CN103775204B - 一种连杆长度可变的发动机结构 - Google Patents

Abstract

一种连杆长度可变的发动机结构，其连杆小头上端与活塞铰接，连杆大头铰接在连杆轴颈上，连杆大头内具有空腔和弧形滑道；空腔内设置有副连杆和扇形摆块，且副连杆的上端与连杆小头的下端铰接，下端与扇形摆块的上端铰接；弧形滑道内右端具有回位簧，扇形摆块沿弧形滑道摆动并使其右端抵在回位簧的左端；扇形摆块的左下端与小连杆的上端铰接，连杆大头的下方铰接有摇臂，并使摇臂的上端与小连杆的下端铰接，摇臂的下端安装有滚轮；曲轴的曲柄臂内侧制有弧形导轨，滚轮沿弧形导轨移动。本发明通过增加连杆长度，使活塞保持在上止点位置不动，曲轴继续旋转使其动力臂提前增大，实现了将燃烧压力高效转换为曲轴的输出扭矩的目的。

Description

一种连杆长度可变的发动机结构

技术领域

本发明涉及内燃发动机技术领域，尤其涉及一种连杆长度可变的发动机结构。

背景技术

传统往复活塞式发动机工作过程中，燃烧爆发的最高压力出现在曲轴运动至过上止点后10°左右，此时作用在活塞顶部的燃气压力达到最大值时，曲轴输出的扭矩最大。但此时曲轴主轴颈、曲柄臂、连杆基本处于同一条直线上，曲轴动力臂很短，活塞大部分推力施加在曲轴主轴颈下轴瓦上，几乎不发生扭矩变化。当活塞向下运动时，曲柄臂与连杆倾斜增大，其与曲柄臂交角接近直角时动力臂最长，则产生最大扭矩。活塞继续向下运行，动力臂随之变短。对于整个做功行程而言，燃气的爆发力未能高效的转化为曲轴的旋转扭矩输出，导致传统往复活塞式发动机的功效不高。

发明内容

本发明解决的技术问题：设计一种连杆长度可变的发动机结构，当活塞到达压缩上止点时，通过增加连杆长度，使活塞保持上止点位置几乎不动，曲轴继续旋转一定角度进而使其动力臂提前增大，此时燃烧爆发的压力达到最大，产生的扭矩增大，实现了将燃烧压力高效转换为曲轴的输出扭矩的目的。

本发明的技术解决方案：一种连杆长度可变的发动机结构，包括气缸、活塞、连杆小头、连杆大头和曲轴，活塞位于气缸中，连杆小头的上端与活塞铰接，连杆大头铰接在连杆轴颈上，所述连杆大头内具有空腔和与空腔贯通的弧形滑道，所述空腔内设置有副连杆和扇形摆块，且副连杆的上端与连杆小头的下端铰接，副连杆的下端与扇形摆块的上端铰接；所述弧形滑道内右端具有回位簧，扇形摆块沿弧形滑道左右摆动并使扇形摆块的右端抵在回位簧的左端；所述扇形摆块的左下端与小连杆的上端铰接，所述连杆大头的下方铰接有摇臂，并使摇臂的上端与小连杆的下端铰接，摇臂的下端安装有滚轮；所述曲轴的曲柄臂内侧制有弧形导轨，所述滚轮沿弧形导轨滚动。

所述摇臂的下端同轴安装有两个滚轮；所述曲轴的两曲柄臂内侧分别制有弧形导轨，所述两个滚轮分别沿两弧形导轨滚动。

所述弧形导轨由初始导入段、弧形凸起段、保持段和释放段组成，所述保持段与连杆轴颈同心，且当曲轴旋转至上止点后20°时，滚轮位于弧形凸起段的最高点，曲轴旋转至上止点后20°—110°之间时滚轮沿保持段移动，曲轴旋转至上止点后110°之后滚轮进入释放段。

本发明具有的优点和效果：

1、本发明通过合理的可变连杆长度机构设计，使燃气推力更高效的转换为曲轴的旋转扭矩输出，从而显著提高燃油经济性和动力性。

2、本发明可变连杆长度的驱动机构与曲轴上的弧形导轨配合合理，不但能使可变连杆长度机构做出迅速改变，而且状态稳定。

3、本发明可变连杆长度机构无须与发动机外部连接，只须对发动机内部结构进行局部改造，便于实施推广。

附图说明

图1为本发明的正面结构示意图，

图2为本发明的侧面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1、2描述本发明的一种实施例。

一种连杆长度可变的发动机结构，包括气缸1、活塞2、连杆小头3、连杆大头8和曲轴13，活塞2位于气缸1中，连杆小头3的上端与活塞2铰接，其特征是：所述连杆大头8内具有空腔17和与空腔17贯通的弧形滑道7，所述空腔17内设置有副连杆4和扇形摆块5，且副连杆4的上端与连杆小头3的下端铰接，副连杆4的下端与扇形摆块5的上端铰接；所述弧形滑道7内右端具有回位簧9，扇形摆块5沿弧形滑道7左右摆动并使扇形摆块5的右端抵在回位簧9的左端；所述扇形摆块5的左下端与小连杆6的上端铰接，所述连杆大头8的下方铰接有摇臂10，并使摇臂10的上端与小连杆6的下端铰接，摇臂10的下端同轴安装有两个滚轮11；所述曲轴13的两曲柄臂15内侧分别制有弧形导轨12，所述两个滚轮11分别沿两弧形导轨12移动。

