CN103670729B - 可变连杆式vcr发动机连杆机构 - Google Patents

Abstract

一种可变连杆式VCR发动机连杆机构，所述连杆机构中的连杆采用一由液压控制伸缩的活塞结构实现，通过调节液压来调节连杆的长度，从而起到动态改变压缩比的目的；本发明的有益技术效果是：本发明的有益技术效果是：提供了一种新的压缩比调节手段，可调节状态灵活多样，调节动作响应较快，不需要复杂的机械传动装置，结构较为简单，成本较低。

Description

可变连杆式VCR发动机连杆机构

技术领域

本发明涉及一种可变压缩比发动机，尤其涉及一种可变连杆式VCR发动机连杆机构。

背景技术

VCR(VariableCompressionRatio，可变压缩比)技术的核心是：根据发动机运行工况动态地改变汽缸压缩比，在低负荷工况时保持较高的压缩比，以降低燃油消耗和减少尾气排放；在高负荷工况时，采用较低的压缩比，以控制“爆燃”和保证发动机的可靠性；VCR技术作为提高燃油经济性最有潜力的发动机技术，近年来越来越受到业界的关注。

现有的基于VCR技术的发动机，一般都通过改变连杆行程的方式来调节压缩比；存在的问题是：用于调节连杆行程的机械装置结构复杂、部件众多，由于发动机对于结构稳定性的要求十分高，因此导致这类VCR发动机造价昂贵；由于压缩比控制机制较为复杂，再加上机械装置的实时响应性本身就较慢，导致现有的VCR发动机难以应对发动机突变工况条件下的控制需求，控制效果较差，并且由于实际运行中发动机工况变化十分频繁，机械装置较易磨损；同时，机械装置还存在可调状态有限的问题。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种可变连杆式VCR发动机连杆机构，其结构为：所述连杆由活塞杆、活塞套、导向套和两个销轴组成；活塞套轴向上的一端形成活塞端，另一端形成传动端；活塞端端面上设置有轴向的液压活塞腔，两个销轴设置于传动端的外壁上，且两个销轴位置对称、同轴设置；销轴与活塞套为整体结构；

所述导向套为变截面柱，导向套轴截面呈T形结构，T形结构的竖直段套接在液压活塞腔内，T形结构的横向段与活塞端端面连接；导向套中部设置有轴向通孔；导向套下部设置有环形槽，环形槽与导向套下端面连通；

所述活塞杆套接在导向套的轴向通孔内，且活塞杆和导向套之间能相对滑动；活塞杆内端(活塞杆外端与汽缸活塞传动连接)设置有限位段，限位段直径大于轴向通孔内径，导向套下端面对限位段的最大上行行程进行限制(限位段既起限制行程的作用，也是传递液压的部件)；

所述活塞套上的实心部分设置有两条相互独立的液压油道，第一液压油道的一端与第一销轴的外端面连通，第一液压油道的另一端与液压活塞腔的底面连通；第二液压油道的一端与第二销轴的外端面连通，第二液压油道的另一端与液压活塞腔中部连通，且第二液压油道与液压活塞腔的连通处位于环形槽高程范围内；

本发明的工作原理是：当通过第一液压油道向液压活塞腔底面注入高压油时，限位段下端面在高压油的液压作用下将活塞杆向外顶出(此时，限位段上端将其上方的液压油推送回第二液压油道内)，使连杆的轴向长度延长，从而使汽缸获得较高的压缩比；当通过第二液压油道向液压活塞腔中部注入高压油时，限位段上端面在高压油的液压作用下向下推动活塞杆(此时，限位段下端又将下方的液压油推送回第一液压油道内)，使连杆的轴向长度缩短，从而使汽缸获得较低的压缩比；甚至还可以在第一液压油道和第二液压油道内双向施加液压，使连杆的轴向长度可保持在其最大长度和最小长度之间的任意长度位置处。

采用本发明方案后，可通过液压装置灵活地调节连杆的轴向长度，拓展了压缩比的可调范围，本领域技术人员可据此制定出灵活多变的压缩比控制策略；同时，由于液压响应较快，可高效地执行压缩比调节动作，从而使压缩比调节可应付发动机突变工况时的控制需要，并且本发明中不需要在发动机内引入结构复杂的机械结构，能大幅降低VCR发动机的制造成本。

前述方案中的液压油道，其供压管路布局可采用如下优选实施方式：所述销轴外套接有曲轴，套接在两个销轴上的两个曲轴的转动轴同轴；两个曲轴上的实心部分各设置有一供油道，两条供油道分别与两条液压油道连通。此优选方案中，由曲轴结构体为液压油道提供设置空间，不仅合理的利用了发动机中的现成结构，而且还对液压油道形成了很好的保护，避免了液压油道暴露在外可能存在结构干涉、影响结构稳定性的问题。

