CN103867310B - 可变压缩比设备和使用该可变压缩比设备的内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变压缩比设备和使用其该可变压缩比设备的内燃机。所述可变压缩比设备包括：主活塞，所述主活塞以往复运动的方式移动；主燃烧室，所述主燃烧室的体积通过所述主活塞而变化；副压缩室，所述副压缩室与所述主燃烧室相通；副活塞，所述副活塞被构造成在所述副压缩室中往复运动从而改变所述副压缩室的体积；和副活塞往复运动单元，所述副活塞往复运动单元使所述副活塞往复运动。因此可以改进内燃机的空气‑燃料比和输出。

Description

可变压缩比设备和使用该可变压缩比设备的内燃机
相关申请的交叉引用
本申请要求2012年12月17日提交的韩国专利申请第10-2012-0147787号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及可变压缩比设备和使用该可变压缩比设备的内燃机，更具体地，本发明涉及这样一种可变压缩比设备和使用该可变压缩比设备的内燃机，所述可变压缩比设备通过增加或减少燃烧室的体积从而改变压缩比。
背景技术
通常地，内燃机的压缩比通过在内燃机的压缩冲程中燃烧室在压缩之前的最大体积和燃烧室在压缩之后的最小体积而表示。
内燃机的输出随着内燃机的压缩比的增加而增加。然而，如果内燃机的压缩比过高，发生所谓的爆震，这种情况减少内燃机的输出并且也造成内燃机过热、内燃机的气门或活塞失效等。
因此，内燃机的压缩比被设定为在发生爆震之前的合适范围内的特定值。因此，由于可以通过根据内燃机的负荷合适地改变压缩比从而改进内燃机的空气-燃料比和输出，提出了各种途径从而改变内燃机的压缩比。
这些用于改变内燃机的压缩比的途径大多采用在压缩冲程的过程中改变燃烧室的体积的方法。例如，已经提出了在压缩冲程的过程中改变活塞的上止点的高度，或者增加或减少设置在气缸盖中的副压缩室的体积。
改变活塞的上止点的高度使得内燃机的结构复杂。因此，需要通过在气缸盖中提供副压缩室以改变压缩比，从而使得结构简单并且实现空气-燃料比的显著改进。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明致力于提供一种可变压缩比设备和使用其的内燃机，所述可变压缩比设备的优点是有助于通过在气缸盖中设置副压缩室和改变主压缩室的压缩比从而改进内燃机的空气-燃料比和输出。
本发明的各个方面提供一种可变压缩比设备，包括：主活塞，所述主活塞以往复运动的方式移动；主燃烧室，所述主燃烧室的体积通过所述主活塞而变化；副压缩室，所述副压缩室与所述主燃烧室相通；副活塞，所述副活塞被构造成在所述副压缩室中往复运动从而改变所述副压缩室的体积；和副活塞往复运动单元，所述副活塞往复运动单元使所述副活塞往复运动。
所述副压缩室可以相对于主压缩室以预定角度倾斜。所述副活塞的底表面可以相对于主压缩室以与所述副压缩室基本上相同的角度倾斜。所述副压缩室可以为圆柱体形状。
所述副活塞往复运动单元可以包括：连接杆，所述连接杆的一端连接至所述副活塞；偏心凸轮，所述偏心凸轮联接至所述连接杆的另一端；和旋转单元，所述旋转单元使所述偏心凸轮旋转。所述偏心凸轮可以挤压装配至所述连接杆的另一端。
所述偏心凸轮可以为圆形形状，和偏心旋转轴可以设置在所述偏心凸轮中从而将所述偏心凸轮可旋转地连接至所述旋转单元。
所述旋转单元可以包括：蜗轮，所述蜗轮整体地并可旋转地安装在所述旋转轴的末端处；蜗杆，所述蜗杆与所述蜗轮接合；和驱动马达，所述驱动马达连接至所述蜗杆从而使所述蜗杆旋转。所述旋转单元可以包括连续可变气门正时装置，所述连续可变气门正时装置具有整体地并可旋转地安装在所述旋转轴的末端处的叶片。
所述连续可变气门正时装置可以包括：连接杆，所述连接杆的一端连接至所述副活塞；曲柄状旋转轴，所述曲柄状旋转轴联接至所述连接杆的另一端；蜗轮，所述蜗轮整体地并可旋转地安装在所述旋转轴的末端处；蜗杆，所述蜗杆与所述蜗轮接合；和驱动马达，所述驱动马达连接至所述蜗杆从而使所述蜗杆旋转。
本发明的各个其它方面提供一种内燃机，包括：至少一个气缸，每个气缸具有所述可变压缩比设备；气缸体，所述气缸体形成所述气缸，并且主活塞插入所述气缸体并在其中往复运动；和气缸盖，所述气缸盖被构造成从顶部覆盖所述气缸体并且具有在所述气缸盖中形成的副燃烧室。所述至少一个气缸可以包括四个气缸。所述内燃机可以为使用阿特金森循环的内燃机。
