CN102322343A

CN102322343A - 一种可变容的发动机

Info

Publication number: CN102322343A
Application number: CN201110311348A
Authority: CN
Inventors: 黄敏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-10-14
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-01-18

Abstract

本发明涉及一种可变容的发动机。所述的可变容发动机包括：燃烧室、缸、缸盖、缸体、导柱、曲轴箱、曲轴，所述缸体与曲轴箱为两件式结构，缸体相对于曲轴箱可以在活塞运动方向上产生轴向位移；所述的可变容发动机还包括液压缸，液压缸设置在可变容发动机的四周，由液压缸将缸体与曲轴箱连接固定在一起，液压缸可以将缸体向上顶起，使缸体相对曲轴箱产生位移；所述导柱为凸台结构，液压缸向上顶起的位移受到导柱的限制。本发明所述的可变容发动机，根据路况和实际需要设定发动机排量，实现发动机的压缩比和工质膨胀倍数优化，具有较大的功率输出和良好的燃油经济性。本发明所述的可变容发动机，其结构简单，运行平稳，实际使用效果好。

Description

一种可变容的发动机

技术领域

本发明涉及一种汽油发动机，特别涉及一种可变容的汽油发动机。

背景技术

大功率的汽油发动机虽然具有大功率的优点，但在发动机中小功率时，大功率发动机比小功率发动机燃油消耗大，而小功率发动机又没有大的功率输出，但实际上车用发动机在不同的工况下需要有不同的功率输出。

燃烧室容积不变的发动机只适合压缩纯空气，不适合在压缩可燃混合气的发动机上使用。目前发动机设计与制造时，当最大输出功率指标和使用汽油辛烷值一定时，发动机的燃烧室容积就已确定。只有在最大功率输出时，燃烧室压缩比最大，发动机此时充分利用汽油辛烷值，其经济性达到最优；当发动机在小功率输出时，其燃烧室压缩比急剧减小，此时汽油的辛烷值浪费较大。另外，现有的汽油发动机属于点燃混合气体的发动机。由于这种发动机受到汽油辛烷值的限制，压缩比不能超过既定的最大值，否则发动机活塞在没有到达上止点时，因混合气体温度过高而产生自燃，会损坏发动机。

因此，人们提出各种技术方案，以提高发动机的压缩比，如中国专利CN97115618、CN00105217、CN02222356、CN200410026830、CN200410040227、CN200510000103、CN200610046571、CN200680015695、CN200810110724、CN201010235106等。

但是现有燃烧室变容技术，多数采用缸盖上增加液压装置以改变燃烧室容积。这些变容技术方案必须考虑以下技术问题：

1、需要解决各个液压缸的同步问题，各个液压缸独立设置，其同步控制复杂，涉及到“信息采集-信号处理-液压缸控制”等一些过程；

2、由于燃烧室内是高温高压环境，需要解决控制元件的密封和散热问题；

3、为提高发动机的性能，现有的发动机多采用多气门结构，由于缸盖部位空间小，其变容结构布置受到限制和制约；

4、由于增加了控制元件，因此燃烧室的几何形状设计受到和制约。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的不足，提供一种可变容的发动机。本发明所述的可变容发动机包括：燃烧室、缸、缸盖、缸体、导柱、曲轴箱、曲轴，所述曲轴箱设置在可变容发动机的下部，其上部设置有缸体，缸体上部设置有缸盖，缸盖固定在缸体上；所述曲轴箱内部设置有曲轴，缸体内设置有缸；其特征在于，所述缸体与曲轴箱为两件式结构，缸体相对于曲轴箱可以在活塞运动方向上产生轴向位移；所述的可变容发动机还包括液压缸，液压缸设置在可变容发动机的四周，由液压缸将缸体与曲轴箱连接固定在一起，液压缸可以将缸体向上顶起，使缸体相对曲轴箱产生位移；所述导柱为凸台结构，液压缸向上顶起的位移受到导柱的限制。

所述的导柱穿过缸体和曲轴箱，所述的缸穿过缸体和曲轴箱，限制缸体相对于曲轴箱的径向位移。

所述的缸的数量为4个或6个。

所述液压缸对称设置在可变容发动机的四周。

在所述缸体长度方向上，相邻缸体之间设置有液压缸。

所述导柱为“T”型凸台结构。

所述可变容的发动机配置有张紧轮。

本发明所述的可变容发动机，根据路况和实际需要设定发动机排量，实现发动机的压缩比和工质膨胀倍数优化，具有较大的功率输出和良好的燃油经济性。本发明所述的可变容发动机，其结构简单，运行平稳，实际使用效果好。

