CN104712427B - 可变压缩比装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变压缩比装置，其根据发动机的驱动状态改变设置在发动机中的活塞的上止点。可变压缩比装置可包括：可在发动机的气缸中往复移动并且与连杆连接以旋转曲轴的下部活塞；操作室；设置在下部活塞上方并且部分地插入操作室中的上部活塞；将操作室划分为上部空间和下部空间的推板；为下部空间的液压室；设置在上部空间中以向下推动推板的弹性构件；选择性地将液压供应到液压室的液压供应单元；以及液压供应路径，所述液压供应路径连接液压供应单元和液压室用于供应液压。

Description

可变压缩比装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年12月13日提交的韩国专利申请第10-2013-0155934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装置，更加具体而言，本发明涉及通过改变燃烧室的体积来改变压缩比的可变压缩比装置。

背景技术

一般而言，随着压缩比变高，热发动机的热效率增加。这里，压缩比是由活塞压缩的流入到气缸中的气体体积的比率，并且被表示为气缸体积/活塞处于上止点处的燃烧室体积。也就是说，随着活塞的上止点的变高压缩比增大。

在火花塞点火发动机的情况下，通过提前点火正时可以增加热效率，但是当考虑异常燃烧时提前点火正时可能存在限制。因此，需要改进了热发动机的热效率的可变压缩比(VCR)装置。

可变压缩比装置是一种根据发动机的驱动状态来改变气体混合物的压缩比的装置。可变压缩比装置通过在发动机的低负载驱动状态(低负载条件)下提升气体混合物的压缩比来改进燃料效率。在发动机的高负载驱动状态(高负载条件)下，可变压缩比装置用于防止爆震的产生，并且通过最大化供应气体混合物来改进发动机输出，同时降低气体混合物的压缩比。

在可变压缩比装置中，应用了移动气缸体的方式、改变燃烧室体积的方式和改变活塞的上止点的方式等。

但是，在相关技术中为了实现可变压缩比装置需要很多机械构成元件，因此可变压缩比装置的构造可能复杂。此外，在使用电作为动力源的电机等被用来驱动机械构成元件的情况下，存在的问题是燃料效率可能恶化。

此外，由于电机的动力传输比其他的齿轮接合装置需要相对更大的驱动扭矩，因此在电机的容量变小时受到限制。因此可能会增加车辆的整体重量，并且燃料效率可能恶化。

同时，由于机械构成元件之间的连接关系复杂，因此很难确保可变压缩比装置的快速响应。

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技术的理解，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改进燃料效率的可变压缩比装置。此外，本发明致力于提供一种可具有简化的构造，并可确保响应性的可变压缩比装置。

本发明的各个方面提供了一种可变压缩比装置，其根据发动机的驱动状态改变设置在发动机中的活塞的上止点。所述可变压缩比装置可以包括：下部活塞，所述下部活塞设置为可在发动机的气缸中往复移动，并且与连杆连接以通过所述下部活塞的往复运动来旋转曲轴；操作室，所述操作室形成在所述下部活塞的与所述连杆连接的部分的上方；上部活塞，所述上部活塞设置在所述下部活塞上方并且部分地插入所述操作室中；推板，所述推板形成在所述上部活塞的一部分上以将所述操作室划分为上部空间和下部空间；液压室，所述液压室是被划分的操作室的所述下部空间；弹性构件，所述弹性构件设置在被划分的操作室的上部空间中以向下推动所述推板；液压供应单元，所述液压供应单元选择性地将液压供应到所述液压室；以及液压供应路径，所述液压供应路径连接所述液压供应单元和所述液压室，从而使得液压从所述液压供应单元供应至所述液压室。

当供应至所述液压室的液压等于或大于预定量时，所述上部活塞可相对于所述下部活塞向上移动。当供应至所述液压室的液压小于预定量时，随着所述推板被所述弹性构件推动，所述上部活塞可移动到初始位置以与所述下部活塞形成接触。

