CN105065127A - 可变压缩比的发动机 - Google Patents

Abstract

一种可变压缩比的发动机，其包括汽缸盖、汽缸体以及曲轴箱，所述汽缸盖固定盖设在所述汽缸体上，所述曲轴箱包括上曲轴箱以及油底壳，所述汽缸体可相对上下运动的安装在所述上曲轴箱上，所述汽缸体与所述上曲轴箱对应的一侧凸设有一插接段，所述插接段间隙配合的插设在所述上曲轴箱上对应所述汽缸体一侧的连杆过口中，所述插接段可在所述连杆过口中相对上下滑动，所述插接段的四周外侧壁与所述连杆过孔中的内孔壁之间均匀分布的设置有若干滚珠；所述汽缸体与上曲轴箱之间设置有两组偏心轮机构，每一组所述偏心轮机构均与一个驱动装置联动。

Description

可变压缩比的发动机

技术领域

本发明涉及内燃机设备领域，特别涉及一种可变压缩比的发动机。

背景技术

发动机的压缩比是指活塞运动到下止点时的汽缸容积与活塞运动到上止点时的汽缸容积之比。一般而言，常见车用汽油发动机的压缩比为9～11：1不等。而必须指出的是，涡轮增压发动机和自然进气发动机的压缩比一般设置不同，自然进气发动机为了提高进气效率，压缩比一般都较涡轮增压发动机高一些。压缩比决定了汽油机压缩混合气的压力，汽油的燃烧特性导致了汽油发动机的混和气压力不能太高。如果汽缸内的压力超过了临界值，汽油就会因为压缩而在点火之前被点燃，这种现象被称为爆燃，并产生爆震，会对发动机带来很大的伤害。对于现在广泛应用的增压发动机，当涡轮增压介入以后，燃烧室的温度和压力会大幅度升高，如果这个值过高，爆震就不可避免。这会对发动机造出巨大伤害，同时也会影响动力输出。所以，固定压缩比的涡轮增压和机械增压发动机只能把压缩比设计得比普通自然吸气发动机低一些。但是这种过低的压缩比设计，又会导致发动机在增压器(特别是涡轮增压)没有完全介入时(也就是说，发动机在低转速时)，燃烧效率非常低，能产生的动力要比普通自然吸气发动机所产生的动力要少的多，因此，通过提高压缩比来提升动力性，除了不断提高燃油质量和改进发动机制造工艺之外，一种压缩比随发动机工况改变而变化的可变压缩比发动机也就呼之欲出了。

这种技术可以让发动机在燃油适应性方面拥有巨大的优势。现在新款的主流发动机的压缩比普遍设计在10:1以上，以获得更好的动力输出和燃油经济性，但是高压缩比的发动机需要使用较高标号的燃油，这种要求会降低汽车在偏远地方的适应性，影响到车辆的销售。可变压缩比在柴油机上的应用：柴油机为了确保起动性，而采用高压缩比但是在起动以后就不需要高压缩比。在这种场合，可变压缩比是有效的方法，或许使柴油机成为与汽油机一样的具有轻量化特点的发动机。在自然吸气式发动机中可考虑按照负荷要求调节压缩比，在低负荷时提高压缩比，在高负荷时降低压缩比。

当前可变压缩比发动机只有一些概念性机，尚未大批量投产，一般多采用了调整汽缸盖位置、使用高度可调式曲轴联动活塞或者在已有的曲柄连杆机构中再增设一套连杆机构调整活塞的运动范围等方案。如萨博SVC(SaabVariableCompression)可变压缩比发动机(详见链接：http://www.3ucar.com/wxjs/w1760.html)，其包括动态连接的汽缸盖和汽缸体，汽缸盖与汽缸体通过一组摇臂连接，摇臂能在ECU的控制下改变一定的角度，从而改变了燃烧室的体积，压缩比也同样被改变了。汽缸盖的“裙底”部插设在所述汽缸体中，汽缸体上对应每一个燃烧室的排列方向两端均设置有两根可滑动的穿设在所述汽缸盖侧壁中的导向柱，摇摆装置的固定座支撑在所述导向柱的顶端，由于比普通发动机多出了一套摇臂装置，所以它比普通发动机多需要一套冷却系统，它通过汽缸盖和汽缸套周围的冷却水散热，而汽缸盖的侧壁中需要设置冷却水通道还需要设置导向柱的润滑机构，因此，冷却水通道排布范围有限，难以在高工况下满足冷却条件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变压缩比的发动机，其所要解决的技术问题在于：现有的萨博SVC可变压缩比发动机的缸盖侧壁分布的冷却水通道需要兼顾缸盖顶部的摇摆机构的散热，而汽缸盖的侧壁中还需要设置用于导向柱的润滑系统，因此冷却水通道分布范围受限，难以满足冷却条件。