基于前述的在曲轴上设置液压管路的方案，本发明还提出了如下的优选实施方式：所述曲轴上用于套接销轴的槽记为销轴槽；销轴槽底面设置有安装槽一；销轴外端面上设置有安装槽二，安装槽一与安装槽二连通，安装槽一和安装槽二所围成的空间形成一圆柱形的安装腔，安装腔内设置有一液压导体；液压导体上设置有中间油道，中间油道连通供油道和液压油道。由于销轴和曲轴的尺寸相对较大，如果直接对销轴和曲轴的接触部进行密封，必然导致密封结构的尺寸也较大，再加上销轴和曲轴的接触部存在相对运动且应力较大，密封结构的结构稳定性较差；采用液压导体后有如下几个好处：首先，液压导体可以将中间油道与销轴和曲轴交界面隔离开来，相当于在销轴和曲轴之间设置了一道隔离结构，使中间油道在封闭状态下通过了销轴和曲轴的交界面；其次，由于液压导体的外径较小，可在液压导体外侧面上设置尺寸较小的密封结构。

为了进一步提高液压导体和销轴之间的密封性，本发明还作了如下改进：所述液压导体由导液段和安装段组成，所述导液段为圆柱形，所述安装段为棱柱形，所述安装段的最大外径小于导液段的外径，导液段和安装段的交界处形成一台阶面；中间油道设置于导液段范围内；所述安装槽一的底部设置有与安装段匹配的棱柱形孔，安装段套接在棱柱形孔内；安装段外套接有一碟形弹簧，碟形弹簧一端与安装槽一的底部接触，碟形弹簧另一端与台阶面接触，碟形弹簧处于预压缩状态。前述改进的好处有：首先，碟形弹簧能使液压导体端面抵紧销轴，提高液压导体端面处的密封性，其次，安装段套接在棱柱形孔内后，液压导体能与曲轴同步运动(液压导体仅与销轴发生相对运动)，这就缩小了液压导体表面上存在摩擦的区域范围，使得液压导体与曲轴的接触区域可以采用结构相对稳定(与动密封结构相比)的静密封结构(即标记9所示的密封圈)。

本发明的有益技术效果是：提供了一种新的压缩比调节手段，可调节状态灵活多样，调节动作响应较快，不需要复杂的机械传动装置，结构较为简单，成本较低。

附图说明

图1、本发明的结构示意图；

图2、本发明与曲轴连接后的结构示意图；

图3、图2中圆圈内结构的放大示意图一；

图4、图2中圆圈内结构的放大示意图二；

图中各个标记所对应的部件分别为：活塞杆1、活塞套2、活塞端2-1、传动端2-2、液压活塞腔2-4、导向套3、环形槽3-1、销轴4、曲轴5、液压导体6、中间油道6-1、碟形弹簧7、密封环8(用于动密封)、密封圈9(用于静密封)、油楔槽10、第一液压油道YD1、第二液压油道YD2、堵头DT、供油道GYD、润滑油道R、衬套CT、安装槽一C1、安装槽二C2。

具体实施方式

一种可变连杆式VCR发动机连杆机构，其结构为：所述连杆由活塞杆1、活塞套2、导向套3和两个销轴4组成；活塞套2轴向上的一端形成活塞端2-1，另一端形成传动端2-2；活塞端2-1端面上设置有轴向的液压活塞腔2-4，两个销轴4设置于传动端2-2的外壁上，且两个销轴4位置对称、同轴设置；销轴4与活塞套2为整体结构；

所述导向套3为变截面柱，导向套3轴截面呈T形结构，T形结构的竖直段套接在液压活塞腔2-4内，T形结构的横向段与活塞端2-1端面连接；导向套3中部设置有轴向通孔；导向套3下部设置有环形槽3-1，环形槽3-1与导向套3下端面连通；

所述活塞杆1套接在导向套3的轴向通孔内，且活塞杆1和导向套3之间能相对滑动；活塞杆1内端设置有限位段1-1，限位段1-1直径大于轴向通孔内径，导向套3下端面对限位段1-1的最大上行行程进行限制；

所述活塞套2上的实心部分设置有两条相互独立的液压油道，第一液压油道的一端与第一销轴4的外端面连通，第一液压油道的另一端与液压活塞腔2-4的底面连通；第二液压油道的一端与第二销轴4的外端面连通，第二液压油道的另一端与液压活塞腔2-4中部连通，且第二液压油道与液压活塞腔2-4的连通处位于环形槽3-1高程范围内。

进一步地，所述销轴4外套接有曲轴5，套接在两个销轴4上的两个曲轴5的转动轴同轴；两个曲轴5上的实心部分各设置有一供油道，两条供油道分别与两条液压油道连通。

进一步地，所述曲轴5上用于套接销轴4的槽记为销轴槽；销轴槽底面设置有安装槽一；销轴4外端面上设置有安装槽二，安装槽一与安装槽二连通，安装槽一和安装槽二所围成的空间形成一圆柱形的安装腔，安装腔内设置有一液压导体6；液压导体6上设置有中间油道6-1，中间油道6-1连通供油道和液压油道。