所述液压供应路径可以包括：第一液压管路，其形成在气缸体中，并且所述第一液压管路的一端与所述液压供应单元连接；第二液压管路，其形成在所述曲轴中，并且所述第二液压管路的一端与所述第一液压管路的另一端相通；第三液压管路，其形成在所述连杆中，并且所述第三液压管路的一端与所述第二液压管路的另一端相通；以及第四液压管路，其形成在所述下部活塞中，并且所述第四液压管路的一端与所述第三液压管路的另一端相通，并且所述第四液压管路的另一端与所述液压室相通。

从所述液压供应单元供应的流体可以依次通过所述第一液压管路、所述第二液压管路、所述第三液压管路以及所述第四液压管路被供应到所述液压室。

所述第一液压管路和所述第二液压管路之间的连接部分以及所述第二液压管路和所述第三液压管路之间的连接部分可形成为基本为环形凹槽的形状，从而避免由于所述曲轴的旋转导致的流体的损失。

密封构件可以分别设置在所述第一液压管路和所述第二液压管路之间及所述第二液压管路和所述第三液压管路之间的连接部分处，以及所述第三液压管路和所述第四液压管路之间的连接部分处。分别设置在所述第一液压管路和所述第二液压管路之间及所述第二液压管路和所述第三液压管路之间的连接部分处的所述密封构件可以形成为具有与所述连接部分的基本为环形凹槽的形状对应的形状。

密封构件可以设置在所述下部活塞与所述连杆之间的液压供应路径连接部分处、所述连杆与所述曲轴之间的液压供应路径连接部分处以及所述曲轴和所述气缸体之间的液压供应路径连接部分处。

所述可变压缩比装置可以进一步包括：阀，所述阀设置在所述液压供应单元和所述液压供应路径之间，并且选择性打开或关闭从而液压被选择性地供应至所述液压室。所述阀可以调节供应至所述液压室的流体的量。

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实施方式，本发明的方法和装置所具有的其他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装置的构造图。

图2A和2B显示了根据本发明的示例性可变压缩比装置的操作。

图3是示意性地显示根据本发明的示例性可变压缩比装置中的液压供应路径的视图。

具体实施方式

下面将具体参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例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，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为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。

图1是根据本发明的各个实施方案的可变压缩比装置的构造图。如图1所示，根据本发明的各个实施方案的可变压缩比装置包括下部活塞10、上部活塞20、弹性构件26、液压供应回路或路径40以及液压供应单元70。此外，下部活塞10、上部活塞20和弹性构件26构成活塞P，该活塞P被设置为可在发动机的气缸C中往复移动。

下部活塞10与连杆30连接，从而通过活塞在气缸C中的往复运动来旋转曲轴50(参见图3)。此外，下部活塞10包括销孔12、操作室14、液压室16和杆插入孔18。

连杆30从下部活塞10接收燃烧动力，并将燃烧动力传输到曲轴50(参见图3)。为了传输燃烧动力，连杆30的一端通过活塞销35可旋转地连接到下部活塞10，并且连杆30的另一端可旋转地连接到曲轴50。通常而言，与活塞P连接的连杆30的一端称为小端32，并且与曲轴50连接的连杆30的另一端称为大端34。

销孔12为活塞销35插入的孔。也就是说，活塞销35布置为穿过连杆30的小端32和销孔12，从而连杆30与下部活塞10连接。

利用活塞销35的连杆30与活塞P之间的连接可能与本领域中的那些相同或相似，因此将省略其进一步详细描述。

操作室14是形成在下部活塞10中的空间并相对地处于连杆30和下部活塞10连接的部分上方。液压室16形成为使得液压可被供应至操作室14的一部分。杆插入孔18是从下部活塞10的上端穿通到操作室14的孔。

上部活塞20的一部分插入到杆插入孔18中从而与下部活塞10连接，并布置在下部活塞10的相对上方。此外，下部活塞10和上部活塞20插入到气缸C中并且与气缸C的内壁几乎无间隙。同时，为了保持下部活塞10和上部活塞20与气缸C的内壁之间的气密性，可以根据本领域技术人员的设计在下部活塞10和上部活塞20上设置活塞环。此外，上部活塞20被设置为在下部活塞10的基础上可选择性地向上和向下移动。这里，由于由上部活塞20的向上和向下运动而改变燃烧室1的体积，气体混合物的压缩比改变。