为解决上述技术问题，本发明提供一种可变压缩比的发动机，其包括汽缸盖、汽缸体以及曲轴箱，所述汽缸盖固定盖设在所述汽缸体上，所述曲轴箱包括上曲轴箱以及油底壳，所述汽缸体可相对上下运动的安装在所述上曲轴箱上，所述汽缸体与所述上曲轴箱对应的一侧凸设有一插接段，所述插接段间隙配合的插设在所述上曲轴箱上对应所述汽缸体一侧的连杆过口中，所述插接段可在所述连杆过口中相对上下滑动，所述插接段的四周外侧壁与所述连杆过孔中的内孔壁之间均匀分布的设置有若干滚珠；所述汽缸体与上曲轴箱之间设置有两组偏心轮机构，每一组所述偏心轮机构均与一个驱动装置联动。

优选于：所述插接段的四周外侧壁上或所述连杆过孔中的内孔壁上开设有嵌槽，若干所述滚珠依次排布并可相对滚动的嵌设在所述嵌槽中，所述嵌槽的宽度与所述滚珠的直径匹配、深度不超过所述滚珠的直径。

优选于：所述两组偏心轮机构分别设置在所述汽缸体与上曲轴箱之间对应汽缸排列方向的两端，每组所述偏心轮机构均包括相互平行的偏心转轴与推动轴，所述偏心转轴以及推动轴的分别装设在所述上曲轴箱与汽缸体上，所述偏心转轴以及推动轴的中心轴线均与所述汽缸的中心轴线相互垂直，所述偏心转轴可相对所述上曲轴箱自转，所述推动轴固定设置在所述汽缸体上，所述偏心转轴的两端均固定设置有偏心轮，所述偏心转轴与推动轴的两端之间分别设有偏心连杆，所述偏心连杆的两端分别设置有用于套接在所述偏心轮外缘上的偏心轮套圈以及用于套接在所述推动轴上的连轴套圈，所述偏心转轴的一端与所述驱动装置联动。

优选于：所述驱动装置为电机。

优选于：所述偏心转轴的一端还固定设置有一摇柄，所述驱动装置为液压缸或驱动气缸，所述摇柄与所述液压缸或驱动气缸联动。

优选于：所述液压缸或者驱动气缸的一端铰接在所述上曲轴箱的外侧壁上，所述液压缸或者驱动气缸的挺杆铰接在所述摇柄上。

优选于：所述上曲轴箱上对应所述汽缸体一侧的端面上均匀分布的固定设置有至少两根导向杆，且所述至少两根导向杆均与所述汽缸平行，所述汽缸体对应所述上曲轴箱的一侧端面上与所述至少两根导向杆对应的位置分别开设有导向孔，所述至少两根导向杆一一对应的插设在所述导向孔中，所述导向杆与导向孔之间间隙配合，所述导向杆可在所述导向孔中轴向滑动。

优选于：所述曲轴箱中设置有曲轴，所述汽缸体中的汽缸中可滑动的设置有活塞，所述活塞通过连杆与所述曲轴联动，所述曲轴上与曲柄对应的径向另一侧凸设有一导向销杆，所述导向销杆上穿设有一平衡块，所述导向销杆为棱柱杆，所述平衡块上用于穿接所述导向销杆的穿孔为对应匹配的棱柱孔，所述平衡块可在所述导向销杆上径向定位的沿轴向滑动，所述导向销杆上与所述曲轴对应的另一端设置有一T型头，所述T型头的直径大于所述穿孔的直径，所述T型头与所述平衡块之间设置有一压缩弹簧，所述压缩弹簧的一端顶持在所述T型头上，另一端顶持在所述平衡块上，所述压缩弹簧可将所述平衡块压持至贴靠所述曲轴。