附图说明

图1为本发明所述的可变容发动机结构示意图；

图2为本发明所述的可变容发动机具有最小容积燃烧室时的主剖视图；

图3为本发明所述的可变容发动机俯视图；

图4为本发明所述的可变容发动机具有最大容积燃烧室时的主剖视图；

图5为本发明所述的可变容发动机运动到下止点时结构示意图；

图6为本发明所述的可变容发动机运动到上止点时结构示意图；

图7为本发明所述的可变容发动机配置多个液压缸结构示意图；

其中：

1—燃烧室、2—缸、3—缸盖、4—缸体、5—导柱、6—液压缸、7—曲轴箱、8—曲轴。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

汽油发动机最大压缩比是定值，不随发动机排量变化而变化，而汽油的辛烷值决定了发动机的最大压缩比。下表分别选取五种发动机，并从发动机排量、压缩比、燃烧室容积、工质膨胀倍数进行比较。

序号	项目	单位	发动机一	发动机二	发动机三	发动机四	发动机五
								1	选择5种发动机的排量V进行比较	升	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0
2	4缸发动机的单缸排量V/4	升	0.25	0.375	0.5	0.625	0.75
								3	压缩比（以93号汽油为例）		9.3:1	9.3:1	9.3:1	9.3:1	9.3:1
4	燃烧室容积	升	0.0301	0.0452	0.0602	0.0753	0.0904
								5	1升混合气在5种发动机中的压缩比		9.3:1	6.53:1	5.15:1	4.32:1	3.76:1
6	5种发动机燃烧设置在0.0301升（即1.0升发动机）比较工质的膨胀倍数		9.3	13.46	17.61	21.76	25.9
								7	4种发动机燃烧设置在0.0452升（1.5升发动机）比较工质的膨胀倍数		——	9.3	12.06	14.82	17.25
8	3种发动机燃烧设置在0.0602升（2.0升发动机）比较工质的膨胀倍数		——	——	9.3	11.38	12.95
								9	2种发动机燃烧设置在0.0753升（2.5升发动机）比较工质的膨胀倍数		——	——	——	9.3	10.35
10	1种发动机燃烧室0.0904升（3.0升发动机），比较工质的膨胀倍数		——	——	——	——	9.3

由上表可知，1升混合气在5种发动机中的压缩比，在1升发动机中压缩比是9.3:1，其压缩比最大；而在3.0升发动机中，其压缩比只有3.76:1，压缩比减小也就意味着浪费汽油的辛烷值，这是大排量发动机在小负荷工况下比小排量发动机效率低的根本原因。当大排量发动机在小负荷工况下长时间使用时，发动机燃烧室会造成积碳，影响发动机的使用寿命。以上分析得知，只要改变发动机燃烧室容积，同时将进气量与燃烧室容积相配合时，就可以提高工质的膨胀倍数，就能实现发动机在不同负荷下良好性能，实现较好的燃油经济性，并且在小负荷工况下发动机表现更为优良。

因此，提供一种可变容的发动机，将发动机的压缩比始终保持在较大值下工作时，提高工质的膨胀倍数，即是本发明的目的。

如图1所示，为本发明所述的可变容发动机结构示意图，图2为本发明所述的可变容发动机具有最小容积燃烧室时的主剖视图，图3为本发明所述的可变容发动机俯视图，图4为其具有最大容积燃烧室时的主剖视图。为了进一步表现本发明所述的可变容发动机的各个细节，分别在图2和图4中进行A-A阶梯剖视。

本发明所述的可变容发动机包括：燃烧室1、缸2、缸盖3、缸体4、导柱5、液压缸6、曲轴箱7、曲轴8。曲轴箱7设置在本发明所述的可变容发动机的下部，其上部设置有缸体4，缸体4上部设置有缸盖3，缸盖3固定在缸体4上。导柱5为“T”型凸台结构，利用导柱5将曲轴箱7与缸体4位置对应。曲轴箱7内部设置有曲轴8，缸体4内设置有若干缸2，其数量一般为4个或6个。本发明所述的可变容发动机，缸体4与曲轴箱7为两件式结构，并且缸体4相对于曲轴箱7可以在活塞运动方向上产生轴向位移。导柱5同时穿过缸体4和曲轴箱7，缸2也同时穿过缸体4和曲轴箱7，限制缸体4相对于曲轴箱7的径向位移。

在本发明所述的可变容发动机的四周对称设置有液压缸6，由液压缸6将缸体4与曲轴箱7连接固定在一起。液压缸6工作时，可以将缸体4向上顶起，使缸体4相对曲轴箱7产生位移H。由于导柱5为“T”型凸台结构，因此液压缸6向上顶起的位移受到导柱5的限制，其顶起的位移即为H。当H为0时，即液压缸6未将缸体4向上顶起，此时燃烧室1的容积为最小值，缸2内的活塞连杆装置达到上止点，即图2所示的位置。当液压缸6顶起的位移为H达到最大值时，缸2内的活塞连杆装置达到下止点，燃烧室1的容积达到最大值，即图4所示的位置。