燃烧室1是形成在活塞P和气缸C之间的空间，根据进气门3和排气门5的打开和关闭操作，气体混合物被吸入燃烧室1中，或者燃烧了的气体从燃烧室1中排出。燃烧室1以及进气门3和排气门5的打开和关闭操作可以与本领域的那些相同或相似，因此将省略其详细描述。在本发明的各个实施方案中，燃烧室1形成在上部活塞20和气缸C之间。

上部活塞20包括连杆22和推板24。连杆22是上部活塞20插入到杆插入孔18中的一部分。也就是说，连杆22形成在上部活塞20的下方部分上，并且连杆22的一端通过杆插入孔18插入直至操作室14。

推板24形成在连杆22插入到杆插入孔18中的一端上。此外，推板24形成为宽板形状。此外，推板24被设置为与操作室14的内壁几乎无间隙，并且操作室14被推板24划分为上部空间和下部空间。这里，液压室16是被推板24所划分的操作室14的上部空间和下部空间中的下部空间。

弹性构件26布置在操作室14的上部空间中。此外，弹性构件26被设置为向下推动推板24。同时，弹性构件26可以为螺旋弹簧，但是本发明并不限于此。

液压供应回路或路径40形成并布置为供应液压至液压室16。图1中示出了液压供应回路40分别形成在连杆30和下部活塞10中的构造。这里，形成在连杆30中的液压供应回路40与形成在下部活塞10中的液压供应回路40相通，并且形成在下部活塞10中的液压供应回路40与液压室16相通。

液压供应单元70是将液压供应至液压供应回路40的装置。此外，从液压供应单元70供应的液压依次通过形成在连杆30中的液压供应回路40和形成在下部活塞10中的液压供应回路40而被供应至液压室16。同时，液压供应单元70可以是典型的油泵，但是本发明并不限于此，并且形成液压并通过液压供应回路或路径40被供应至液压室16的流体可以是油或气体。

液压供应单元70包括供应阀72。供应阀72打开或关闭使得液压选择性地供应，并且该供应阀72介于液压供应单元70和液压供应回路40之间。此外，供应阀72调节流体F的进给速率。但是，本发明并不限于此，在液压供应单元70被操作为选择性地供应液压的情况下供应阀72可以不是必须的。

图2A和2B显示了根据本发明的各个实施方案的可变压缩比装置的操作。如图2A和2B所示，根据被注入到液压室16中的流体F的量，上部活塞20基于下部活塞10而向上和向下移动。这里，流体F的量表示液压或液压的强度。

图2A显示了当液压到液压室16的供应被切断或少量流体F被供应到液压室16时上部活塞20向下移动的状态，图2B显示了当预定量或更多的液压被供应到液压室16中的时候上部活塞20向上移动的状态。

如图2A所示，在来自液压供应单元70的液压到液压室16的供应被切断或少量流体F被供应到液压室16时，上部活塞20由弹性构件26推动推板24的力向下移动。此外，上部活塞20的下方表面(连杆22在该下方表面上突出)与下部活塞10的上方表面形成接触。因此，燃烧室1的体积增大。

如图2B所示，在来自液压供应单元70的预定量或更多的液压被供应到液压室16时，上部活塞20通过流体F推动推板24的力向上移动。也就是说，上部活塞20的下方表面(连杆22在该下方表面上突出)移动从而与下部活塞10的上方表面间隔开。因此，燃烧室1的体积减小。这里，本领域技术人员通过考虑弹性构件26的弹力可以确定液压的给定值。

图3为示意性地显示根据本发明的各个实施方案的液压供应回路或路径的视图。如图3所示，液压供应回路或路径40包括第一、第二、第三和第四液压管路41、43、45和47以及第一、第二、第三润滑剂管路42、44和46。

第一液压管路41形成在气缸体60中。此外，第一液压管路41的一端与液压供应单元70连接。

第二液压管路43形成在曲轴50中。此外，第二液压管路43的一端与第一液压管路41的另一端相通。

第三液压管路45为形成在连杆30中的液压供应回路40(参见图1)。此外，第三液压管路45的一端与第二液压管路43的另一端相通。另外，第三液压管路45的所述一端形成在连杆30的大端34中，并且第三液压管路45的另一端沿着连杆30朝着小端32延伸。

