CN104265467A - 一种发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发动机，涉及发动机技术领域，能够解决目前可变压缩比发动机结构复杂且可靠性较差的问题。发动机包括缸盖、缸体以及设置在所述缸体内的活塞，所述活塞与所述缸盖之间形成燃烧室；发动机还包括：辅助缸筒，贯穿开设在所述缸盖上并与所述燃烧室连通；辅助活塞，密封设置在所述辅助缸筒内，所述辅助活塞的轴线与所述辅助缸筒的轴线重合，并可沿所述轴线方向在所述辅助缸筒内往复运动；驱动机构，设置在所述缸盖远离所述燃烧室的一侧，所述驱动机构与所述辅助活塞连接并为所述辅助活塞的往复运动提供动力。本发明的发动机可以用于汽车动力系统。

Description

一种发动机

技术领域

本发明涉及发动机设计领域，尤其涉及一种发动机。

背景技术

内燃机中的汽油机具有成本低、升功率高、重量轻以及排气后处理容易等优点被广泛运用于乘用车。但是，常规汽油机的热效率通常要比现代车用柴油机热效率低，特别是在部分负荷工况下，这种热效率低的缺点更加明显，并且还伴随着能源浪费以及废气污染更严重的问题。而在城市道路中，乘用车绝大部分都工作在部分负荷状态下。

为此，基于如何改善发动机经济性和排放性能，提出发动机可变技术(Variable Technology)。发动机可变技术包括很多种，如可变配气定时、可变排量、可变压缩比等，指根据发动机在不同的工况条件下，调整相应的各发动机参数，使得发动机在最佳的性能下工作，发挥出发动机最大的潜能并改善燃油经济性的新技术。其中，VCR(Variable Compression Ratio)即发动机可变压缩比技术，被认为是改善汽油机热效率和燃油经济性主要的手段之一。

但是，现有技术中的通常都是通过改造连杆或曲轴等机构来实现发动机可变压缩比，会使得发动机的结构复杂且生产成本高。

发明内容

本发明提供一种发动机，能够解决目前可变压缩比发动机结构复杂且可靠性较差的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种发动机，包括缸盖、缸体以及设置在所述缸体内的活塞，所述活塞与所述缸盖之间形成燃烧室，其特征在于，所述发动机还包括：

辅助缸筒，贯穿开设在所述缸盖上并与所述燃烧室连通；

辅助活塞，密封设置在所述辅助缸筒内，所述辅助活塞的轴线与所述辅助缸筒的轴线重合，并可沿所述轴线方向在所述辅助缸筒内往复运动；

驱动机构，设置在所述缸盖远离所述燃烧室的一侧，所述驱动机构与所述辅助活塞连接并为所述辅助活塞的往复运动提供动力。

进一步地，所述辅助活塞沿径向方向分割为第一辅助活塞和第二辅助活塞，所述第一辅助活塞与所述第二辅助活塞之间通过连接件固定连接；

所述驱动机构与所述第二辅助活塞连接，以驱动所述第二辅助活塞依次带动所述连接件和所述第一辅助活塞在所述辅助缸筒内往复运动。

进一步地，所述驱动机构包括：

驱动电机，所述驱动电机的输出轴上设有带齿的驱动轮；

齿条，与所述驱动轮相匹配，所述齿条的一端与所述第二辅助活塞的远离所述第一辅助活塞的一端固定连接；

ECU，用于控制所述驱动电机转动，以驱动所述驱动轮带动所述齿条做往复运动。

进一步地，发动机还包括：

注油通道，贯穿开设在所述缸盖上，所述注油通道的一端具有出油口，所述出油口与所述辅助缸筒连通；

泄油通道，贯穿开设在所述缸盖上，所述泄油通道的一端具有进油口，所述进油口与所述辅助缸筒连通；

润滑油，从所述注油通道的所述出油口流入所述辅助缸筒与所述辅助活塞之间的缝隙中，并经由所述缝隙从所述进油口流入所述泄油通道中；并且

所述辅助缸筒与所述辅助活塞之间通过所述润滑油进行密封。

进一步地，所述注油通道和所述泄油通道分别位于所述辅助活塞的轴向两侧，所述注油通道中设有注油电磁阀，所述泄油通道中设置有泄油电磁阀；

所述注油电磁阀与所述泄油电磁阀均与所述ECU连接并受控于所述ECU。

进一步地，所述连接件呈圆柱形，并与所述辅助活塞同轴设置；

所述连接件的直径小于所述辅助活塞的直径，以使得位于所述辅助缸筒内部的所述第一辅助活塞与所述第二辅助活塞之间形成一内腔，所述出油口与所述进油口均位于所述内腔处的所述缸盖上。