优选于：所述汽缸盖上对应进气门以及排气门分别设置有一根凸轮轴，其中所述的两根凸轮轴的一端均设置有传动轮，所述传动轮为同步轮或链轮，两个传动轮均与所述曲轴之间通过同步带或链条联动，所述同步带或者链条上设置有张紧器。

优选于：所述汽缸盖上还设置有用于架设所述两根凸轮轴的连轴座，所述连轴座上具有两个分别用于穿接两根所述凸轮轴的连轴孔，所述连轴孔为腰形孔，且两个所述腰形孔的长度方向两端与所述汽缸体的运动方向对应或与相应的气门杆的运动方向对应，所述连轴座中还设只有用于向所述连轴孔中输送润滑油的润滑输油管，所述润滑输油管的输出端对应在所述连轴孔的内孔壁上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、将传统的汽缸体与上曲轴箱分别独立设置，且通过设置在所述汽缸体与上曲轴箱之间的两组偏心轮机构实现驱动所述汽缸体相对所述上曲轴箱上下运动，进而改变汽缸中燃烧室的大小，实现改变压缩比的功能，而且由ECU根据发动机的实时工况控制所述驱动装置驱动所述两组偏心轮机构运转，控制所述汽缸体上行增大燃烧室的容积或者下行减小燃烧室的容积，满足不同情况下的工况所需；同时利用外部的驱动装置联动偏心轮机构驱动汽缸体的运动，便于发动机上的各部件分布设置；

二、利用所述汽缸体上的插接段插入所述上曲轴箱的连杆过口中对所述汽缸体与上曲轴箱之间由于相对移动形成的间隙进行遮挡，防止机油溅出，同时利用所述汽缸体的插接段的四周外侧壁与所述上曲轴箱的连杆过孔中的内孔壁之间均匀分布的设置有若干滚珠减小所述汽缸体与上曲轴箱之间的导向摩擦力，以及有效的防止因为发动机工作振动使所述插接段与连杆过孔之间产生的相对汽缸轴向偏离的压力导致相对运动滞涩的问题；

三、在所述汽缸体与上曲轴箱之间设置有对应匹配的导向杆与导向孔，使所述汽缸体的上下运动始终对应在汽缸的轴向上，而且这种导向结构不会干扰汽缸体中的冷却水通道的分布连贯性；

四、当所述汽缸体上下运动时，凸轮轴与曲轴之间的传动同步带或者链条的松紧度也随之发生变化，可利用张紧器进行调解，当汽缸体上行，张紧器放松，当汽缸体下行，张紧器张紧，使凸轮轴的传动始终与曲轴正时对应，另外，所述凸轮轴可在连轴座上的连轴孔中相对径向运动，进而可通过向所述连轴孔中灌注润滑油使连轴孔的孔壁上形成一层油层，将凸轮轴径向推动到腰形孔的另一侧，进而改变凸轮与气门杆之间的距离，当凸轮靠近气门杆时，气门开启提前，反之气门开启推迟，实现了控制气门开启的提前或推迟；

五、所述曲轴上设置一可径向滑动的平衡块，可以根据曲轴转速的大小产生的离心力的大小，自动控制所述平衡块在所述导向销杆上的位置，进而为曲柄提供对应的平衡力；

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为图1中A的局部放大示意图。

图3为本发明的偏心轮机构示意图。

图4为本发明的偏心轮机构与驱动装置设置结构示意图。

图5为本发明的曲轴上平衡块设置结构示意图。

图6位本发明的传动轮与曲轴之间的同步带或链条张紧调节结构示意图。

图7位本发明的凸轮轴与连轴座之间的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图1至7以及较佳实施例对本发明提出的一种可变压缩比的发动机作更为详细说明。

