞(8)可沿轴向滑动地嵌装在气缸(6)内，活塞(8)顶部与气缸(6)之间的空间为燃烧室(7)；活塞销(5)中部径向设置有一油孔(5a)，使活塞销内室(5b)通过该油孔(5a)、连杆小头销孔油槽(3b)、连杆油道(3a)与机体油道(2a)保持连通，机体油道(2a)通过一个二位三通电磁阀(9)连通油泵(10)或油箱(11)；电磁阀(9)不通电时机体油道(2a)连通油箱(11)，活塞销内室(5b)保持为相对低压状态，气缸(6)工作于低压缩比状态，反之，电磁阀(9)通电时机体油道(2a)连通油泵(10)，活塞销内室(5b)保持为相对高压状态，气缸(6)工作于高压缩比状态。

结合图7～8放大所示的活塞部件构造，进一步说明活塞销内室(5b)中的液压油压力变化是如何转化为压缩比变化的。

活塞销(5)两端对称地各套装有一个可沿其端部轴线滑动的滑块(4a，4b)，滑块(4a，4b)采用整体式，滑块(4a，4b)与活塞销(5)端部滑动配合的内孔形状可以为圆柱形，活塞(8)滑槽(8a，8b)与滑块(4a，4b)滑动配合的内孔形状为圆柱形；滑块(4a，4b)在活塞销(5)端部的滑动和在活塞(8)滑槽(8a，8b)内的滑动相互关联：两滑块(4a，4b)在活塞销(5)端部的滑动轨迹中心线与活塞销(5)轴线重合，两滑块(4a，4b)在活塞(8)滑槽(8a，8b)内的滑动轨迹中心线交会于活塞销(5)轴线中点的正上方，滑块(4a，4b)沿活塞销(5)端部滑动时，必然使活塞(8)顶面与活塞销(5)之间在活塞(8)轴线方向上的距离产生变化。

滑块(4a，4b)与活塞销(5)端部滑动配合的内孔为盲孔，滑块(4a，4b)通过该滑动配合将活塞销内室(5b)可滑动地密封封闭，即滑块(4a，4b)本身与活塞销(5)构成液压缸。

活塞销内室(5b)中装设有一根拉簧(18)，拉簧(18)两端分别勾在两端的滑块(4a，4b)上，使该两滑块(4a，4b)保持相互靠近的趋势，滑块(4a，4b)内孔底面与活塞销(5)端面相抵接限定其相互最靠近的位置；滑槽(8a，8b)两端还分别装设有一限位卡簧(15a，15b)，用于限制滑块(4a，4b)的相互最远离的位置；活塞销(5)外圆表面中部围绕活塞销(5)轴线开有一圈限位槽(5i)，与之对应地，在连杆小头上装有一限位螺钉(19)，限位螺钉(19)头部光杆部分(19a)从径向可滑动地伸入上述限位槽(5i)内，活塞销(5)受限位螺钉(19)所限只能在连杆小头销孔内转动而不能沿其轴线滑动，以避免活塞销(5)偏离活塞(8)中心位置而导致两端滑块(4a，4b)与活塞销(5)的接触承压面积不均衡。

图9所示为变压缩比过程及其效果。常态下，拉簧(18)使两端的滑块(4a，4b)保持停留在由滑块(4a，4b)内孔底面与活塞销(5)端面抵接所限定的相互最靠近的位置上，如图中状态①所示；当活塞销内室(5b)液压压力升至高压，需要将压缩比从低压缩比(状态①)改变为高压缩比(状态②)时，液压力向外推动滑块(4a，4b)向外滑动，最终停留在由限位卡簧(15a，15b)所限制的相互最远离的位置上，此时活塞(8)顶部与在活塞(8)轴线方向上的距离产生变化(H)，并被锁定在高压缩比状态(状态②)。因此，在液压力作用下，改变了该气缸(6)的压缩比。反之，当活塞销内室(5b)液压压力降至低压，需要将压缩比恢复为低压缩比时，拉簧(18)的拉力克服液压力，滑块(4a，4b)相互靠近，使活塞(8)由高压缩比恢复为低压缩比状态。