第四液压管路47为形成在下部活塞50中的液压供应回路40(参见图1)。此外，第四液压管路47的一端与第三液压管路45的延伸到连杆30的小端的另一端相通(参见图1)。如上所述，第四液压管路47的另一端与液压室16相通。

从液压供应单元70供应的流体F依次通过第一液压管路41、第二液压管路43、第三液压管路45和第四液压管路47被供应到液压室16。

第一、第二、第三润滑剂管路42、44和46被设置为供应油以润滑轴承38和轴承58，所述轴承38插置于连杆30和曲轴50的连接部分中，所述轴承58插置于气缸体60和曲轴50之间的连接部分中。也就是说，通过第一、第二、第三润滑剂管路42、44和46被供应的油允许曲轴50平滑地旋转。

第一润滑剂管路42形成在气缸体60中。此外，第一润滑剂管路42的一端与液压供应单元70连接。图3示出了第一润滑剂管路42的一端与液压供应单元70连接的构造，但是本发明并不限于此。换言之，在被供应至液压供应单元70并形成液压的流体F并不是油而是气体的情况下，第一润滑剂管路42并不与液压供应单元70连接，而是与例如用于供应油的液压泵的装置连接。

第二润滑剂管路44形成在曲轴50中。此外，第二润滑剂管路44形成在曲轴50与气缸体60连接的部分处。此外，第二润滑剂管路44与第一润滑剂管路42的延伸到曲轴50和气缸体60之间的连接部分的另一端连接。同时，第二润滑剂管路44可以形成为在轴承58的直径方向上穿通曲轴50。因此，穿过第一润滑剂管路42和第二润滑剂管路44的油被用于润滑插置在气缸体60和曲轴50之间的连接部分中的轴承58。

第三润滑剂管路46形成在曲轴50中，并且从第二润滑剂管路44分支出来。也就是说，第三润滑剂管路46的一端与第二润滑剂管路44连接。此外，第三润滑剂管路46的另一端延伸至曲轴50和连杆30之间的连接部分。因此，穿过第三润滑剂管路46的油被用来润滑插置在连杆30和曲轴50之间的连接部分中的轴承38中。

供应至第一润滑剂管路42的油依次穿过第一润滑剂管路42、第二润滑剂管路44和第三润滑剂管路46，在这个过程中，已经被用来润滑轴承38和58的油落下并被收集在油盘中。

同时，为了防止流体F的损失，密封构件80被设置在下部活塞10和连杆30之间的液压供应路径40连接部分处、连杆30和曲轴50之间的液压供应路径40连接部分处以及曲轴50和气缸体60之间的液压供应路径40连接部分处。也就是说，密封构件80插置在第一液压管路41和第二液压管路43之间、插置在第二液压管路43和第三液压管路45之间以及插置在第三液压管路45和第四液压管路47之间。这里，为了避免流体F由于曲轴50的旋转而损失，第一液压管路41和第二液压管路43之间的连接部分以及第二液压管路43和第三液压管路45之间的连接部分分别形成为环形凹槽形状。此外，布置在第一液压管路41和第二液压管路43之间的连接部分处以及第二液压管路43和第三液压管路45之间的连接部分处的密封构件80分别形成环形形状，从而对应于第一液压管路41和第二液压管路43之间的连接部分以及第二液压管路43和第三液压管路45之间的连接部分的形状。

密封构件80从下部活塞10和连杆30之间的液压供应路径40连接部分形成处的表面突出，从而设置在下部活塞10上的密封构件80和设置在连杆30上的密封构件80以气密的方式彼此形成接触。在这种情况下，设置在下部活塞10上的密封构件80和设置在连杆30上的密封构件80中的至少一个突出。此外，密封构件80从连杆30和曲轴50之间的液压供应路径40连接部分形成处的表面突出，从而设置在连杆30上的密封构件80和设置在曲轴50上的密封构件80以气密的方式彼此形成接触。在这种情况下，设置在连杆30上的密封构件80和设置在曲轴50上的密封构件80中的至少一个突出。另外，密封构件80从曲轴50和气缸体60之间的液压供应路径40连接部分形成处的表面突出，从而设置在曲轴50上的密封构件80和设置在气缸体60上的密封构件80以气密的方式彼此形成接触。在这种情况下，设置在曲轴50上的密封构件80和设置在气缸体60上的密封构件80中的至少一个突出。