进一步地，所述辅助缸筒包括：

辅助缸套，密封且固定设置在所述辅助缸筒内，所述辅助缸套的轴线与所述辅助缸筒的轴线重合，所述辅助活塞密封设置在所述辅助缸套内，并可沿所述轴线方向在所述辅助缸套内往复运动。

进一步地，所述注油通道和所述泄油通道还同时贯穿所述辅助缸套，所述出油口与所述进油口均位于所述辅助缸套上。

进一步地，发动机还包括：

所述辅助缸筒的靠近所述燃烧室的一端的内壁上同轴设置有环状的防脱突起，所述防脱突起位于所述第一辅助活塞与所述燃烧室之间。

进一步地，发动机还包括：

活塞位置传感器，设置辅助缸筒内且与所述ECU连接，用于检测辅助活塞的位置；

油压传感器，设置缸体内且与所述ECU连接，用于检测燃烧室压力。

本发明提供的发动机，包括密封设置在缸盖上的辅助缸筒内的辅助活塞，辅助活塞被驱动机构驱动以在辅助缸筒内沿轴向方向往复运动，辅助缸筒与燃烧室连通，因此，辅助活塞运动过程中会改变辅助缸筒与燃烧室之间的体积，从而达到改变发动机压缩比的目的；本发明控制压缩比的机构都是由发动机上的常规用件构成，结构简单，成本低；另外，本发明中不用对发动机内部的连杆、曲轴等需要承受巨大冲击的零件进行改造，仅通过缸盖上单独设置的活塞的运动来实现对压缩比的控制，能够提高发动机的可靠性，并使得改变发动机压缩比的控制更简单，加大了压缩比可调范围。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例发动机的结构简图；

图2是根据本发明一个实施例发动机的缸盖部分的主视图；

图3是图1中A-A剖视图以及驱动机构示意图。

图中：100-缸盖、101-缸体，102-活塞，103-燃烧室，104-进气门，105-排气门，200-辅助缸筒，201-防脱突起，300-辅助活塞，301-第一辅助活塞，302-第二辅助活塞，303-连接件，400-驱动机构，401-驱动电机，402-驱动轮，403-齿条，500-注油通道，501-出油口，502-注油电磁阀，600-泄油通道，601-进油口，602-泄油电磁阀，700-辅助活塞位置传感器，800-缸压传感器。

具体实施方式

为了解决目前可变压缩比发动机结构复杂且可靠性较差的问题，本发明提供一种了发动机。在发动机的缸盖100上具有独立设置的且与燃烧室连通的活塞机构来实现对发动机压缩比的控制，使得结构简单，成本低，压缩比可调范围更广，同时还使得改变发动机压缩比的控制更简单。并且，由于不用对发动机内部的连杆、曲轴等需要承受巨大冲击的零件进行改造，从而提高了发动机的可靠性。

下面结合附图对本发明的发动机进行详细描述。

图1是根据本发明一个实施例发动机的结构简图；图2是根据本发明一个实施例发动机的缸盖部分的主视图；图2是图1中A-A剖视图以及驱动机构示意图。如图1-3所示，本实施例的发动机可以包括缸盖100、缸体101以及设置在缸体101内的活塞102，在缸盖100上具有进气门104和排气门105，每个活塞102与对应位置处的缸盖100之间形成为燃烧室103。另外，本实施例的发动机还可以包括图中示出的辅助缸筒200、第一辅助活塞301、第二辅助活塞302、驱动机构400以及连杆、曲轴等部件。

本实施例的辅助缸筒200是采用类似用来安装活塞102的缸筒的结构，在缸盖100开设一个贯穿的圆孔，从而成型为辅助缸筒200。辅助缸筒200的一端(图中3中所示的底端)与燃烧室103连通，并且每个燃烧室103通常仅与一个辅助缸筒200连通。由于缸盖100上还需要设置与燃烧室103连通的进气门104和排气门105，因此特别如图2中所示，辅助缸筒200与进气门104和排气门105之间基本上采用并列设置的方式，以消除相互之间的影响。另外，在辅助缸筒200与燃烧室连通的一端的内壁上同轴且一体成型有环状的防脱突起201。