图10～14所示为本专利第三个实施例。本实施例以上述第二个实施例为基础，附加一控制装置，实现连续地无级变化压缩比。

在图10中，曲轴(1)可以在机体(2)内绕主轴颈转动，连杆大头可绕曲轴(1)曲柄销转动，活塞销(5)可绕连杆小头转动，活塞销(5)两端通过滑块(4a，4b)与活塞(8)连接，活塞(8)可沿轴向滑动地嵌装在气缸(6)内，活塞(8)顶部与气缸(6)之间的空间为燃烧室(7)；活塞销(5)中部径向外侧的连杆小头销孔油槽(3b)通过连杆油道(3a)与机体(2)主润滑油道(1a)保持连通，润滑油泵(10)从油底壳(11)内将一定压力的润滑油输入机体(2)主润滑油道(1a)，使连杆小头销孔油槽(3b)一直保持与机体(2)主润滑油道(1a)一致的液压力；在气缸(6)底部设置一个可在垂直于气缸(6)轴线方向移动的V形槽(20)；与该气缸(6)相邻的另一气缸(6)也单独设置有其对应的V形槽(120)，相邻的两V形槽(20)之间由一同步连接杆(21)所连接并保持为一体地动作。

通过操纵同步连接杆(21)，改变V形槽(20)的位置，来改变滑块(4a，4b)与活塞(8)的相对位置，从而实现连续地无级变化压缩比。

结合图11～13放大所示的活塞部件构造，进一步说明V形槽(20)位置的变化是如何转化为连续地无级的压缩比变化的。

活塞销(5)两端对称地各套装有一个可沿其端部轴线滑动的滑块(4a，4b)，滑块(4a，4b)采用整体式，滑块(4a，4b)与活塞销(5)端部滑动配合的内孔形状可以为圆柱形，活塞(8)滑槽(8a，8b)与滑块(4a，4b)滑动配合的内孔形状为圆柱形；滑块(4a，4b)在活塞销(5)端部的滑动和在活塞(8)滑槽(8a，8b)内的滑动相互关联：两滑块(4a，4b)在活塞销(5)端部的滑动轨迹中心线与活塞销(5)轴线重合，两滑块(4a，4b)在活塞(8)滑槽(8a，8b)内的滑动轨迹中心线交会于活塞销(5)轴线中点的正上方，滑块(4a，4b)沿活塞销(5)端部滑动时，必然使活塞(8)顶面与活塞销(5)之间在活塞(8)轴线方向上的距离产生变化。

滑块(4a，4b)与活塞销(5)端部滑动配合的内孔为盲孔，滑块(4a，4b)通过该滑动配合将活塞销内室(5b)可滑动地密封封闭，即滑块(4a，4b)本身与活塞销(5)构成液压缸。

在一滑块(4a)上设置有一伺服控制阀(22)，伺服控制阀(22)液力入口与该滑块(4a)的内孔底部相通、液力出口与滑块(4a)外部相通；伺服控制阀(22)可在该滑块(4a)上的一与滑槽(8a)中心线平行的阀孔(4c)内轴向滑动，伺服控制阀(22)中部设置有泄压环(22a)，泄压环(22a)通过泄压槽(22c)连通至伺服控制阀(22)液力入口，泄压环(22a)滑入阀孔(4c)密封口(4d)时其液力入口与液力出口截止，反之，泄压环(22a)滑出密封口(4d)时其液力入口与液力出口连通。

活塞销(5)中部从径向开有一介于活塞销内室(5b)和连杆小头销孔油槽(3b)的节流孔(5j)，节流孔(5j)的流通阻力大于上述伺服控制阀(22)在其液力入口与液力出口完全连通状态时的流通阻力；在节流孔(5j)的出口与活塞销内室(5b)之间串联地装设有一单向阀(24)，单向阀(24)的入口连通节流孔(5j)，出口连通活塞销内室(5b)，以阻止活塞销内室(5b)的液体从节流孔(5j)流回连杆小头销孔油槽(3b)；

