CN104500242B - 一种可变压缩比发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变压缩比发动机，包括一种可变压缩比发动机，包括活塞、连杆和曲轴，其特征在于：所述连杆包括上连杆和下连杆，上连杆的上端通过活塞销与活塞连接，上连杆的下端通过左销子与横梁的一端连接，横梁与下连杆的上端通过一横梁销连接，下连杆的下端通过连杆轴颈与曲轴连接；横梁的另一端通过右销子与控制杆连接，控制杆只能上下移动；控制杆的下端设有弹性件，控制杆的上端设有一凹槽，轮子通过横销与凹槽滚动连接；轮子的上方设有一个与其相接触的凸轮，凸轮由设曲轴一端的曲轴链轮通过传动机构带动其转动，曲轴转动2周，凸轮转动1周。该发明能有效地提高发动机的输出效率，达到节能增效目的。

Description

一种可变压缩比发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机，特别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，是影响功率、扭矩输出的重要因素，传统的发动机的压缩比一般是固定的。为了使得现代发动机能在各种变化的工况中发挥更好的效率，以变对变来改善发动机的运行性能，近年来汽车制造商开始将研究的方向转向可变压缩比的发动机。发动机在中、低负荷时，为了改善发动机的排放水平，需要采用较大的压缩比，而在高负荷时采用更高的增压压力，需要降低压缩比，这样可以提高发动机的燃油性和输出功率。随着油价会继续的走高，开发可变压缩比发动机实现节能增效的目标，是汽车工业发展的大趋势。

发明内容

本发明提供了一种能改变凸轮与曲轴的相对角度的可变压缩比发动机。

一种可变压缩比发动机，包括一种可变压缩比发动机，包括活塞、连杆和曲轴，其特征在于：

所述连杆包括上连杆和下连杆，上连杆的上端通过活塞销与活塞连接，上连杆的下端通过左销子与横梁的一端连接，横梁与下连杆的上端通过一横梁销连接，下连杆的下端通过连杆轴颈与曲轴连接；横梁的另一端通过右销子与控制杆连接，控制杆只能上下移动；控制杆的下端设有弹性件，控制杆的上端设有一凹槽，凹槽内设有轮子，轮子通过横销与凹槽滚动连接；轮子的上方设有一个与其相接触的凸轮，凸轮由设曲轴一端的曲轴链轮通过传动机构带动其转动，曲轴转动2周，凸轮转动1周。

所述传动机构包括凸轮轴驱动链轮、调控套筒、链条A、调节轮、传动齿轮和蜗杆；其中：凸轮与凸轮轴的一端相连，凸轮轴的另一端设有斜状齿纹，调控套筒设在凸轮轴带有斜状齿轮的一端外侧上，调控套筒的一边上下设有凸出的长方体卡条，凸轮轴驱动链轮套在调控套筒的外侧且其内腔与长方体卡条相吻合，调控套筒可在凸轮轴驱动链轮的内腔中左右移动，且调控套筒可随凸轮轴驱动链轮的转动而转动；曲轴链轮通过链条A带动凸轮轴驱动链轮转动；调控套筒的另一边外侧设有调节轮，调节轮不随调控套筒的转动而转动；调节轮的外侧周边上有齿纹并与设在调节轮上方的蜗杆A杆纹相吻合，蜗杆A的另一端与传动齿轮固定连接，传动齿轮的一侧设有一电机，电机的输出轴与传动齿轮的齿纹相吻合。

所述传动机构包括凸轮轴驱动链轮、左链轮、右链轮、调节杆、套管、主动齿轮、从动齿轮和链条B，其中：凸轮轴驱动链轮通过凸轮轴与凸轮相连，左链轮和右链轮分别设在曲轴链轮和凸轮轴驱动链轮中间的左右两侧，左链轮和右链轮中心径向固定在调节杆的两端，调节杆的中部上方设有调节杆齿纹，且中部套在套管内并可在套管内左右滑动，套管固定在汽缸内壁上且中部开口，从动齿轮与开口处内的调节杆齿纹相互啮合，从动齿轮前端设有与其同轴的主动齿轮并由主动齿轮带动，链条B套置在曲轴链轮、左链轮、凸轮轴驱动链轮和右链轮上。

所述主动齿轮由电机通过蜗杆B驱动。

所述凸轮具有一凸轮本体和一弧形的凸出部，凸轮本体为圆形或盘形。

所述凸轮左右两侧面为内凹圆弧面，上下面为凸出的圆弧面。

所述弹性件为弹簧，弹簧通过弹簧座固定在汽缸内壁上。

本发明通过上下连杆、控制条、横梁、轮子、凸轮、弹性件与传动件的配合，使凸轮与曲轴之间的相对角度发生变化，实现点火或燃烧时活塞的位置相对向上或向下发生了改变，从而改变发动机的有效压缩比，同时可使发动机点火或喷油燃烧产生的最大压力作用在最佳的角度上，使力的传输更科学，起到事半功倍的作用，能有效地提高发动机的输出效率，达到节能增效目的，从而满足了消费者对汽车动力性能和燃油经济性的双重要求，也是顺应了汽车工业发展的趋势。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是采用调控套筒和调节轮的传动机构的结构示意图；