进一步地，所述液压导体6由导液段和安装段组成，所述导液段为圆柱形，所述安装段为棱柱形，所述安装段的最大外径小于导液段的外径，导液段和安装段的交界处形成一台阶面；中间油道6-1设置于导液段范围内；所述安装槽一的底部设置有与安装段匹配的棱柱形孔，安装段套接在棱柱形孔内；安装段外套接有一碟形弹簧，碟形弹簧一端与安装槽一的底部接触，碟形弹簧另一端与台阶面接触，碟形弹簧处于预压缩状态。

有赖于现有技术，为了进一步提高本发明的使用效果，具体应用时，还可在本发明的方案中设置如下的辅助结构：1)为了防止液压油从导向套3和活塞杆1之间泄漏出去，在导向套3内壁和活塞杆1外壁之间设置了密封结构；2)为了防止液压油从导向套3和活塞套2之间泄漏出去，在导向套3外壁和活塞套2内壁之间设置了密封结构；3)为了提高限位段1-1上、下端面之间的密封性，在限位段1-1侧壁和活塞套2内壁之间设置了密封结构；4)为了提高液压的作用效率，在第一液压油道YD1与液压活塞腔2-4底面的连通处设置了液压腔，限位段1-1下端面设置有与液压腔匹配的柱状凸起；5)用于加工各种内部油道时留下的工艺油道的开口部均用对应的堵头DT堵塞；6)销轴4和曲轴5之间设置有衬套CT，曲轴5上与衬套CT对应的位置处设置有供给润滑油的润滑油道R；7)为了降低加工、安装时对中间油道6-1和供油道GYD对中性的要求，在曲轴5上中间油道6-1和供油道GYD的连通位置处设置了对应的环形腔槽，供油道GYD中的液压油可通过环形腔槽进入中间油道6-1内；8)为了降低液压导体6端面和销轴4之间的摩擦，在安装槽二C2底面设置有环形的油楔槽10，液压导体6和销轴4相对运动时，就会形成油楔效应，降低部件之间的磨损。

Claims (4)

1.一种可变连杆式VCR发动机连杆机构，其特征在于：所述连杆机构由活塞杆（1）、活塞套（2）、导向套（3）和两个销轴（4）组成；活塞套（2）轴向上的一端形成活塞端（2-1），另一端形成传动端（2-2）；活塞端（2-1）端面上设置有轴向的液压活塞腔（2-4），两个销轴（4）设置于传动端（2-2）的外壁上，且两个销轴（4）位置对称、同轴设置；销轴（4）与活塞套（2）为整体结构；

所述导向套（3）为变截面柱，导向套（3）轴截面呈T形结构，T形结构的竖直段套接在液压活塞腔（2-4）内，T形结构的横向段与活塞端（2-1）端面连接；导向套（3）中部设置有轴向通孔；导向套（3）下部设置有环形槽（3-1），环形槽（3-1）与导向套（3）下端面连通；

所述活塞杆（1）套接在导向套（3）的轴向通孔内，且活塞杆（1）和导向套（3）之间能相对滑动；活塞杆（1）内端设置有限位段（1-1），限位段（1-1）直径大于轴向通孔内径，导向套（3）下端面对限位段（1-1）的最大上行行程进行限制；

所述活塞套（2）上的实心部分设置有两条相互独立的液压油道，第一液压油道的一端与第一销轴（4）的外端面连通，第一液压油道的另一端与液压活塞腔（2-4）的底面连通；第二液压油道的一端与第二销轴（4）的外端面连通，第二液压油道的另一端与液压活塞腔（2-4）中部连通，且第二液压油道与液压活塞腔（2-4）的连通处位于环形槽（3-1）高程范围内。

2.根据权利要求1所述的可变连杆式VCR发动机连杆机构，其特征在于：所述销轴（4）外套接有曲轴（5），套接在两个销轴（4）上的两个曲轴（5）的转动轴同轴；两个曲轴（5）上的实心部分各设置有一供油道，两条供油道分别与两条液压油道连通。

3.根据权利要求2所述的可变连杆式VCR发动机连杆机构，其特征在于：所述曲轴（5）上用于套接销轴（4）的槽记为销轴槽；销轴槽底面设置有安装槽一；销轴（4）外端面上设置有安装槽二，安装槽一与安装槽二连通，安装槽一和安装槽二所围成的空间形成一圆柱形的安装腔，安装腔内设置有一液压导体（6）；液压导体（6）上设置有中间油道（6-1），中间油道（6-1）连通供油道和液压油道。

4.根据权利要求3所述的可变连杆式VCR发动机连杆机构，其特征在于：所述液压导体（6）由导液段和安装段组成，所述导液段为圆柱形，所述安装段为棱柱形，所述安装段的最大外径小于导液段的外径，导液段和安装段的交界处形成一台阶面；中间油道（6-1）设置于导液段范围内；所述安装槽一的底部设置有与安装段匹配的棱柱形孔，安装段套接在棱柱形孔内；安装段外套接有一碟形弹簧，碟形弹簧一端与安装槽一的底部接触，碟形弹簧另一端与台阶面接触，碟形弹簧处于预压缩状态。