为进一步说明本发明所述的可变容发动机的工作原理，我们绘制出缸2内的活塞连杆装置达到上止点和下止点时的结构示意图，即图5和图6。其中，图5为活塞连杆装置运动到下止点位置，图6为活塞连杆装置运动到上止点位置。

如图5和图6所示，活塞截面积为S，燃烧室容积为V_C，活塞在上止点与下止点之间运动的位移为h，下活塞在下止点时活塞上方的容积，即气缸总容积为V_a，则：

V_a= V_C+S·h

气缸总容积V_a与燃烧室容积V_C的比值，即压缩比ε为：

那么，本发明所述的可变容发动机的工质膨胀倍数δ应该为：

对于同一台发动机而言，其所使用的汽油是相同的，而其燃烧室容积V_C、活塞截面积S、活塞位移h是固定不变的，因此，为了能提高工质膨胀倍数δ，可以增大缸体4位移H。对于压燃式的柴油机而言，可以增大发动机的压缩比来提高工质澎涨倍数；但是，对于点燃式的汽油机而言，受到油气混合气体的最大压缩密度限制，如超出了最大压缩密度，油气混合气体就容易发生自燃，损坏发动机。因此，在发动机设计与制造过程中，可以减小燃烧室容积V_C，提高缸体4位移量H，减少最大进气量，确保最大压缩密度不超过极限值来增大工质的膨胀倍数δ。

本发明所述的可变容发动机实施例中，是在缸体4内配置有四个缸2。实际上，在缸体4的四周分别设置液压缸6时，发动机的运行不一定很平稳，因此在缸体4长度方向上，在相邻缸体4之间分别设置有液压缸6，这样可以提高发动机的运行稳定性，如图7所示。另外，为了实现缸体4整体位移，各个液压缸6相通，这样实现多个液压缸6同步动作，提高发动机的刚性与稳定性。

本发明所述的可变容发动机，还配置有张紧轮。曲轴8与配气机构采用链条或同步皮带传动时，使用张紧轮可以解决曲轴箱7与缸体4做相对运动时配气机构相位角的误差。

本发明所述的可变容发动机，其使用过程如下：

首先，根据路况和实际需要设定发动机排量；

其次，由车载电脑计算出对应的燃烧室1的容积；

第三，根据燃烧室1的容积转换成曲轴箱7和缸体4相对移动距离H；

第四，控制液压缸6实现距离H移动控制，同时控制发动机进气口的最大进气量；

最后，完成可变容发动机的排量设置。

Claims

1.一种可变容的发动机，所述的可变容发动机包括：燃烧室（1）、缸（2）、缸盖（3）、缸体（4）、导柱（5）、曲轴箱（7）、曲轴（8），所述曲轴箱（7）设置在可变容发动机的下部，其上部设置有缸体（4），缸体（4）上部设置有缸盖（3），缸盖（3）固定在缸体（4）上；所述曲轴箱（7）内部设置有曲轴（8），缸体（4）内设置有缸（2）；其特征在于，本发明所述的可变容发动机，缸体（4）与曲轴箱（7）为两件式结构，缸体（4）相对于曲轴箱（7）可以在活塞运动方向上产生轴向位移；所述的可变容发动机还包括液压缸（6），液压缸（6）设置在可变容发动机的四周，由液压缸（6）将缸体（4）与曲轴箱（7）连接固定在一起，液压缸（6）可以将缸体（4）向上顶起，使缸体（4）相对曲轴箱（7）产生位移（H）；所述导柱（5）为凸台结构，液压缸（6）向上顶起的位移受到导柱（5）的限制。

2.如权利要求1所述的一种可变容的发动机，其特征在于，所述的导柱（5）穿过缸体（4）和曲轴箱（7），所述的缸（2）穿过缸体（4）和曲轴箱（7），限制缸体（4）相对于曲轴箱（7）的径向位移。

3.如权利要求1所述的一种可变容的发动机，其特征在于，所述的缸（2）的数量为4个或6个。

4.如权利要求1所述的一种可变容的发动机，其特征在于，所述液压缸（6）对称设置在可变容发动机的四周。

5.如权利要求1或4所述的一种可变容的发动机，其特征在于，在缸体4长度方向上，相邻缸体（4）之间设置有液压缸（6）。

6.如权利要求1所述的一种可变容的发动机，其特征在于，所述导柱（5）为“T”型凸台结构。

7.如权利要求1所述的一种可变容的发动机，其特征在于，所述可变容的发动机配置有张紧轮。