CN102877960A

CN102877960A - 可变压缩比发动机

Info

Publication number: CN102877960A
Application number: CN2012103956802A
Authority: CN
Inventors: 赵立军; 刘亦然
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-17
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明公开了一种可变压缩比发动机，包括至少一个气缸以及在该气缸内往复运动的活塞，所述活塞通过连杆与曲轴相连，所述可变压缩比发动机还包括固定在发动机机座上的至少一组直线滑轨；所述曲轴的至少一个轴颈通过滑块安装在对应的直线滑轨上，并且该滑块与控制杆相连，控制杆与驱动装置相连，从而使曲轴的轴颈能够在驱动装置的作用下在直线滑轨上移动；所述曲轴的左右两端分别设置有与曲轴相连的等速万向节。本发明的可变压缩比发动机，相对于现有可变压缩比技术而言，具有结构简单、调整方便、控制精确的特点，在加工过程中只需对原有发动机进行较小改动即可完成，避免了现有技术中的可变压缩比发动机原理和结构均较复杂的缺陷。

Description

可变压缩比发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机结构，尤其是一种可变压缩比发动机。

背景技术

发动机的压缩比是指活塞运动到下止点时的气缸容积与活塞运动到上止点时的气缸容积之比。一般而言，常见车用汽油发动机的压缩比为9～11不等。而必须指出的是，涡轮增压发动机和自然进气发动机的压缩比一般设置不同，自然进气发动机为了提高进气效率，压缩比一般都较涡轮增压发动机高一些。高压缩比会带来更好的动力性，但是也容易发生爆燃，因此，通过提高压缩比来提升动力性，除了不断提高燃油质量和改进发动机制造工艺之外，一种压缩比随发动机工况改变而变化的可变压缩比发动机也就呼之欲出了。当前，已投产的发动机，受结构上的限制，其压缩比一般不可变。而在一些概念性可变压缩比发动机中，一般多采用了调整气缸盖位置、使用高度可调式活塞或者在已有的曲柄连杆机构中再增设一套连杆机构等方案。总体而言，这些方案结构均较复杂，而且对已有的发动机改动较大，因而加工难度高，不便于大量投产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以通过曲轴轴心偏置的方式来实现发动机压缩比可变，并且能够避免现有技术中结构复杂的缺陷，仅需对原有发动机较小改动即可完成加工的可变压缩比发动机。

为解决上述问题，本发明的一种可变压缩比发动机，包括至少一个气缸以及在该气缸内往复运动的活塞，所述活塞通过连杆与曲轴相连，其特征在于：所述可变压缩比发动机还包括固定在发动机机壳上的至少一组直线滑轨；所述曲轴的至少一个轴颈通过滑块安装在对应的直线滑轨上，并且该滑块与控制杆相连，控制杆与驱动装置相连，从而使曲轴的轴颈能够在驱动装置的作用下在直线滑轨上移动；所述曲轴的左右两侧分别设置有与轴颈相连的等速万向节。

所述直线滑轨与活塞运动方向相垂直面的夹角约为10～30°。

所述驱动装置的动力输出方向与直线滑轨相平行。

所述滑块与直线滑轨直接接触并受其导向。

所述多个直线滑轨相互平行。

所述控制杆为叉形控制杆。

所述驱动装置为至少一个液压缸以及与所述液压缸相连用于驱动液压缸运动的液压系统。

采用本发明结构的可变压缩比发动机，通过驱动装置带动控制杆发生位移，由于控制杆与滑块相连，曲轴的轴颈安装在滑块上，从而带动曲轴进行径向位移。同时，曲轴的径向位移将受到直线滑轨的约束，使曲轴整体在控制杆和直线滑轨的共同作用下实现可控位移量的定向移动，从而改变活塞运动的上下止点，实现压缩比无级可调的目的。而在曲轴的两端，则使用一对等速万向节分别连接正时链轮和离合器输入端，以保证动力的定轴输出。本发明的可变压缩比发动机，相对于现有可变压缩比技术而言，具有结构简单、调整方便、控制精确的特点，在加工过程中只需对原有发动机进行较小改动即可完成，避免了现有技术中的可变压缩比发动机原理和结构均较为复杂的缺陷。