本实施例的第一辅助活塞301和第二辅助活塞302形状基本上相同且与上述辅助缸筒200相匹配，同时密封设置在辅助缸筒200内。第一辅助活塞301和第二辅助活塞302的轴线均与辅助缸筒200的轴线重合，并均可沿该轴线方向在辅助缸筒200内往复运动。第二辅助活塞302位于第一辅助活塞301的远离燃烧室103的一端(图3中所示的第一辅助活塞301的顶端)，第一辅助活塞301与第二辅助活塞302之间通过连接件303固定连接。连接件303呈圆柱形，与第一辅助活塞301和第二辅助活塞302同轴设置。连接件303的直径小于第一辅助活塞301或第二辅助活塞302的直径，以使得辅助缸筒200内部的第一辅助活塞301与第二辅助活塞302之间能够形成一内腔。上述在辅助缸筒200上的防脱突起201是位于第一辅助活塞301的底部与燃烧室103之间，以对第一辅助活塞301下行位移进行限制，防止从辅助缸筒200中脱落。需要说明的是，第一辅助活塞301、第二辅助活塞302以及连接件303也可以一体成型为一个整体。

本实施例的驱动机构400，设置在缸盖100的远离燃烧室103的一侧，驱动机构400与第二辅助活塞302连接，以驱动第二辅助活塞302依次带动连接件303和第一辅助活塞301在辅助缸筒200内往复运动。驱动机构400可以包括驱动电机401，驱动电机401的输出轴上设有带齿的驱动轮402。驱动机构400还可以包括齿条403，齿条403与驱动轮402相匹配，齿条403的一端(图3中所示的齿条403的底端)与第二辅助活塞302的远离第一辅助活塞301的一端(图3所示的第二辅助活塞302的顶端)固定连接。齿条403与第二辅助活塞302的连接点位于第二辅助活塞302轴心处，以使得第二辅助活塞302受力更均匀，运行更稳定。驱动机构400还可以包括ECU，ECU用于控制驱动电机401转动，以使得驱动轮402带动齿条403做往复运动，其中，图3中的ECU与驱动电机401以及其他部件之间的连接导线未示出。并且，本实施例的驱动机构400采用驱动电机401及相配合部件的结构形式，具有结构简单、重量轻且占用体积小的优点，不影响车辆轻量化发展要求；同时，上述结构形式还可以使得辅助活塞300移动更方便快捷，从而使得改变发动机压缩比的控制更简单，也加大了压缩比可调范围。

需要说明的是，本实施例中的ECU可以根据车辆运行状态、发动机运行负荷以及气缸的缸体101内的一些参数等计算发动机的最佳压缩比，以及最佳压缩比所对应的最佳燃烧室体积，并根据与当前燃烧室体积进行对比，来对驱动电机401的转动进行控制，从而调节燃烧室体积至最佳。因此，如图3所示，发动机内还可以包括在适当位置处设置的与ECU连接的辅助活塞位置传感器700和缸压传感器800，以获取相关参数，从而辅助ECU进行上述判断。

本实施例中，当ECU判断发动机运行负荷降低时，为了降低发动机燃油消耗率需提高压缩比，此时需要一个相对较小的燃烧室体积。ECU会根据辅助活塞位置传感器700传递的第一辅助活塞301的当前位置信息，计算出当前燃烧室体积。需要说明的是，ECU对燃烧室体积的计算方式以及对驱动电机401的控制方式可以有多种，此处不再赘述，本实施例的重点在于可调节压缩比的发动机的结构。ECU若判断当前燃烧室体积大于最佳燃烧室体积，则控制驱动电机401转动，依次驱动齿条403、第二辅助活塞302、连接件303以及第一辅助活塞301向燃烧室103方向(图3中的底部)移动，以使得燃烧室体积减小到最佳燃烧室体积为止，从而提高发动机压缩比。当然，如果当前燃烧室体积是小于最佳燃烧室体积，则进行相反的调节即可。本发明控制压缩比的机构都是由发动机上的常规用件构成，结构简单，成本低。另外，本发明中不用对发动机内部的连杆、曲轴等需要承受巨大冲击的零件进行改造，仅通过缸盖100上单独设置的活塞机构的运动来实现对发动机压缩比的控制，能够提高发动机的可靠性，并使得改变发动机压缩比的控制更简单，也加大了压缩比可调范围。并且，在提高发动机的燃油经济性和发动机动力性能同时，还有利于降低排放污染物。

本实施例中，当ECU判断发动机运行负荷增大时，为了防止爆震需降低压缩比，此时需要一个相对较大的燃烧室体积，具体调节方式与上述发动机运行负荷降低时的调节类似，此处不再赘述。