活塞销内室(5b)中对称地装设有二根拉簧(18a，18b)，每一根拉簧(18a，18b)的一端勾在同一侧的滑块(4a，4b)上、另一端勾在被固定在活塞销内室(5b)中部的单向阀(24)上，使两端滑块(4a，4b)分别与活塞销(5)中部分别保持相互靠近的趋势，并可使活塞销(5)自动地保持在活塞(8)中心位置；滑块(4a，4b)内孔底面与活塞销(5)端面相抵接限定其相互最靠近的位置；滑块(4a，4b)外端面与气缸(6)内壁面相抵接限定其相互最远离的位置。

在活塞(8)内设置一控制杆(23)，控制杆(23)一端与伺服控制阀(22)头部(22b)相连接，另一端引导头(23c)向下伸至活塞(8)的下边沿附近；控制杆(23)中部铰接在固定于活塞(8)上的转轴(8c)上，控制杆(23)可围绕该转轴(8c)转动；

控制杆(23)上还设置有一摩擦面(23b)，与之相对应地，在活塞(8)上设置有一锁止装置(25)，锁止装置(25)包括锁止弹簧(25a)和受锁止弹簧(25a)力作用、与控制杆摩擦面(23b)相抵接的摩擦块(25b)，摩擦块(25b)施加于控制杆摩擦面(23b)上的摩擦力足以避免控制杆(23)因惯性力和来自伺服控制阀(22)的液压力作用而自行改变位置。

V形槽(20)开口向上朝向控制杆引导头(23c)，包括自上至下逐渐缩小的导口(20a)、和底部与控制杆引导头(23c)尺寸一致的调节口(20b)；活塞(8)处于下止点时，控制杆引导头(23c)恰好处于V形槽调节口内(20b)。

图14所示为变压缩比控制装置的放大构造示意图，可进一步了解V形槽(20)是如何操纵控制杆(23)和伺服控制阀(22)，以及伺服控制阀(22)又是如何控制滑块(4a，4b)动作的。

连杆小头销孔油槽(3b)内与一定压力的液体保持常通，当控制杆(23)推动伺服控制阀(22)朝滑块(4a)方向滑动、泄压环(22a)进入滑块(4a)密封口(4d)并使伺服控制阀(22)进入完全截止状态时，连杆小头销孔油槽(3b)内的压力油通过节流孔(5j)和单向阀(24)进入活塞销内室(5b)，活塞销内室(5b)压力逐渐升高，当该压力克服拉簧(18a，18b)拉力后，液力推动滑块(4a，4b)向外滑动，伺服控制阀(22)受锁止装置(25)约束却不会与滑块(4a)一起滑动。随着滑块(4a)与伺服控制阀(22)的相对运动，泄压环(22a)滑出密封口(4d)时伺服控制阀(22)从截止状态变为连通状态，由于节流孔(5j)的流通阻力大于伺服控制阀(22)完全连通状态时的流通阻力，活塞销内室(5b)压力降低，滑块(4a，4b)停止向外滑动，最终滑块(4a，4b)上承受的液力与拉簧(18a，18b)的拉力达到平衡时，滑块(4a，4b)就相对静止地被保持在伺服控制阀(22)泄压环(22a)刚刚露出滑块(4a)密封口(4d)的位置上；反之，当控制杆(23)拉动伺服控制阀(22)朝远离滑块(4a)方向滑动、泄压环(22a)远离密封口(4d)并使伺服控制阀(22)进入完全连通状态时，活塞销内室(5b)压力进一步降低，滑块(4a，4b)上承受的液力小于拉簧(18a，18b)的拉力，滑块(4a，4b)向内滑动，直到伺服控制阀(22)泄压环(22a)刚刚到达密封口(4d)的位置、伺服控制阀(22)进入截至状态，活塞销内室(5b)压力升高，滑块(4a，4b)停止向内滑动。

在稳态时，在液力与拉簧(18a)的拉力平衡作用下，滑块(4a)将始终跟随伺服控制阀(22)，停留在泄压环(22a)刚刚露出滑块(4a)密封口(4d)的位置上，此时伺服控制阀(22)始终处于半连通半截至的状态。而另一端没有伺服控制阀(22)的滑块(4b)由于受到来自活塞销内室(5b)相同的压力和对称的拉簧(18)拉力，以及在活塞销(5)和活塞(8)滑槽(8a，8b)的多重约束下保持与装有伺服控制阀(22)的滑块(4a，4b)对称地同步动作。