附图说明

图1为本发明可变压缩比发动机的结构示意图。

图2为本发明可变压缩比发动机的侧视结构示意图。

图3为本发明可变压缩比发动机中直线滑轨及叉形控制杆的装配结构示意图。

图4为本发明可变压缩比发动机中曲轴轴颈的结构示意图。

图5为本发明可变压缩比发动机中叉形控制杆的结构示意图。

图6为本发明可变压缩比发动机中曲轴位移量与压缩比变化曲线图。

图7为本发明可变压缩比发动机的控制系统的结构框图。

图8为本发明可变压缩比发动机中曲轴偏心状态的示意图。

图中：气缸1；活塞2；连杆3；曲轴4；轴颈401；曲拐402；直线滑轨5；滑块6；叉形控制杆7；液压缸8；等速万向节9；缓冲橡胶垫10；曲轴轴心线11；大压缩比时的活塞上止点位置a；大压缩比时的活塞下止点位置b；大压缩比时的曲轴回转圆示意c；大压缩比时的曲轴圆心位置d；小压缩比时的活塞上止点位置e；小压缩比时的活塞下止点位置f；小压缩比时的曲轴回转圆示意g；小压缩比时的曲轴圆心位置h；曲轴位移轨迹i。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明技术方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

在发动机气缸工作时，压力和温度都很高，因此绝大部分的弹性元件都会在这种状态下失效或者寿命不足。另外，活塞是高速运转的部件，对于活塞进行运动状态下的无级调控，一方面会增大活塞质量，另一方面也会给控制系统造成很大困难。因此，本发明从曲轴入手，通过调整曲轴的位置来实现压缩比的变化。

如图8所示，当发动机工作在大压缩比状态时，曲轴对心工作，设计压缩比值通常约为11～13，此时发动机工作状态为传统的直列形式发动机，在发动机结构中活塞的上下止点位置均为最高，气体压缩量最大，故发动机气缸的压缩比最高。由于曲轴位置可以沿着设计轨迹发生改变，因此图中给出了曲轴到达另一极限位置——曲轴偏移量最大且压缩比最低位置时的状态，此时活塞的上下止点处于最低位置，气体压缩量最小，故压缩比最低。

本发明的可变压缩比发动机，以如下发动机数据为例：曲轴回转半径35～45mm，连杆长度95～105mm，活塞直径75～85mm，大压缩比时的活塞顶端距气缸顶端最小距离约6～10mm，该发动机排量约1.5～1.8L。以上数据不作为实际投产标准，仅为便于说明而设定。

如图1至5所示，该可变压缩比发动机包括四个直列式排列的气缸1；每个气缸1内设置有往复运动的活塞2，所述活塞2通过连杆3与曲轴4相连。

所述可变压缩比发动机还包括固定在发动机机壳上的直线滑轨5以及位于直线滑轨5上的滑块6，直线滑轨5以及滑块6共五组；所述曲轴4的轴颈401通过轴承安装在滑块6上，滑块6同时起轴承套的作用，并且每个滑块6与叉形控制杆7的端部相连，叉形控制杆7的尾部与两个液压缸8相连，所述两个液压缸8均匀设置在叉形控制杆7的尾部，通过液压系统进行驱动。曲轴4的轴颈401能够在液压缸8的作用下在直线滑轨5上移动；所述曲轴4的左右两侧分别设置有与曲轴4两端最外侧轴颈相连的等速万向节9，分别连接正时链轮和离合器输入端，以保证动力的定轴输出。

通过液压缸8带动叉形控制杆7发生位移，由于叉形控制杆7与滑块6相连，曲轴4的轴颈401安装在滑块6上，从而带动曲轴4进行径向位移。同时，曲轴4的径向位移将受到直线滑轨5的约束，从而使曲轴4整体在叉形控制杆7和直线滑轨5的共同作用下实现可控位移量的定向移动，从而改变活塞运动的上下止点，实现压缩比无级可调的目的。

常见的采用偏置曲轴技术的发动机，其曲轴偏置量多在5～10mm之间。适度的曲轴偏置可以增加进气和做功行程，以提高进气效率和动力性。根据设计计算，本发明中曲轴偏置量范围可以在0～14mm之间，若过大地超过此范围的偏置量会给气缸造成较大的侧向力，从而导致气缸偏磨。

合理地设计曲轴轴心偏置角度，可以在曲轴偏置量不过大的前提下，实现压缩比的有效变化。如图2所示，所述直线滑轨5与活塞2运动方向相垂直面的夹角α为10～30°，便可实现压缩比在较理想的范围内变化。本发明中压缩比可在约8～12：1范围内进行无级调控，基本满足了现有发动机工况及燃油品质的需要。