本实施例的发动机还可以包括注油通道500和泄油通道600。注油通道500贯穿开设在缸盖100上，注油通道500一端(图3中靠近辅助缸筒200的一端)的端口为出油口501，该出油口501与辅助缸筒200连通。泄油通道600同样是贯穿开设在缸盖100上，泄油通道600一端(图3中靠近辅助缸筒200的一端)的端口为进油口601，进油口601与辅助缸筒200连通。发动机内的润滑油供油装置(未示出)中的润滑油可以从流入注油通道500，并从注油通道500的出油口501流入上述内腔中，并经由内腔从泄油通道600的进油口601流入泄油通道600中，最后从泄油通道600流回润滑油供油装置，以完成循环。进入上述内腔中的润滑油一方面能够为辅助缸筒200与第一辅助活塞301和第二辅助活塞302之间提供润滑；另一方面，通过循环流动的方式还能将第一辅助活塞301和第二辅助活塞302在辅助缸筒200内移动时产生的热量带走，达到散热的目的。

综上所述，本实施例中的辅助缸筒200内需要设置的辅助活塞300是分为对置的第一辅助活塞301和第二辅助活塞302，它们之间形成有上述内腔，以及内腔侧面的注油通道500和泄油通道600。本实施例的上述结构形式，可以使得辅助缸筒200与辅助活塞300之间的整体接触面积减小，能够减小摩擦，使得驱动辅助活塞300移动更轻松，同时还能使得摩擦产生的热量减少；另外，从注油通道500的出油口501流出的润滑油，能够经由上述内腔快速地将内腔的体积范围内的辅助缸筒200的内壁进行润滑和冷却(随着第一辅助活塞301和第二辅助活塞302的移动，同样可以快速将辅助缸筒200其他对应部分的内壁进行润滑和冷却)，再利用泄油通道600的进油口601将润滑和冷却过的润滑油从内腔中排出，往复循环，使得润滑和冷却效果更好；再有，在内腔中的润滑油可以更快速、更均匀地抵达第一辅助活塞301和第二辅助活塞302与辅助缸筒200之间形成的环形空隙中，使得润滑和冷却效果更好，最终保证发动机运行的稳定性能。由于车辆行驶过程中的路况是随时变化的，所以对发动机的压缩比调节也会比较频繁，此时，辅助缸筒200与辅助活塞300之间润滑效率和散热效率就尤为重要，将直接影响发动机的运行稳定性和车辆行驶安全性。

本实施例的注油通道500和泄油通道600分别位于辅助缸筒200的轴向两侧(图3中辅助缸筒200的左右两侧)。在注油通道500中可以设有注油电磁阀502，同样，在泄油通道600中可以设置有泄油电磁阀602。注油电磁阀502与泄油电磁阀602均与ECU连接并受控于ECU，具体控制方式不在赘述。

作为对本发明上述实施例的一种改进或者变形，本发明还提供了另外一种实施例。在本实施例中，例如辅助缸筒200还可以包括辅助缸套(未示出)，辅助缸套同样采用类似活塞102的缸套的形式和材质。辅助缸套密封且固定设置在辅助缸筒200内，且辅助缸套的轴线与辅助缸筒200的轴线重合。此时，第一辅助活塞301和第二辅助活塞302形状与辅助缸套相匹配，同时密封且同轴设置在辅助缸套内，并均可沿辅助缸套的轴线方向在辅助缸套内往复运动。辅助缸套的设计能够防止第一辅助活塞301和第二辅助活塞302往复运动过程中对缸盖100造成损伤。上述防脱突起201可以同轴设置在辅助缸套的靠近燃烧室的一端(图3中所示的底端)的内壁上，同样可以与辅助缸套一体成型。另外，当辅助缸筒200内设有辅助缸套时，上述出油口501和进油口601还同时贯穿辅助缸套，同样使得润滑油能够为辅助缸套内的第一辅助活塞301和第二辅助活塞302提供润滑和散热的作用。

本实施例中的第一辅助活塞301与第二辅助活塞302也可以是一个整体的辅助活塞300，辅助活塞300以同样密封方式设置辅助缸筒200内(或辅助缸筒200的辅助缸套内)，并可沿轴线方向在辅助缸筒200内往复运动。此时，润滑油可以从注油通道500的出油口501流入辅助活塞300与辅助缸筒200内壁(或辅助缸套的内壁)之间形成的环状的缝隙中，并经由该缝隙从另一端的泄油通道600的进油口601流入泄油通道600中，以对辅助活塞300起到润滑和散热作用。并且，辅助活塞300与辅助缸筒200内壁之间通过是润滑油进行密封。需要说明的是，辅助缸筒200内辅助活塞300也可以分割为两个以上，并以类似的方式布置。