所述弧形导轨12由初始导入段18、弧形凸起段19、保持段20和释放段21组成，所述保持段20与连杆轴颈14同心，且当曲轴13旋转至上止点后20°时，滚轮11位于弧形凸起段19的最高点，曲轴13旋转至上止点后20°-110°之间滚轮11沿保持段20移动，曲轴13旋转至上止点后110°之后滚轮11进入释放段21。

下面以发动机为顺时针旋转，燃气爆发最高压力出现在上止点后20°为例，描述本发明的工作过程。

当压缩行程开始时，连杆大头8处于下止点附近，导轨12并未与滚轮11接触，在回位簧9的作用下整个连杆机构位于初始位置。此时滚轮11、小连杆6位于最下端，扇形摆块5在最左端极限位置，回位簧9处于舒展状态。扇形摆块5连动副连杆4处于左端偏移位置，副连杆4将连杆小头3拉下，整个连杆机构处于弯曲的收缩状态，这种状态一直持续到上止点前5°左右。滚轮11在上止点前20°-30°时进入弧形导轨12的初始导入段18，曲轴13继续旋转，弧形导轨12上快速上升的弧面凸起19保证曲轴13在上止点后20°转角之前通过滚轮11推动小连杆6上升到最大值，与此同时扇形摆块5在小连杆6的驱动下克服回位簧9弹力在滑道7内向右快速转动，推动副连杆4向右快速摆动同时推起连杆小头3，当滚轮11、小连杆6上升到最大值时，扇形摆块5与副连杆4摆动停止，此时副连杆4与连杆小头3呈一条直线，连杆机构伸长到最大值，来弥补连杆轴颈14向下的圆周运动。此时，曲轴13已经转过20°转角，但活塞2依然处于上止点位置。如果最高燃烧爆发压力在此时出现，高温高压的燃气膨胀推动活塞2下行，活塞2将推力通过在一条直线上的连杆传递在扇形摆块5上，最终将燃气推力施加在连杆轴颈14上，做功行程开始。此过程中有三个优点：（1）活塞始终位于上止点位置，燃烧室容积几乎没有增大，与同等参数的传统发动机在相同的进气量与转角下相比，本发明燃烧速度更快、燃烧温度与压力更高，动力性好；（2）本发明在活塞2位于上止点位置几乎不变时曲轴13可以顺时针转过一定角度，提前使连杆与曲柄臂15形成一定夹角，从而形成了一定长度的动力臂。此时最高燃烧压力出现推动活塞2下行，强大的推力更高效的转换为曲轴13的旋转扭矩输出；（3）由于曲轴在上止点后20°转角内活塞几乎未动，可将气门重叠角由传统发动机在上止点位置重叠推迟到上止点后10°-15°转角下进行，这样整个排气行程所占曲轴转角增大、排气行程增长，最终使排气更彻底、残余废气量更少，在不使用EGR（废气再循环系统）的工况下发动机燃烧更加稳定。

活塞2继续下行推动曲轴13旋转，在做功行程110°之前由于弧形导轨12的保持段20与连杆轴颈14同心，所以被弧形导轨12抬起的滚轮11会一直保持在上升趋势下不动，连杆机构也会一直保持在增长的稳定状态下不变。而燃气本身随活塞2下行而膨胀，温度和压力都很快降低。大概在上止点110°之后弧形导轨12跑道面开始呈下滑切线，弧形导轨12缓慢释放滚轮11，被压缩的回位簧9推动扇形摆块5缓慢向左运动，连杆机构再次收缩，等弧形导轨12与滚轮11完全释放时连杆机构收缩到极限位置，完成一次工作过程，等待下一次滚轮11与导轨12的会合。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等同变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种连杆长度可变的发动机结构，包括气缸（1）、活塞（2）、连杆小头（3）、连杆大头（8）和曲轴（13），活塞（2）位于气缸（1）中，连杆小头（3）的上端与活塞（2）铰接，连杆大头（8）铰接在连杆轴颈（14）上，其特征是：所述连杆大头（8）内具有空腔（17）和与空腔（17）贯通的弧形滑道（7），所述空腔（17）内设置有副连杆（4）和扇形摆块（5），且副连杆（4）的上端与连杆小头（3）的下端铰接，副连杆（4）的下端与扇形摆块（5）的上端铰接；所述弧形滑道（7）内右端具有回位簧（9），扇形摆块（5）沿弧形滑道（7）左右摆动并使扇形摆块（5）的右端抵在回位簧（9）的左端；所述扇形摆块（5）的左下端与小连杆（6）的上端铰接，所述连杆大头（8）的下方铰接有摇臂（10），并使摇臂（10）的上端与小连杆（6）的下端铰接，摇臂（10）的下端安装有滚轮（11）；所述曲轴（13）的曲柄臂（15）内侧制有弧形导轨（12），所述滚轮（11）沿弧形导轨（12）滚动。

2.根据权利要求1所述的一种连杆长度可变的发动机结构，其特征是：所述摇臂（10）的下端同轴安装有两个滚轮（11）；所述曲轴（13）的两曲柄臂（15）内侧分别制有弧形导轨（12），所述两个滚轮（11）分别沿两弧形导轨（12）滚动。

3.根据权利要求1或2所述的一种连杆长度可变的发动机结构，其特征是：所述弧形导轨（12）由初始导入段（18）、弧形凸起段（19）、保持段（20）和释放段（21）组成，所述保持段（20）与连杆轴颈（14）同心，且当曲轴（13）旋转至上止点后20°时，滚轮（11）位于弧形凸起段（19）的最高点，曲轴（13）旋转至上止点后20°—110°之间时滚轮（11）沿保持段（20）移动，曲轴（13）旋转至上止点后110°之后滚轮（11）进入释放段（21）。