如上所述，根据本发明的各个实施方案，用于改变活塞P的上止点的构造的重量可以最小化，并且可以有效地改变压缩比，从而改进燃料效率。此外，由于液压被用来执行改变活塞P的上止点的操作，可能简化构造并可以提高响应性。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上部”或“下部”、“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。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要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。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (8)

1.一种可变压缩比装置，其根据发动机的驱动状态改变设置在发动机中的活塞的上止点，所述可变压缩比装置包括：

下部活塞，所述下部活塞设置为能够在发动机的气缸中往复移动，并且与连杆连接以通过所述下部活塞的往复运动来旋转曲轴；

操作室，所述操作室形成在所述下部活塞的与所述连杆连接的一部分的上方；

上部活塞，所述上部活塞设置在所述下部活塞上方并且部分地插入所述操作室中；

推板，所述推板形成在所述上部活塞的一部分上以将所述操作室划分为上部空间和下部空间；

液压室，所述液压室是被划分的操作室的所述下部空间；

弹性构件，所述弹性构件设置在被划分的操作室的上部空间中以向下推动所述推板；

液压供应单元，所述液压供应单元选择性地将液压供应到所述液压室；以及

液压供应路径，所述液压供应路径连接所述液压供应单元和所述液压室，从而使得液压从所述液压供应单元供应至所述液压室，

其中当供应至所述液压室的液压等于或大于预定量时，所述上部活塞相对于所述下部活塞向上移动，

其中所述液压供应路径包括：

第一液压管路，其形成在气缸体中，并且所述第一液压管路的一端与所述液压供应单元连接；

第二液压管路，其形成在所述曲轴中，并且所述第二液压管路的一端与所述第一液压管路的另一端相通；

第三液压管路，其形成在所述连杆中，并且所述第三液压管路的一端与所述第二液压管路的另一端相通；以及

第四液压管路，其形成在所述下部活塞中，并且所述第四液压管路的一端与所述第三液压管路的另一端相通，并且所述第四液压管路的另一端与所述液压室相通。

2.根据权利要求1所述的可变压缩比装置，其中：

当供应至所述液压室的液压小于预定量时，由于所述推板被所述弹性构件推动，所述上部活塞移动到初始位置以与所述下部活塞形成接触。

3.根据权利要求1所述的可变压缩比装置，其中：

从所述液压供应单元供应的流体依次通过所述第一液压管路、所述第二液压管路、所述第三液压管路以及所述第四液压管路而被供应到所述液压室。

4.根据权利要求1所述的可变压缩比装置，其中：

所述第一液压管路和所述第二液压管路之间的连接部分以及所述第二液压管路和所述第三液压管路之间的连接部分形成基本为环形凹槽的形状，从而避免由于所述曲轴的旋转导致的流体的损失。

5.根据权利要求4所述的可变压缩比装置，其中：

密封构件分别设置在所述第一液压管路和所述第二液压管路之间及所述第二液压管路和所述第三液压管路之间的连接部分处，以及所述第三液压管路和所述第四液压管路之间的连接部分处，并且

分别设置在所述第一液压管路和所述第二液压管路之间及所述第二液压管路和所述第三液压管路之间的连接部分处的所述密封构件所形成的形状对应所述连接部分的基本为环形凹槽的形状。

6.根据权利要求1所述的可变压缩比装置，其中：密封构件设置在所述下部活塞与所述连杆之间的液压供应路径连接部分处、所述连杆与所述曲轴之间的液压供应路径连接部分处以及所述曲轴和所述气缸体之间的液压供应路径连接部分处。

7.根据权利要求1所述的可变压缩比装置，进一步包括：

阀，所述阀设置在所述液压供应单元和所述液压供应路径之间，并且选择性打开或关闭从而液压被选择性地供应至所述液压室。

8.根据权利要求7所述的可变压缩比装置，其中：

所述阀调节供应至所述液压室的流体的量。