本实施例中第一辅助活塞301与第二辅助活塞302之间的连接件303也可以为其他多种适合的形状。为提高冷却及润滑效果，也可以将上述注油电磁阀502更换为注油泵。另外，本实施例中的驱动机构400也可以采用其他适合的结构形式，以达到带动辅助活塞300做往复运动的目的即可。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种发动机，包括缸盖(100)、缸体(101)以及设置在所述缸体(101)内的活塞(102)，所述活塞与所述缸盖(100)之间形成燃烧室(103)，其特征在于，所述发动机还包括：

辅助缸筒(200)，贯穿开设在所述缸盖(100)上并与所述燃烧室(103)连通；

辅助活塞(300)，密封设置在所述辅助缸筒(200)内，所述辅助活塞(300)的轴线与所述辅助缸筒(200)的轴线重合，并可沿所述轴线方向在所述辅助缸筒(200)内往复运动；

驱动机构(400)，设置在所述缸盖(100)远离所述燃烧室的一侧，所述驱动机构(400)与所述辅助活塞(300)连接并为所述辅助活塞(300)的往复运动提供动力。

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述辅助活塞(300)沿径向方向分割为第一辅助活塞(301)和第二辅助活塞(302)，所述第一辅助活塞(301)与所述第二辅助活塞(302)之间通过连接件(303)固定连接；

所述驱动机构(400)与所述第二辅助活塞(302)连接，以驱动所述第二辅助活塞(302)依次带动所述连接件(303)和所述第一辅助活塞(301)在所述辅助缸筒(200)内往复运动。

3.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述驱动机构(400)包括：

驱动电机(401)，所述驱动电机(401)的输出轴上设有带齿的驱动轮(402)；

齿条(403)，与所述驱动轮(402)相匹配，所述齿条(403)的一端与所述第二辅助活塞(302)的远离所述第一辅助活塞(301)的一端固定连接；

ECU，用于控制所述驱动电机(401)转动，以驱动所述驱动轮(402)带动所述齿条(403)做往复运动。

4.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，还包括：

注油通道(500)，贯穿开设在所述缸盖(100)上，所述注油通道(500)的一端具有出油口(501)，所述出油口(501)与所述辅助缸筒(200)连通；

泄油通道(600)，贯穿开设在所述缸盖(100)上，所述泄油通道(600)的一端具有进油口(601)，所述进油口(601)与所述辅助缸筒(200)连通；

润滑油，从所述注油通道(500)的所述出油口(501)流入所述辅助缸筒(200)与所述辅助活塞(300)之间的缝隙中，并经由所述缝隙从所述进油口(601)流入所述泄油通道(600)中；并且

所述辅助缸筒(200)与所述辅助活塞(300)之间通过所述润滑油进行密封。

5.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，所述注油通道(500)和所述泄油通道(600)分别位于所述辅助活塞(300)的轴向两侧，所述注油通道(500)中设有注油电磁阀(502)，所述泄油通道(600)中设置有泄油电磁阀(602)；

所述注油电磁阀(502)与所述泄油电磁阀(602)均与所述ECU连接并受控于所述ECU。

6.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，所述连接件(303)呈圆柱形，并与所述辅助活塞(300)同轴设置；

所述连接件(303)的直径小于所述辅助活塞(300)的直径，以使得位于所述辅助缸筒(200)内部的所述第一辅助活塞(301)与所述第二辅助活塞(302)之间形成一内腔，所述出油口(501)与所述进油口(601)均位于所述内腔处的所述缸盖(100)上。

7.根据权利要求4所述的发动机，其特征在于，所述辅助缸筒(200)包括：

辅助缸套，密封且固定设置在所述辅助缸筒(200)内，所述辅助缸套的轴线与所述辅助缸筒(200)的轴线重合，所述辅助活塞(300)密封设置在所述辅助缸套内，并可沿所述轴线方向在所述辅助缸套内往复运动。

8.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，所述注油通道(500)和所述泄油通道(600)还同时贯穿所述辅助缸套，所述出油口(501)与所述进油口(601)均位于所述辅助缸套上。

9.根据权利要求7所述的发动机，其特征在于，还包括：

所述辅助缸筒(200)的靠近所述燃烧室的一端的内壁上同轴设置有环状的防脱突起(201)，所述防脱突起(201)位于所述第一辅助活塞(301)与所述燃烧室(103)之间。

10.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，还包括：

辅助活塞位置传感器(700)，设置辅助缸筒(200)内且与所述ECU连接，用于检测辅助活塞(300)的位置；

缸压传感器(800)，设置缸体(101)内且与所述ECU连接，用于检测燃烧室(103)压力。