为了便于控制，不给直线滑轨5产生额外的压力，所述液压缸8的动力输出方向与直线滑轨5相平行。

本发明中的曲轴4位置由于会发生变化，因此为了方便动力输出，也为了能够较好的控制曲轴4位置偏移，不使曲轴4发生太大震动，基于发动机曲轴设计的不同，将根据曲轴轴承轴瓦分布的情况确定叉形控制杆末端和曲轴轴颈连接的位置，上述结构采用五个轴承固定的直列四缸发动机曲轴来说明。

采用叉形控制杆7作为液压缸8与曲轴4之间的传动部件，能够简化发动机结构，并且保证多段轴颈受力均匀。与叉形控制杆7相连的两个液压缸8应采用相同规格，成对使用，使用同一套液压系统进行驱动以实现二者的同步运动，从而保证曲轴4的各曲拐402和曲轴列两端的等速万向节9受力平衡。

同时，叉形控制杆7和曲轴4的连接形式要根据发动机的设计情况确定，本实施例一中发动机采用了轴颈连续配合的方式，即每个轴颈上都有设置有轴承，因而叉形控制杆7和曲轴轴颈一一配合；如果发动机的设计为曲轴的某段轴颈存在悬空，即该轴颈处没有设置轴承，则叉形控制杆7与设置了轴承的轴颈一一配合，而不与悬空的轴颈相配合。

另外，液压缸8的数量和位置应根据实际的设计情况进行设计，不应拘泥于本例中采用该位置的两个液压缸。

在控制方式上，本发明采用如图7所示的控制系统进行闭环自动控制。其中传感器包括爆燃传感器、排气温度传感器、气缸温度传感器、进排气量传感器、缸内压力传感器等与发动机压缩比控制有关的监控数据所使用的传感器。ECU中将预存一组或几组控制策略，当发动机工作在不同的工况下时，传感器将采集相关数据并反馈给ECU，ECU经过数据处理分析后得出当前工况下最合适的压缩比，并藉由控制液压装置来控制发动机压缩比。本发明的可变压缩比发动机在进行压缩比改变过程时，首先由发动机上的各传感器收集发动机的工况数据，并反馈给ECU，由ECU中预设好的控制策略来判断是否需要进行压缩比的调节。如果需要进行，则由ECU向控制液压缸进排油路上的电磁阀发出指令，使油液以适当的压力输入控制液压缸，以控制其内部的活塞进行位移，从而驱动叉形控制杆带动曲轴径向移动至目标位置，实现压缩比的调节。

该结构的直线滑轨5要保证受力不会过于集中，叉形控制杆7用轴承和曲轴4的轴颈401连接，不约束曲轴4的旋转，但是会带动曲轴4进行径向移动，同时由直线滑轨5来约束曲轴4位移的轨迹。

直线滑轨5是承受燃烧室压力的重要部件，同时还要保证其与滑块6之间的润滑，保证在叉形控制杆7的作用下实现曲轴4的径向位移，因此直线滑轨5和滑块6应采用高性能减摩材料制造，并且在直线滑轨5内部使用油润滑。

当然，本发明中的直线滑轨5不限于上述结构的限定，任何可同时实现曲轴导向、抗压作用的机构也均可使用在这一位置上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种可变压缩比发动机，包括至少一个气缸以及在该气缸内往复运动的活塞，所述活塞通过连杆与曲轴相连，其特征在于：所述可变压缩比发动机还包括固定在发动机机壳上的至少一组直线滑轨；所述曲轴的至少一个轴颈通过滑块安装在对应的直线滑轨上，并且该滑块与控制杆相连，控制杆与驱动装置相连，从而使曲轴的轴颈能够在驱动装置的作用下在直线滑轨上移动；所述曲轴的左右两侧分别设置有与轴颈相连的等速万向节。

2.如权利要求1所述的可变压缩比发动机，其特征在于：所述直线滑轨与活塞运动方向相垂直面的夹角约为10～30°。

3.如权利要求2所述的可变压缩比发动机，其特征在于：所述驱动装置的动力输出方向与直线滑轨相平行。

4.如权利要求1至3任一项所述的可变压缩比发动机，其特征在于：所述滑块与直线滑轨直接接触并受其导向。

5.如权利要求1至3任一项所述的可变压缩比发动机，其特征在于：所述多个直线滑轨相互平行。

6.如权利要求1至3任一项所述的可变压缩比发动机，其特征在于：所述控制杆为叉形控制杆。

7.如权利要求1至3任一项所述的可变压缩比发动机，其特征在于：所述驱动装置为至少一个液压缸以及与所述液压缸相连用于驱动液压缸运动的液压系统。