CN105626258B - 液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，为克服现有技术存在的机构复杂、磨损大、控制精度低的问题，液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件包括活塞、拉伸弹簧、活塞销、连杆、三位四通电磁阀、液压泵、单向阀等液压元件；液压泵将机油抽出，经过三位四通电磁阀的换向后，先后流经连杆与活塞销的油路中，最后通过使推杆顶开单向阀内小球的方式使主油腔体积减小从而降低发动机压缩比，通过使活塞下体油路中机油压力增大顶开单向阀小球的方式使主油腔体积增大从而提高发动机压缩比，本发明所述的压缩比活塞采用液压机构方式，响应迅速、精确度高、可靠性强，满足发动机在各个工况下对动力性、燃油经济性的需要。

Description

液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件

技术领域

本发明涉及一种车用发动机组件，更具体的说是一种液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件。

背景技术

汽车压缩比指的是发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积(即燃烧室容积)之比来表示。压缩比与发动机性能有很大关系，通常的低压压缩比指的是压缩比在10以下，高压缩比在10以上，相对来说压缩比越高，发动机的动力就越大。一般来说在发动机的其他设计不变的情况下，压缩比越高的车功率越大，效率越高，燃油经济性方面也会好一些。但是压缩比过高会造成稳定性下降，爆震率增加，发动机寿命缩短。

高压缩比的发动机如果选用低标号汽油，会使汽缸温度剧升，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降，机件受损。低压缩比的发动机硬要用高标号油，就会出现“滞燃”现象，即压到了头它还不到自燃点，一样会出现燃烧不完全现象，对发动机也没什么好处，因此研发人员开发出具有可变压缩比技术的发动机，能在不同工况下变换压缩比的数值，以满足发动机在各个工况下对油品、热效率、动力性的要求。

目前成熟的可变压缩比发动机大致可分为采用非传统结构的曲柄连杆机构、改变曲轴与气缸顶端间距以及改变活塞连杆长度三类，但这项潜力无穷的技术要控制压缩比就需要更复杂的结构，甚至对整个气缸内进行大量的改造，这在一定程度上反而会增加发动机体积，同时加工难度变大。除此之外，磨损、控制精度、密封性等问题都是非常棘手的。

发明内容

对于目前存在的现有技术上的问题，本发明提出了一种液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，响应迅速，工艺性好，可靠性强，更具体的说，本发明将活塞分为活塞上体与活塞下体两部分，活塞上体与活塞下体间形成主油腔，通过液压机构改变主油腔内体积的大小，从而达到改变发动机压缩比的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，包括活塞连杆组件(活塞上体、活塞下体、拉伸弹簧、活塞销、连杆)、活塞连杆组件内部油路及运动元件、活塞连杆组件外部油路及运动元件，其特征在于：

活塞分为活塞上体与活塞下体，通过两种不同形式的调节单向阀开启来使机油流入或流出主油腔从而增大或减小压缩比；

该液压机构活塞下体油路的油孔、推杆室下端的油孔与活塞销左、右油路的上油孔对接，活塞销左、右油路的下油孔与连杆左、右油路的上油孔对接，连杆左、右油路的下油孔与三位四通电磁阀的出口相连接。