本发明提供一种可变压缩比的发动机，其包括汽缸盖1、汽缸体2以及曲轴箱，所述汽缸盖1固定盖设在所述汽缸体2上，所述曲轴箱包括上曲轴箱3以及油底壳，所述汽缸体2可相对上下运动的安装在所述上曲轴箱3上，所述汽缸体2与所述上曲轴箱3对应的一侧凸设有一插接段21，所述插接段21间隙配合的插设在所述上曲轴箱3上对应所述汽缸体2一侧的连杆过口中，所述插接段21可在所述连杆过口中相对上下滑动，所述插接段21的四周外侧壁与所述连杆过孔中的内孔壁之间均匀分布的设置有若干滚珠4；所述汽缸体2与上曲轴箱3之间设置有两组偏心轮机构5，每一组所述偏心轮机构5均与一个驱动装置6联动。

本发明在具体实施时，所述驱动装置6可联动所述偏心轮机构5驱动所述汽缸体2相对所述上曲轴箱3上下运动，进而改变汽缸中的燃烧室的容积，实现通过增大燃烧室的容积减小了压缩比，反之，则减小了燃烧室的容积，进而增大了压缩比，从而能够通过改变发动机的压缩比来满足不同的工况条件，可由发动机上的各传感器收集发动机的工况数据，并反馈给ECU，由ECU中预设好的控制策略来判断是否需要进行压缩比的调节，如果需要进行，则由ECU发出指令控制所述驱动装置6联动所述偏心轮机构5即可实现；且所述插接段21可在所述连杆过口中相对上下滑动，借此对述上曲轴箱3上对应所述汽缸体2之间的移动间隙进行遮挡，防止机油溅洒，而且所述插接段21与所述连杆过口之间均匀的排列设置有若干滚珠4，利用滚珠4来减小两者间的摩擦，并防止因为发动机工作震动产生的所述插接段21与所述连杆过口之间相对的轴向偏离造成滑动过程中某一侧受压力过大而滑动滞涩，影响正常的改变压缩比的运动进程。

其中，所述插接段21的四周外侧壁上或所述连杆过孔中的内孔壁上开设有嵌槽22，若干所述滚珠4依次排布并可相对滚动的嵌设在所述嵌槽22中，所述嵌槽22的宽度与所述滚珠4的直径匹配、深度不超过所述滚珠4的直径，进而能够有效的防止所述滚珠4非正常跑位，而且所述嵌槽22种相邻的滚珠4之间相互接触。

进一步：所述两组偏心轮机构5分别设置在所述汽缸体2与上曲轴箱3之间对应汽缸排列方向的两端，每组所述偏心轮机构5均包括相互平行的偏心转轴51与推动轴52，所述偏心转轴51以及推动轴52的分别装设在所述上曲轴箱3与汽缸体2上，所述偏心转轴51以及推动轴52的中心轴线均与所述汽缸的中心轴线相互垂直，所述偏心转轴51可相对所述上曲轴箱3自转，所述推动轴52固定设置在所述汽缸体2上，所述偏心转轴51的两端均固定设置有偏心轮53，所述偏心转轴51与推动轴52的两端之间分别设有偏心连杆54，所述偏心连杆54的两端分别设置有用于套接在所述偏心轮53外缘上的偏心轮套圈55以及用于套接在所述推动轴52上的连轴套圈56，所述偏心转轴51的一端与所述驱动装置6联动，所述驱动装置6可驱动所述偏心转轴51转动，所述偏心转轴51带动所述偏心轮53转动，所述偏心轮53的外缘驱动所述偏心轮套圈55围绕所述偏心转轴51转动，进而联动所述偏心连杆54另一端的连轴套圈56驱动所述推动轴52径向运动，进而实现带动所述汽缸体上下运动。

其中，所述驱动装置6优选为电机，利用电机能够实现精准的控制所述偏心转轴51转动。

另外：所述偏心转轴51的一端还固定设置有一摇柄57，所述驱动装置6为液压缸或驱动气缸，所述摇柄57与所述液压缸或驱动气缸联动，所述液压缸或者驱动气缸的一端可铰接在所述上曲轴箱3的外侧壁上，所述液压缸或者驱动气缸的挺杆铰接在所述摇柄57上。

所述上曲轴箱3上对应所述汽缸体2一侧的端面上均匀分布的固定设置有至少两根导向杆31，且所述至少两根导向杆31均与所述汽缸平行，所述汽缸体2对应所述上曲轴箱3的一侧端面上与所述至少两根导向杆31对应的位置分别开设有导向孔23，所述至少两根导向杆31一一对应的插设在所述导向孔23中，所述导向杆31与导向孔23之间间隙配合，这种配合与气门杆同气门杆套之间的配合相同，所述导向杆31可在所述导向孔23中轴向滑动。