单向阀(24)的作用是，避免因气缸(6)爆发压力在滑块(4a，4b)斜楔面上产生的沿活塞销(5)轴线方向的分力致使滑块(4a，4b)向内滑动而影响压缩比的稳定，刚开始时微小的滑动量将会使伺服控制阀(22)进入完全截至状态，活塞销内室(5b)液压力骤升并高于连杆小头销孔油槽(3b)液压力时，该单向阀(24)截止，活塞销内室(5b)成为完全封闭的空间，液体的不可压缩特性阻止了滑块(4a，4b)进一步向内滑动。

当控制杆(23)随同活塞(8)运行至接近下止点时，其控制杆(23)引导头(23c)滑入V形槽(20)的导口(20a)接受强制引导，并最终在运行至下止点时完全进入V形槽(20)的调节口(20b)，迫使引导头(23c)与该调节口(20b)保持在同一位置上，引导头(23c)随同活塞(8)离开V形槽(20)调节口(20b)后受锁止装置(25)的限制仍停留在原角度位置上。此时，伺服控制阀(22)可能脱离了半连通半截至状态，而滑块(4a)由于活塞(8)惯性力作用可能无法立刻在活塞销内室(5b)液压力和拉簧(18)力作用下跟随伺服控制阀(22)动作，但由于活塞(8)惯性力和气缸(6)爆发力合力的大小和方向均是循环交变的，因此，滑块(4a)必能在随后某一刻合力的大小和方向适合之时完成跟随伺服控制阀(22)的动作。连接各缸的同步控制杆(23)能够保证各缸压缩比同步，在同一台内燃机上，只要通过操纵该同步控制杆(23)即可实现各缸同步连续地无级变压缩比。

Claims (18)

1.一种活塞往复式内燃机的变压缩比装置，包括连杆(3)、活塞销(5)和活塞(8)，其特征是：活塞销(5)两端各套装有可沿其端部轴线滑动的滑块(4a，4b)；与滑块(4a，4b)相对应地，活塞(8)两侧各设置有滑槽(8a，8b)；滑块(4a，4b)分别可滑动地嵌装在各自对应的滑槽(8a，8b)内；滑块(4a，4b)在活塞销(5)端部的滑动和在活塞(8)滑槽(8a，8b)内的滑动相互关联。

2.根据权利要求1所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：滑块(4a，4b)与活塞销(5)端部滑动配合的内孔形状为圆柱形。

3.根据权利要求1所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：滑槽(8a，8b)与滑块(4a，4b)滑动配合的内孔形状为圆柱形。

4.根据权利要求1所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：滑槽(8a，8b)与滑块(4a，4b)外周滑动配合的内孔形状为矩柱形。

5.根据权利要求1所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：滑块(4a，4b)在活塞销(5)端部的滑动轨迹线与其在滑槽(8a，8b)内的滑动轨迹线均为一条直线，它们相交但既不互相平行也不互相垂直。

6.根据权利要求1所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：每一滑块(4a，4b)包括可独立滑动的上滑块(4a’，4b’)和下滑块(4a”，4b”)，上滑块(4a’，4b’)和下滑块(4a”，4b”)分别与活塞销(5)端部上平面(5c)和下平面(5d)抵接，其抵接面均由多个均布的自高至低等间距的阶梯平面组成，这些平面相互平行，相邻的两平面之间由一斜楔面过渡连接；活塞销(5)两端相互对称，每一端的上平面(5c)和下平面(5d)具有相同的阶梯趋势，每一端的两侧面(5e，5f)相互平行并分别与滑槽(8a，8b)的两侧面可滑动地抵接。

7.根据权利要求1至6任一项所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：中空的活塞销内室(5b)两端分别嵌装有一可沿其轴线滑动的柱塞(17a，17b)，两端的柱塞(17a，17b)在活塞销内室(5b)中相向而置，并将活塞销内室(5b)可滑动地密封封闭。