所述的三位四通电磁阀通过电磁铁的通电与断电，改变阀芯的运动方向，从而改变机油进入连杆左、右油路的方向。

从连杆左油路进入的机油流入活塞下体油路，活塞下体油路压力增大使单向阀小球上移，机油进入主油腔，主油腔体积增大，使得发动机具有高压缩比。

从连杆右油路进入的机油流入活塞销右油路，活塞销右油路压力增大使得推杆将单向阀小球上推，机油流出主油腔，主油腔体积减小，使得发动机具有低压缩比。

所述的活塞销内部开出活塞销左油路与活塞销右油路两条油路，两条油路与活塞销表面相交的四个油孔处，各开了一个外凹槽。

所述的液压机构的进油口处安装有滤油器，过滤掉进油油路中的杂质。

所述的液压机构进油油路中安装有溢流阀，当进油油路压力过大，溢流阀开启，对液压机构进行过载保护。

所述的液压机构进油油路中安装有节流阀，通过调节节流阀阀门的开度，调节进油流速，从而控制压缩比改变的速率。

所述的活塞上体与活塞下体通过拉伸弹簧的特殊连接装置相连接，克服活塞上体的惯性力，防止活塞上体与活塞下体分离。

所述的拉伸弹簧是上下两端各带有四个连接装置的零件，连接装置是圆弧形平键的一端通过短棒固定在拉伸弹簧的表面，圆弧形平键的另一端面有半球形结构。

所述的活塞下体分断面处有与拉伸弹簧相对应的连接槽孔，活塞下体上表面、活塞上体下表面与活塞下体内壁构成主油腔，活塞下体上表面右侧开有阶梯孔用于安装单向阀，其中垫圈安装在阶梯孔的大孔中用于固定单向阀，与单向阀对应的方向阶梯孔作为推杆室，推杆室底端开孔至活塞孔表面右侧，两阶梯孔接触位置开出活塞下体油路，油路出口在活塞孔表面左侧，活塞孔左右端各开有一圈内凹槽。

所述的推杆室是阶梯孔形，推杆室内放置推杆，由推杆弹簧固定，推杆弹簧处于压缩状态。

所述的连杆内部开出连杆左油路与连杆右油路两条油路，其中油路入口在连杆小端的内表面的下部，通过连杆杆身，油路出口在连杆大端上部的侧面。

与目前现有技术相比，本发明的有益效果体现在：

(1)本发明通过液压驱动来改变主油腔内容积的大小，从而改变发动机的压缩比，工作可靠，响应迅速。

(2)本发明所采用的液压驱动机构安装有有单向阀与溢流阀，分别安装在主油腔的下面与进油管路中，防止这两段危险区域由于液压压力过高而使得液压机构遭到破坏，工作更加可靠。

(3)本发明采用的液压机构利用发动机油底壳内的机油通过滤油器的过滤后作为液压机构的液压油，避免了外加油箱的可能，使得机构更加简化。

(4)本发明所涉及的主要改动都在活塞上，而活塞销及连杆主要是钻出相应的油道，这使得发动机改造成本大大降低，经济性好。

(5)本发明通过改变节流阀的阀门，能调节进油管路中液压油的流速，从而精确控制压缩比的变化率。

通过液压机构实现的压缩比发动机能够提升发动机的热效率，改善发动机燃油经济性、适用于多元燃料驱动、有助于降低排放、提高发动机运行稳定性、在保证动力性的前提下，可使发动机排量进一步减小，结构更为紧凑，比质量更高。

附图说明

图1是可变压缩比液压机构与油路分布的主视图。

图2是拉伸弹簧零件的结构斜视图。

图3是活塞上体零件是主视图。

图4是活塞上体零件主视图的A-A投影视图。

图5是活塞上体零件主视图的C-C投影视图。

图6是活塞销零件的主视图。

图7是活塞销零件主视图的B-B投影视图。

图8是连杆零件的主视图。

图9是连杆零件主视图的D-D投影视图。

附图标记说明：

1-活塞上体，2-拉伸弹簧，3-主油腔，4-垫圈，单向阀(5-弹簧，6-小球)，7-推杆，8-推杆室，9-推杆弹簧，10-卡环，11-活塞下体油路，12-活塞销左油路，13-活塞销右油路，14-活塞销，15-连杆，16-连杆左油路，17-连杆右油路，18-三位四通电磁阀，19-节流阀，20-滤油器，21-溢流阀,22-活塞下体。

具体实施方式

下面根据附图说明对本发明做详细介绍，本发明所述为众多实施方式中的一种优选实施方式。

参阅图1，活塞分为活塞上体1与活塞下体22两部分，通过拉伸弹簧2连接在一起，单向阀安装在主油腔3的下表面，单向阀小球6的下面连接推杆室8，单向阀小球6的侧面连接活塞下体油路11，活塞下体油路11与活塞销左油路12的上油孔对应，推杆室8下端的油孔与活塞销右油路13上油孔对应，活塞销14通过卡环10约束在活塞下体22上，防止了活塞销14轴向的窜动；活塞销左油路12的下油孔与连杆左油路16的上油孔相对应，活塞销右油路13的下油孔与连杆右油路17的上油孔相对应，从连杆左、右油路16，17引下油路的分别对接三位四通电磁阀18的中某一位的左右接口，该位对应的左右接口左侧直接接油底壳内的机油，右侧通过节流阀19、滤油器20后引出两条侧油路一侧接溢流阀21后回到油底壳，另一侧接与电动机相连的液压泵后回到油底壳。