所述曲轴箱中设置有曲轴7，所述汽缸体2中的汽缸中可滑动的设置有活塞71，所述活塞71通过连杆72与所述曲轴7联动，所述曲轴7上与曲柄73对应的径向另一侧凸设有一导向销杆74，所述导向销杆74上穿设有一平衡块75，所述导向销杆74为棱柱杆，所述平衡块75上用于穿接所述导向销杆74的穿孔为对应匹配的棱柱孔，所述平衡块75可在所述导向销杆74上径向定位的沿轴向滑动，所述导向销杆74上与所述曲轴7对应的另一端设置有一T型头76，所述T型头76的直径大于所述穿孔的直径，所述T型头76与所述平衡块75之间设置有一压缩弹簧77，所述压缩弹簧77的一端顶持在所述T型头76上，另一端顶持在所述平衡块75上，所述压缩弹簧77可将所述平衡块75压持至贴靠所述曲轴7，所述平衡块75可根据所述曲轴7的转速不同在不同离心力的作用下压缩所述压缩弹簧77向所述T型头76所在的一端滑动，进而改变力臂的长短，根据不同的情况提供不同程度的平衡力，进而避免了恒定平衡力的作用下的由于曲轴7的低转速高势能造成的震动。

所述汽缸盖1上对应进气门以及排气门分别设置有一根凸轮轴8，其中所述的两根凸轮轴8的一端均设置有传动轮81，所述传动轮81为同步轮或链轮，两个传动轮81均与所述曲轴7之间通过同步带或链条联动，所述同步带或者链条上设置有张紧器82，所述张紧器82包括抵靠在同步带或链条一侧的定轨821以及推压在同步带或链条另一侧的动轨822，所述动轨822通过一气缸823或者液压缸823压持在所述同步带或链条上；所述张紧器82还可以为由气缸823或者液压缸823驱动的张紧轮。

所述汽缸盖1上还设置有用于架设所述两根凸轮轴8的连轴座83，所述连轴座83上具有两个分别用于穿接两根所述凸轮轴8的连轴孔84，所述连轴孔84为腰形孔，且两个所述腰形孔84的长度方向两端与所述汽缸体2的运动方向对应或与相应的气门杆的运动方向对应，所述连轴座83中还设只有用于向所述连轴孔84中输送润滑油的润滑输油管85，所述润滑输油管85的输出端对应在所述连轴孔84的内孔壁上，当发动机运转速度处于快速状态时，所述润滑输油管85向所述连轴孔84中灌输润滑油，润滑油在连轴孔84的孔壁上形成一层厚厚的润滑油层，将所述凸轮轴8垫起来，进而能够微量调节凸轮与气门杆之间的距离，实现控制气门的提前或推迟开启。

综合上所述，本发明的技术方案可以充分有效的完成上述发明目的，且本发明的结构原理及功能原理都已经在实施例中得到充分的验证，而能达到预期的功效及目的，且本发明的实施例也可以根据这些原理进行变换，因此，本发明包括一切在申请专利范围中所提到范围内的所有替换内容。任何在本发明申请专利范围内所作的等效变化，皆属本案申请的专利范围之内。

Claims (10)

1.一种可变压缩比的发动机，其特征在于：包括汽缸盖、汽缸体以及曲轴箱，所述汽缸盖固定盖设在所述汽缸体上，所述曲轴箱包括上曲轴箱以及油底壳，所述汽缸体可相对上下运动的安装在所述上曲轴箱上，所述汽缸体与所述上曲轴箱对应的一侧凸设有一插接段，所述插接段间隙配合的插设在所述上曲轴箱上对应所述汽缸体一侧的连杆过口中，所述插接段可在所述连杆过口中相对上下滑动，所述插接段的四周外侧壁与所述连杆过孔中的内孔壁之间均匀分布的设置有若干滚珠；所述汽缸体与上曲轴箱之间设置有两组偏心轮机构，每一组所述偏心轮机构均与一个驱动装置联动。