8.根据权利要求7所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：活塞销(5)两端分别开有一个沿径向贯穿活塞销(5)的腰形槽(5g，5h)，腰形槽(5g，5h)的长轴与柱塞(17a，17b)滑动方向一致；活塞销(5)两端分别装设有一连接销(16a，16b)，连接销(16a，16b)由外至内将同一侧的滑块(4a，4b)、活塞销(5)腰形槽(5g，5h)和柱塞(17a，17b)穿连在一起。

9.根据权利要求7所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：活塞销(5)内孔中装设有一根拉簧(18)，拉簧(18)两端分别勾在两端的柱塞(17a，17b)上，使该两柱塞(17a，17b)保持相互靠近的趋势。

10.根据权利要求1至5任一项所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：滑块(4a，4b)与活塞销(5)端部滑动配合的内孔为盲孔，滑块(4a，4b)通过该滑动配合将活塞销内室(5b)可滑动地密封封闭。

11.根据权利要求10所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：活塞销内室(5b)中装设有一根拉簧(18)，拉簧(18)两端分别勾在两端的滑块(4a，4b)上，使该两滑块(4a，4b)保持相互靠近的趋势；活塞销(5)外圆表面中部围绕活塞销(5)轴线开有一圈限位槽(5h)，与之对应地，在连杆小头上装有一限位螺钉(19)，限位螺钉(19)头部光杆部分(19a)从径向可滑动地伸入上述限位槽(5h)内，活塞销(5)受限位螺钉(19)所限只能在连杆小头销孔内转动而不能沿其轴线滑动。12.根据权利要求10所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：活塞销内室(5b)中对称地装设有二根拉簧(18a，18b)，每一根拉簧(18a，18b)的一端勾在同一侧的滑块(4a，4b)上、另一端勾在活塞销内室(5b)中部，使两端滑块(4a，4b)分别与活塞销(5)中部保持相互靠近的趋势。

13.根据权利要求10所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：在活塞销(5)两端任一滑块(4a)上的阀孔(4c)内沿轴向可滑动地装设有一伺服控制阀(22)，伺服控制阀(22)液力入口与该滑块(4a)的内孔底部相通、液力出口与滑块(4a)外部相通；伺服控制阀(22)中部设置有泄压环(22a)，泄压环(22a)通过泄压槽(22c)连通至伺服控制阀(22)液力入口，泄压环滑入阀孔(4c)密封口(4d)时其液力入口与液力出口截止，泄压环(22a)滑出密封口(4d)时其液力入口与液力出口连通。

14.根据权利要求13所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：活塞销(5)中部从径向开有一介于活塞销内室(5b)和连杆小头销孔油槽(3b)的节流孔(5j)，节流孔(5j)的流通阻力大于上述伺服控制阀(22)在其液力入口与液力出口完全连通状态时的流通阻力。

15.根据权利要求14所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：在所述的节流孔(5j)的出口与活塞销内室(5b)之间串联地装设有一单向阀(24)，单向阀(24)的入口连通节流孔(5j)，出口连通活塞销内室(5b)。

16.根据权利要求13所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：所述活塞(8)内设置有一控制杆(23)，控制杆(23)一端与伺服控制阀(22)相连接，另一端引导头(23c)向下伸至活塞(8)的下边沿附近。

17.根据权利要求16所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：所述控制杆(23)上设置有一摩擦面(23b)，与之相对应地，在所述活塞(8)上设置有一锁止装置(25)，锁止装置(25)包括锁止弹簧(25a)和受锁止弹簧力作用、与摩擦面(23b)相抵接的摩擦块(25b)。

18.根据权利要求16所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：与所述引导头(23c)相对应地，在气缸底部设置一个可在垂直于气缸轴线方向移动的V形槽(20)，V形槽(20)开口向上朝向引导头(23c)，V形槽(20)包括自上至下逐渐缩小的导口(20a)、和底部与引导头(23c)尺寸一致的调节口(20b)；活塞(8)处于下止点时，引导头(23c)恰好处于调节口(20b)内。

19.根据权利要求18所述的活塞往复式内燃机的变压缩比装置，其特征是：该内燃机每一气缸均单独设置有其对应的V形槽(20，120)，且相邻的两V形槽(20，120)之间由一同步连接杆(21)所连接并保持为一体地动作。

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