图3采用左右链轮的传动机构的结构示意图。

图4是具有内凹圆弧面的凸轮结构示意图；

图中，活塞1，上连杆2，左销子3，横梁4，曲轴5，曲柄6，下连杆7，横梁销8，弹簧座9，弹簧10，控制杆11，右销子12，凸轮13，轮子14，横销15，电机16，传动齿轮17，调控套筒18，调节轮19，凸轮轴20，凸轮轴驱动链轮21，蜗杆A22，左链轮23，主动齿轮24，蜗杆B25，右链轮26，调节杆27，从动齿轮28，套管29，曲轴链轮30，链条B31。

实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步说明：

实施例一

如图1所示，一种可变压缩比发动机，包括活塞1、连杆和曲轴5，连杆包括上连杆2和下连杆7，上连杆2的上端通过活塞销与活塞1连接，上连杆2的下端通过左销子3与横梁4的一端连接，横梁4与下连杆7的上端通过一横梁销8连接，下连杆7的下端通过连杆轴颈与曲轴5连接；横梁4的另一端通过右销子12与控制杆11连接，控制杆11只能上下移动；控制杆11的下端设有弹性件，控制杆11的上端设有一凹槽，凹槽内设有轮子14，轮子14通过横销15与凹槽滚动连接；轮子14的上方设有一个与其相接触的凸轮13，凸轮13由设曲轴5一端的曲轴链轮30通过传动机构带动其转动，曲轴5转动2周，凸轮13转动1周。

凸轮13具有一凸轮本体和一弧形的凸出部，凸轮本体为圆形或盘形，图中所示为圆形，弧形的凸出部又向外凸出的弧形面和两侧的斜面围成。

弹性件为弹簧10，弹簧10通过弹簧座9固定在汽缸内壁上。

该发动机的工作过程为：当发动机进入压缩冲程，曲轴5从下往上转动，活塞1也从下往上移动，当曲轴5转到最高点时，活塞1也运行到最高点，此时还不点火或喷油，也在此时轮子14运行到凸轮13的凸出部的交接处。进入做功冲程，曲轴5从上往下转动的同时，轮子14也从凸轮本体的弧形面往凸出部的斜面上运行，当曲轴5自上向下转动到曲柄6与下连杆7形成一定的角度时，轮子14也同时刚好运行到凸轮凸出部的斜面上。由于轮子14受到凸轮凸出部的推动，所以轮子14和控制杆11自上往下移动了一些距离，自上移动下来的距离刚好补偿了曲轴5从上往下转动给活塞1、上连杆2、横梁4带来的影响，因此，自曲轴从最高点向下运动到曲柄6与下连杆7形成一定的角度这一小段时间内，活塞1保持在同一位置不变，此时再点火或喷油燃烧产生的压力作用在最佳的位置和角度上，可使力的传输更科学。燃烧产生的压力推动活塞、上连杆2、横梁4一边、下连杆7随着曲轴5一起向下运行，轮子14则在凸轮13凸出部的弧形面上运行，轮子14、控制杆11在这段时间内位置不变，直到曲轴5快转到最低点时，轮子14才从凸轮13的凸出部运行到凸轮本体的弧形面上，弹簧10则将轮子14、控制杆11向上顶起使其归位，到排气冲程、吸气冲程、压缩冲程活塞都会随着曲轴5一起运动，只有在做功冲程刚开始时的一小短时间内在同一位置不变，直到曲柄6与下连杆7形成一定的角度时，点火或喷油后才会随着曲轴5一起运动。

实施例二

实施例2与实施例1在结构上的区别在于凸轮13采用不同的形状，凸轮13的形状如图4所示，凸轮13左右两侧面为内凹圆弧面，上下面为凸出的圆弧面。其他结构与实施例1相同。