2.如权利要求1所述的可变压缩比的发动机，其特征在于：所述插接段的四周外侧壁上或所述连杆过孔中的内孔壁上开设有嵌槽，若干所述滚珠依次排布并可相对滚动的嵌设在所述嵌槽中，所述嵌槽的宽度与所述滚珠的直径匹配、深度不超过所述滚珠的直径。

3.如权利要求2所述的可变压缩比的发动机，其特征在于：所述两组偏心轮机构分别设置在所述汽缸体与上曲轴箱之间对应汽缸排列方向的两端，每组所述偏心轮机构均包括相互平行的偏心转轴与推动轴，所述偏心转轴以及推动轴的分别装设在所述上曲轴箱与汽缸体上，所述偏心转轴以及推动轴的中心轴线均与所述汽缸的中心轴线相互垂直，所述偏心转轴可相对所述上曲轴箱自转，所述推动轴固定设置在所述汽缸体上，所述偏心转轴的两端均固定设置有偏心轮，所述偏心转轴与推动轴的两端之间分别设有偏心连杆，所述偏心连杆的两端分别设置有用于套接在所述偏心轮外缘上的偏心轮套圈以及用于套接在所述推动轴上的连轴套圈，所述偏心转轴的一端与所述驱动装置联动。

4.如权利要求3所述的可变压缩比的发动机，其特征在于：所述驱动装置为电机。

5.如权利要求4所述的可变压缩比的发动机，其特征在于：所述偏心转轴的一端还固定设置有一摇柄，所述驱动装置为液压缸或驱动气缸，所述摇柄与所述液压缸或驱动气缸联动。

6.如权利要求5所述的可变压缩比的发动机，其特征在于：所述液压缸或者驱动气缸的一端铰接在所述上曲轴箱的外侧壁上，所述液压缸或者驱动气缸的挺杆铰接在所述摇柄上。

7.如权利要求6所述的可变压缩比的发动机，其特征在于：所述上曲轴箱上对应所述汽缸体一侧的端面上均匀分布的固定设置有至少两根导向杆，且所述至少两根导向杆均与所述汽缸平行，所述汽缸体对应所述上曲轴箱的一侧端面上与所述至少两根导向杆对应的位置分别开设有导向孔，所述至少两根导向杆一一对应的插设在所述导向孔中，所述导向杆与导向孔之间间隙配合，所述导向杆可在所述导向孔中轴向滑动。

8.如权利要求7所述的可变压缩比的发动机，其特征在于：所述曲轴箱中设置有曲轴，所述汽缸体中的汽缸中可滑动的设置有活塞，所述活塞通过连杆与所述曲轴联动，所述曲轴上与曲柄对应的径向另一侧凸设有一导向销杆，所述导向销杆上穿设有一平衡块，所述导向销杆为棱柱杆，所述平衡块上用于穿接所述导向销杆的穿孔为对应匹配的棱柱孔，所述平衡块可在所述导向销杆上径向定位的沿轴向滑动，所述导向销杆上与所述曲轴对应的另一端设置有一T型头，所述T型头的直径大于所述穿孔的直径，所述T型头与所述平衡块之间设置有一压缩弹簧，所述压缩弹簧的一端顶持在所述T型头上，另一端顶持在所述平衡块上，所述压缩弹簧可将所述平衡块压持至贴靠所述曲轴。

9.如权利要求8所述的可变压缩比的发动机，其特征在于：所述汽缸盖上对应进气门以及排气门分别设置有一根凸轮轴，其中所述的两根凸轮轴的一端均设置有传动轮，所述传动轮为同步轮或链轮，两个传动轮均与所述曲轴之间通过同步带或链条联动，所述同步带或者链条上设置有张紧器。

10.如权利要求9所述的可变压缩比的发动机，其特征在于：所述汽缸盖上还设置有用于架设所述两根凸轮轴的连轴座，所述连轴座上具有两个分别用于穿接两根所述凸轮轴的连轴孔，所述连轴孔为腰形孔，且两个所述腰形孔的长度方向两端与所述汽缸体的运动方向对应或与相应的气门杆的运动方向对应，所述连轴座中还设只有用于向所述连轴孔中输送润滑油的润滑输油管，所述润滑输油管的输出端对应在所述连轴孔的内孔壁上。