参阅图2，所述的拉伸弹簧2是上下两端各带有四个连接装置的零件，连接装置是圆弧形平键的一端通过短棒固定在拉伸弹簧2的上、下表面，圆弧形平键的另一端面有半球形结构。

参阅图3、4、5，所述的活塞上体1内表面有与拉伸弹簧2对应的圆弧平键形凹槽，活塞上体1内表面上部有两倍角度的圆弧平键形凹槽，作为连接拉伸弹簧的连接槽孔。

参阅图1，所述的活塞下体1分断面处有与拉伸弹簧2相对应的连接槽孔，活塞下体22上表面、活塞上体1下表面与活塞下体22内壁构成主油腔3，活塞下体22上表面右侧开有阶梯孔用于安装单向阀，其中垫圈4安装在阶梯孔的大孔中用于固定单向阀，与单向阀对应的反方向阶梯孔作为推杆室8，推杆室8底端开孔至活塞孔表面的右侧，两阶梯孔接触位置开出活塞下体油路11，油路出口在活塞孔表面右侧，活塞孔左右端各开有一圈内凹槽，用于卡环10的固定。

通过将拉伸弹簧2的连接装置与活塞上体1的凹槽对齐、挤压、旋转后，拉伸弹簧2就与活塞上体1固定在一起，同样的，将拉伸弹簧2的连接装置与活塞下体22连接在一起。

参阅图6、7，所述的活塞销14内部开出活塞销左油路12与活塞销右油路13两条油路，两条油路与活塞销14表面相交的四个油孔处，各开了一个外凹槽，使得活塞销14在运动过程中，即使活塞销左、右油路12,13的油孔与连杆左、右油路16,17、活塞下体油路11的油孔不正对也不会产生断流现象。

参阅图8、9，所述的连杆15内部开出连杆左油路16与连杆右油路17两条油路，油路入口在连杆15大端上侧面，通过连杆15杆身，油路出口在连杆15小端的内表面的下部。

参阅图1，当发动机压缩比不变时，三位四通电磁阀18左右两边的电磁铁处于断电状态，此时三位四通电磁阀18处于中位状态，电动机驱动液压泵将油底壳中的机油抽入油管中，机油经过滤油器20过滤后，滤去杂质后的机油经过节流阀19与三位四通电磁阀18后回流到油底壳，此时整个油路的背压不大，溢流阀21处于常开状态，发动机的压缩比不变。

参阅图1，当需要将发动机压缩比降低时，三位四通电磁阀18左边的电磁铁通电，阀芯向左移动，此时电动机驱动液压泵将油底壳中的机油抽入油管中，机油经过滤油器20过滤后，滤去杂质后的机油经过节流阀19与三位四通电磁阀18后进入连杆右油路17与活塞销右油路13，整个进油油路的压力慢慢增加，当达到机油压力达到推杆室8的最大压力上限时，此时，机油压力顶起推杆室8的推杆7，推杆7克服推杆弹簧9的压力与推杆室8内机油的压力将单向阀中的小球6向上推动，单向阀处于开启状态，在拉伸弹簧2的拉力下活塞上体1与活塞下体22始终处于结合状态，，活塞上体1下移，主油腔3体积变小，主油腔3中的机油流入活塞下体22油路中，并经过活塞销左油路12、连杆左油路16与三位四通电磁阀18后回到油底壳内，此时发动机压缩比降低，通过调节节流阀19的阀门开度来控制进油油路中机油的流速，从而达到控制发动机压缩比下降的速率，当压缩比降低到目标值时，三位四通电磁阀18左边的电磁铁断电，阀芯回到中位，此时单向阀内的小球6下移，堵住单向阀入口处，主油腔3内机油不再流动，发动机压缩比不再下降。