该发动机的工作过程为：当发动机进入压缩冲程，曲轴5从下往上转动，活塞1也从下往上移动，当曲轴5自下向上转动到曲柄6与下连杆7形成一定的角度时，活塞1则运行到最高点，轮子14则刚运行到凸轮13的凸出弧面与内凹面的交界处，曲轴5继续向上转动，轮子14则受到弹簧10的向上推力往凸轮13的内凹面上运行，当曲轴5转到最高点时，轮子14也运行到内凹面的最低点，进入做功冲程，曲轴5从上往下转动，轮子14则从凸轮13的内凹面往凸出弧面上运行，当曲轴5从上往下转动到曲柄6与下连杆7形成一定的角度时，轮子14也从内凹面运行到凸轮的凸出弧面上，（压缩冲程曲轴从下往上转动到曲柄6与下连杆7形成一定的角度时，活塞1也运行到最高点，曲轴5继续向上转动在此同时，轮子14则从凸轮13的凸出弧面往内凹面上运行，直到进入做功冲程曲柄6与下连杆7形成一定角度时，轮子14才又运行到凸轮13的凸出弧面上。轮子14从凸轮13的凸出弧面上往内凹面上运行，再从内凹面上运行到凸出弧面上抵消掉了曲轴5继续向上转动和向下转动给活塞1带来的影响，最终使活塞1在压缩冲程曲柄6与下连杆7形成一定角度时到做功冲程曲柄6与下连杆7形成一定角度时都在同一位置不变。下面到排气冲程和吸气冲程原理一样。）此时再点火或喷油，燃烧产生的最大压力作用在最佳的角度和位置上，可使力的传输更科学。燃烧产生的压力推动活塞1、上连杆2、横梁4一边、下连杆7随着曲轴5一起向下运行。排气冲程和吸气冲程与压缩冲程、做功冲程同之，只是缺少了点火和喷油。

上述实施例1、2调节可变压缩比的过程，进入压缩冲程，曲轴5自上转动到最高点，活塞1也运行到最高点，此时轮子14刚好与凸轮13凸出部斜面接触或从凸轮13内凹面的最低点准备向一侧的弧面上运行，在此基础上，如果实施例1和实施例2中的凸轮13向前比曲轴5多转了一些角度，将迫使轮子14提前与实施例1中凸轮13凸出部的斜面接触点接触，或迫使轮子11提前从实施例2中凸轮13内凹面的最低点提前向上运行，进入做功冲程，曲轴5向下转动到曲柄6与下连杆7形成一定的角度时，轮子11也运行到实施例1中凸轮13的凸出部斜面上或实施例2中凸轮13的凸出弧面上，最终使活塞1在曲轴5转到最高点时活塞所在的位置上提高了一些，这直接使压缩比变大。反之凸轮13比曲轴5延后一些角度也会使活塞1的位置向下移动一些，使压缩比变小。

改变凸轮10与曲轴8相对角度的优选方式有以下两种：

（1）如图2所示，通过实施例1、2所述的传动机构来改变，传动机构包括凸轮轴驱动链轮21、调控套筒18、链条A、调节轮19、传动齿轮17和蜗杆A22；其中：凸轮13与凸轮轴20的一端相连，凸轮轴20的另一端设有斜状齿纹，调控套筒18设在凸轮轴20带有斜状齿轮的一端外侧上，调控套筒18的一边上下设有凸出的长方体卡条，凸轮轴驱动链轮21套在调控套筒18的外侧，且其内腔与长方体卡条相吻合，调控套筒18可在凸轮轴驱动链轮21的内腔中左右移动，且调控套筒18可随凸轮轴驱动链轮21的转动而转动；曲轴链轮30通过链条A带动凸轮轴驱动链轮21转动；调控套筒18的另一边外侧设有调节轮19，调节轮19不随调控套筒18的转动而转动；调节轮19的外侧周边上有齿纹并与设在调节轮19上方的蜗杆A22杆纹相吻合，蜗杆A22的另一端与传动齿轮17固定连接，传动齿轮17的一侧设有一电机16，电机16的输出轴与传动齿轮17的齿纹相吻合。

当电机16正转时，电机输出轴带动传动齿轮17转动进而带动蜗杆A22转动，蜗杆A22转动推动调节轮19向左移动，进而带动调控套筒18一起向左移动，调控套筒18向左移动的同时会随着凸轮轴20的斜状齿纹向上滑行往右移动，可使调控套筒18与凸轮轴20的相对角度发生改变，进而使凸轮轴驱动链轮21、曲轴5与凸轮轴20的相对角度发生改变。反之电机反转也会促使凸轮轴20与曲轴5的相对角度发生改变。

（2）如图3所示，通过实施例1、2所述的传动机构来改变，所述传动机构包括凸轮轴驱动链轮21、左链轮23、右链轮26、调节杆27、套管29、主动齿轮24、从动齿轮28和链条B31，其中：凸轮轴驱动链轮21通过凸轮轴20与凸轮13相连，左链轮23和右链轮26分别设在曲轴链轮30和凸轮轴驱动链轮22中间的左右两侧，左链轮23和右链轮26中心径向固定在调节杆27的两端，调节杆27的中部上方设有调节杆齿纹，且中部套在套管29内并可在套管29内左右滑动，套管29固定在汽缸内壁上且中部开口，从动齿轮28与开口处内的调节杆齿纹相互啮合，从动齿轮28前端设有与其同轴的主动齿轮24并由主动齿轮24带动，链条B31套置在曲轴链轮30、左链轮23、凸轮轴驱动链轮22和右链轮26上。