在本发明的可变压缩比设备中，副燃烧室在气缸盖中形成从而与主燃烧室相通，并且副活塞设置在副燃烧室中从而改变体积。因此，由于主压缩室和副压缩室的总体积根据副活塞的往复运动冲程而变化，压缩比可以简单地变化。
通过该简单的结构，可以达到车辆重量的降低和成本的节约，并且可以简单调节内燃机的压缩比。因此可以有效地改进内燃机的空气-燃料比和输出。
此外，如果本发明应用于使用阿特金森循环(Atkinson Cycle)的内燃机，可以获得更好的空气-燃料比和扭矩。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1是根据本发明的示例性可变压缩比设备的立体图。
图2是根据本发明的应用于四气缸内燃机的示例性可变压缩比设备的立体图。
图3为根据本发明的示例性曲柄臂的立体图。
图4显示了根据本发明的示例性可变压缩比设备的操作。
图5是根据本发明的应用于四气缸内燃机的另一示例性可变压缩比设备的立体图。
图6是根据本发明的应用于四气缸内燃机的另一示例性可变压缩比设备的立体图。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应理解本说明书并非旨在将本发明限制于那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
参考图1至3，副压缩室20在形成主压缩室10a的气缸盖10的上方形成从而与主压缩室10a相通。
副压缩室20相对于主压缩室10a以预定角度倾斜。副压缩室20通常但是不一定具有圆柱体形状，并且可以具有不同形状。
副活塞30插入副压缩室20并且可以沿着副压缩室20的长度移动。
当副活塞30沿着副压缩室20的长度往复运动时，与主压缩室10a相通的副压缩室20的体积变化。
因此，燃烧室的总体积(等于主压缩室10a的体积和副压缩室10a的体积的总和)变化，因此内燃机的压缩比可以变化。
一端连接至副活塞30的连接杆40作为往复运动单元设置，从而使副活塞30沿着副压缩室20的长度往复运动。偏心凸轮50装配和联接至连接杆40的另一端。偏心凸轮50被连接从而可以通过合适的旋转单元旋转。
当偏心凸轮50通过旋转单元旋转时，连接杆40通过偏心凸轮50以副压缩室的体积增加的方向向副压缩室外部拉动，或通过偏心凸轮50以副压缩室的体积减小的方向向副压缩室内部推动，因此副压缩室的体积变化。
圆形联接孔40a在连接杆40的另一端上形成，并且圆形偏心凸轮50插入和联接至联接孔40a。偏心凸轮50的旋转轴50a从偏心凸轮50的中心和联接孔40a的中心朝外偏心地设置。因此，当旋转轴50a通过偏心凸轮50的旋转单元而旋转时，偏心凸轮50围绕旋转轴50a偏心旋转。
旋转单元包括蜗轮60，所述蜗轮60整体地并可旋转地安装在旋转轴50a的末端处；蜗杆62，所述蜗杆62与蜗轮60接合；和驱动马达64，所述驱动马达64连接至蜗杆62从而旋转蜗杆62。应理解这些整体元件可以一体地形成。
因此，当驱动马达64接收到来自控制器的控制信号而被驱动从而旋转蜗杆62时，蜗杆62的旋转传递至蜗轮60，并且旋转轴50a随着蜗轮60的旋转一起旋转。
参考图2，本发明的可变压缩比设备可以应用于四气缸内燃机。应理解本发明的可变压缩比设备可以应用于其它内燃机。
主活塞70设置在每个气缸中，并且主燃烧室10a的体积根据主活塞70的上下移动而变化。
副燃烧室20设置在气缸盖10中从而与每个气缸的主燃烧室10a相通，并且副活塞30可移动地安装在每个副燃烧室20中从而改变副燃烧室20的体积。
连接杆40的一端整体连接至副活塞30，并且偏心凸轮50例如通过挤压装配而联接至连接杆40的另一端。
每个偏心凸轮50整体地并可旋转地连接至旋转轴50a，并且旋转轴50a通过蜗轮60和蜗杆62连接至驱动马达64。因此，旋转轴50a在接收到驱动马达64的旋转力时旋转每个偏心凸轮50，因此改变每个气缸的压缩比。应理解整体元件可以一体地形成。
参考图3，副活塞30通过旋转轴50a的旋转而到达副压缩室20的底端，并且因此主压缩室和副压缩室的总体积主要限制于主压缩室的体积。
因此，根据主活塞70的上下移动而调节压缩比。由于在该情况下副压缩室占据极小体积，当主活塞70向上到达上止点时达到最高压缩比。
由于副压缩室20相对于气缸盖10以预定角度倾斜，副活塞30的底表面也形成与副压缩室20相同的倾斜角度。因此，有可能避免副压缩室20与主压缩室相通，使得当副活塞30向下到达最低水平时副压缩室20的体积在该情况下接近于零。