参阅图1，当发动机需要高压缩比时，三位四通电磁阀18右边的电磁铁通电，阀芯向右移动，此时电动机驱动液压泵将油底壳中的机油抽入油管中，机油经过滤油器20过滤后，滤去杂质后的机油经过节流阀19与三位四通电磁阀18后进入连杆左油路16、活塞销左油路12、活塞下体油路11与推杆室8中，整个进油油路的压力慢慢增加，当进油油路中的压力达到单向阀的最大压力限定值时，机油克服弹簧5的压力顶起单向阀中的小球6，进入主油腔3中，主油腔3体积增大，活塞上体1克服拉伸弹簧2的拉力向上移动，此时发动机的压缩比上升，通过调节节流阀19的阀门开度来控制进油油路中机油的流速，从而达到控制发动机压缩比上升的速率，当压缩比上升到目标值时，三位四通电磁阀18右边的电磁铁断电，阀芯回到中位，此时单向阀内的小球6下移，堵住单向阀入口处，主油腔3内机油不再流动，发动机压缩比不再上升。当主油腔3内的压力过大，接近液压系统临界压力点时，溢流阀21的阀芯左移，机油从溢流阀21处泄油，整个油路的压力降低，从而起到过载保护的作用。

以上所述为对附图做出的式例性描述，显然本发明的具体实现并不受上述事例的限制，只要采用本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其他场合，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于所述的液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件包括活塞上体(1)、活塞下体(22)、拉伸弹簧(2)、活塞销(14)、连杆(15)、活塞连杆组件内部油路及运动元件、活塞连杆组件外部油路及运动元件：活塞上体(1)与活塞下体(22)中间的圆柱空腔为主油腔(3)，单向阀处于主油腔(3)右侧底部，推杆室(8)开口与单向阀小球(6)开口处相连接；

活塞下体油路(11)的油孔、推杆室(8)下端的油孔与活塞销左、右油路(12,13)的上油孔对接，活塞销左、右油路(12,13)的下油孔与连杆左、右油路(16,17)的上油孔对接，连杆左、右油路(16,17)的下油孔与三位四通电磁阀(18)的出口相连接。

2.按照权利要求1所述的液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于所述的电磁阀(18)通过电磁铁的通电与断电，改变阀芯的运动方向，从而改变机油进入连杆左、右油路(16，17)的方向。

3.按照权利要求1所述的液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于从连杆左油路(16)进入的机油流入活塞下体油路(11)，活塞下体油路(11)压力增大使单向阀小球(6)上移，机油进入主油腔(3)，主油腔(3)体积增大，使得发动机具有高压缩比。

4.按照权利要求1所述的液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于从连杆右油路(17)进入的机油流入活塞销右油路(13)，活塞销右油路(13)压力增大使得推杆(7)将单向阀小球(6)上推，机油流出主油腔(3)，主油腔(3)体积减小，使得发动机具有低压缩比。

5.按照权利要求1所述的液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，所述的活塞销(14)内部开出活塞销左油路(12)与活塞销右油路(13)两条油路，两条油路与活塞销(14)表面相交的四个油孔处，各开了一个外凹槽。

6.按照权利要求1所述的液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于所述的活塞上体(1)与活塞下体(22)通过拉伸弹簧(2)相连接，克服活塞上体(1)的惯性力，防止活塞上体(1)与活塞下体(22)分离。

7.按照权利要求6所述的液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于所述的拉伸弹簧(2)是上下两端各带有四个连接装置的零件，连接装置是圆弧形平键的一端通过短棒固定在拉伸弹簧(2)的表面，圆弧形平键的另一端面有半球形结构。

8.按照权利要求6所述的液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于所述的活塞下体(22)分断面处有与拉伸弹簧(2)相对应的连接槽孔，活塞下体(22)上表面、活塞上体(1)下表面与活塞下体(22)内壁构成主油腔(3)，活塞下体(22)上表面右侧开有阶梯孔用于安装单向阀，其中垫圈(4)安装在阶梯孔的大孔中用于固定单向阀，与单向阀对应的方向阶梯孔作为推杆室(8)，推杆室(8)底端开孔至活塞孔表面右侧，两阶梯孔接触位置开出活塞下体油路(11)，油路出口在活塞孔表面左侧，活塞孔左右端各开有一圈内凹槽。

9.按照权利要求1所述的液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于所述的推杆室(8)是阶梯孔形，推杆室(8)内放置推杆(7)，由推杆弹簧(9)固定，推杆弹簧(9)处于压缩状态。

10.按照权利要求1所述的液压驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于所述的连杆(15)内部开出连杆左油路(16)与连杆右油路(17)两条油路，其中油路入口在连杆(15)小端的内表面的下部，通过连杆(15)杆身，油路出口在连杆(15)大端上部的侧面。