主动齿轮24由电机16通过蜗杆B25驱动。

电机16转动，蜗杆B25带动主动齿轮27转动，主动齿轮24转动从动齿轮28随之转动，从动齿轮28转动推动调节杆27移动，电机16正转则调节杆27向左移动，左、右链轮23、26一起向左移动，左链轮23顶起由右链轮26放松过来的链条B31，会使凸轮轴驱动链轮21与曲轴链轮30相对应的角度改变，从而使凸轮13与曲轴5的相对角度会发生变化；反之，调节杆27和左、右链轮23、26向右移动，也会使凸轮轴驱动链轮21与曲轴链轮30相对应的角度发生改变。

由于凸轮的形状有多种、改变凸轮与曲轴的相对角度的结构也有多种方法，本说明书只列举2种作为本发明之用，本发明并不限于以上的说明范围，如果用任何别的等效的内容代替上述实施例，它们也同样落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种可变压缩比发动机，包括一种可变压缩比发动机，包括活塞、连杆和曲轴，其特征在于：

所述连杆包括上连杆（2）和下连杆（7），上连杆（2）的上端通过活塞销与活塞（1）连接，上连杆（2）的下端通过左销子（3）与横梁（4）的一端连接，横梁（4）与下连杆（7）的上端通过一横梁销（8）连接，下连杆（7）的下端通过连杆轴颈与曲轴（5）连接；横梁（4）的另一端通过右销子（12）与控制杆（11）连接，控制杆（11）只能上下移动；控制杆（11）的下端设有弹性件，控制杆（11）的上端设有一凹槽，凹槽内设有轮子（14），轮子（14）通过横销（15）与凹槽滚动连接；轮子（14）的上方设有一个与其相接触的凸轮（13），凸轮（13）由设曲轴（5）一端的曲轴链轮（30）通过传动机构带动其转动，曲轴（5）转动2周，凸轮（13）转动1周；

所述传动机构包括凸轮轴驱动链轮（21）、调控套筒（18）、链条A、调节轮（19）、传动齿轮（17）和蜗杆A（22）；其中：凸轮（13）与凸轮轴（20）的一端相连，凸轮轴（20）的另一端设有斜状齿纹，调控套筒（18）设在凸轮轴（20）带有斜状齿轮的一端外侧上，调控套筒（18）的一边上下设有凸出的长方体卡条，凸轮轴驱动链轮（21）套在调控套筒（18）的外侧，且其内腔与长方体卡条相吻合，调控套筒（18）可在凸轮轴驱动链轮（21）的内腔中左右移动，且调控套筒（18）可随凸轮轴驱动链轮（21）的转动而转动；曲轴链轮（30）通过链条A带动凸轮轴驱动链轮（21）转动；调控套筒（18）的另一边外侧设有调节轮（19），调节轮（19）不随调控套筒（18）的转动而转动；调节轮（19）的外侧周边上有齿纹并与设在调节轮（19）上方的蜗杆A（22）杆纹相吻合，蜗杆A（22）的另一端与传动齿轮（17）固定连接，传动齿轮（17）的一侧设有一电机（16），电机（16）的输出轴与传动齿轮（17）的齿纹相吻合；

或

所述传动机构包括凸轮轴驱动链轮（21）、左链轮（23）、右链轮（26）、调节杆（27）、套管（29）、主动齿轮（24）、从动齿轮（28）和链条B（31），其中：凸轮轴驱动链轮（21）通过凸轮轴（20）与凸轮（13）相连，左链轮（23）和右链轮（26）分别设在曲轴链轮（30）和凸轮轴驱动链轮（21）中间的左右两侧，左链轮（23）和右链轮（26）中心径向固定在调节杆（27）的两端，调节杆（27）的中部上方设有调节杆齿纹，且中部套在套管（29）内并可在套管（29）内左右滑动，套管（29）固定在汽缸内壁上且中部开口，从动齿轮（28）与开口处内的调节杆齿纹相互啮合，从动齿轮（28）前端设有与其同轴的主动齿轮（24）并由主动齿轮（24）带动，链条B（31）套置在曲轴链轮（30）、左链轮（23）、凸轮轴驱动链轮（21）和右链轮（26）上；所述主动齿轮（24）由电机（16）通过蜗杆B（25）驱动；

所述凸轮（13）具有一凸轮本体和一弧形的凸出部，凸轮本体为圆形，或所述凸轮（13）左右两侧面为内凹圆弧面，上下面为凸出的圆弧面。

2.根据权利要求1所述的可变压缩比发动机，其特征在于：

所述弹性件为弹簧（10），弹簧（10）通过弹簧座（9）固定在汽缸内壁上。