参考图4，副活塞30通过旋转轴50a的旋转而到达副压缩室20的顶端，并且因此主压缩室和副压缩室的总体积为最高水平。
因此，根据主活塞70的上下移动而调节压缩比。由于副压缩室的体积和主压缩室的体积相加从而将总体积增加至最高水平，当主活塞70到达上止点时可以达到最低压缩比。
参考图5，当副活塞30通过连接杆40和偏心凸轮50上下移动时，副活塞30也可以通过使用曲柄状旋转轴50b并且将连接杆40的另一端连接至曲柄状旋转轴50b从而通过连接杆40上下移动。
此外，可以使用连续可变气门正时(CVVT)装置代替驱动马达64，作为旋转旋转轴50a的方式。
例如，如图6中所示，叶片类型的连续可变气门正时装置80安装在旋转轴50a的末端处，并且连续可变气门正时装置80的叶片整体地并可旋转地安装至旋转轴50a。应理解这些整体元件可以一体地形成。
当叶片通过控制液压流体流入和流出可变气门正时装置80而旋转时，旋转轴50a根据叶片的旋转而旋转，因此使副活塞30往复运动。
同时，如果本发明应用于使用阿特金森循环的内燃机，可以获得更好的空气-燃料比和扭矩。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”或“下”、“内”或“外”等被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方式的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (8)

1.一种可变压缩比设备，包括：
主活塞，所述主活塞以往复运动的方式移动；
主燃烧室，所述主燃烧室的体积通过所述主活塞而变化；
副压缩室，所述副压缩室与所述主燃烧室相通；
副活塞，所述副活塞被构造成在所述副压缩室中往复运动从而改变所述副压缩室的体积；和
副活塞往复运动单元，所述副活塞往复运动单元使所述副活塞往复运动,
其中，所述副活塞往复运动单元包括：
连接杆，所述连接杆的一端连接至所述副活塞；
偏心凸轮，所述偏心凸轮联接至所述连接杆的另一端；和
旋转单元，所述旋转单元使所述偏心凸轮旋转，
其中，所述偏心凸轮为圆形形状，并且
偏心旋转轴设置在所述偏心凸轮中从而将所述偏心凸轮能够旋转地连接至所述旋转单元，
其中，所述旋转单元包括连续可变气门正时装置，所述连续可变气门正时装置具有整体地并能够旋转地安装在所述旋转轴的末端处的叶片。
2.根据权利要求1所述的可变压缩比设备，其中所述副压缩室相对于主压缩室以预定角度倾斜。
3.根据权利要求2所述的可变压缩比设备，其中所述副活塞的底表面相对于主压缩室以与所述副压缩室基本上相同的角度倾斜。
4.根据权利要求1所述的可变压缩比设备，其中所述副压缩室为圆柱体形状。
5.根据权利要求1所述的可变压缩比设备，其中所述旋转单元包括：
蜗轮，所述蜗轮整体地并且能够旋转地安装在所述旋转轴的末端处；
蜗杆，所述蜗杆与所述蜗轮接合；和
驱动马达，所述驱动马达连接至所述蜗杆从而使所述蜗杆旋转。
6.根据权利要求1所述的可变压缩比设备，其中所述偏心凸轮挤压装配至所述连接杆的另一端。
7.一种可变压缩比设备，包括：
主活塞，所述主活塞以往复运动的方式移动；
主燃烧室，所述主燃烧室的体积通过所述主活塞而变化；
副压缩室，所述副压缩室与所述主燃烧室相通；
副活塞，所述副活塞被构造成在所述副压缩室中往复运动从而改变所述副压缩室的体积；和
副活塞往复运动单元，所述副活塞往复运动单元使所述副活塞往复运动,
其中，连续可变气门正时装置包括：
连接杆，所述连接杆的一端连接至所述副活塞；
曲柄状旋转轴，所述曲柄状旋转轴联接至所述连接杆的另一端；
蜗轮，所述蜗轮整体地并能够旋转地安装在所述旋转轴的末端处；
蜗杆，所述蜗杆与所述蜗轮接合；和
驱动马达，所述驱动马达连接至所述蜗杆从而使所述蜗杆旋转。
8.一种内燃机，包括：
至少一个气缸，每个气缸具有根据权利要求1所述的可变压缩比设备；
气缸体，所述气缸体形成所述气缸，并且主活塞插入所述气缸体并在其中往复运动；和
气缸盖，所述气缸盖被构造成从顶部覆盖所述气缸体并且具有在所述气缸盖中形成的副燃烧室，
其中，所述至少一个气缸包括四个气缸，
其中，所述内燃机为使用阿特金森循环的内燃机。
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