CN105673203A - 一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件 - Google Patents
一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，包括活塞、连杆、活塞销、锥齿轮、止回棘爪、弹簧等。活塞分为活塞上体与活塞下体，由拉伸弹簧将其两部分相连；活塞销中段有两侧为方向相反的棘轮形状结构，活塞销上固定连接主动锥齿轮；连杆内左右两侧分别开有油路与油腔，卡环安装在油腔上部的卡环孔中，推杆放置在油腔中部，在卡环与推杆间布置有回位弹簧；推杆中心的孔中安装有缓冲弹簧，缓冲弹簧上面连接止回棘爪，止回棘爪与活塞销中部的棘轮相配合。本发明利用发动机工作时连杆的往复运动通过止回棘爪与棘轮的配合使活塞销作单方向运动，再在锥齿轮的传动作用下使活塞上体与活塞下体相分离或合拢，来达到改变发动机压缩比的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种车用发动机组件，更具体的说是一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件。
背景技术
可变压缩比技术顾名思义就是实时的通过发动机反馈的负荷信息来改变发动机的压缩比，这一技术结合涡轮增压技术能够极大的改善发动机的热效率和燃油经济性。
涡轮增压发动机低转速下涡轮无法提供正压，导致汽油无法完全燃烧，如果加入可变压缩比，那么可以在涡轮无法提供正压时，发动机采用高压缩比工作，这样可以提升经济性和动力性。当涡轮提供正压，发动机需要爆发更多能量时，自动切换至低压缩比，那么整个输出曲线就得到了控制。可变压缩比技术实现后，便可在低负荷区和高负荷区改变压缩比，大幅扩大能够以高热效率行驶的区域。可变压缩比可以显著提升发动机热效率，改善燃油经济性，同时它可以适用于多元燃料驱动，大大提升对油品的宽容度，同时有助于降低排放，减少爆震，提升发动机稳定性。最重要的是，它可以在保证动力的前提下，让发动机排量进一步减少，让结构变得更小、重量更轻，更利于汽车突破现如今的发动机体积限制。
但是要控制压缩比就需要更复杂的结构，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，本发明提出了一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，成本低、响应迅速、可行性强、对气缸整体改动很小，更具体的说，本发明将活塞分为活塞上体与活塞下体，通过连杆的往复运动使得活塞销上的棘轮转动来带动活塞销上的主动锥齿轮的转动，最后通过从动锥齿轮上部螺旋结构使得活塞上体与活塞下体相互分离或合拢。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，包括活塞上体、活塞下体、连杆上头、连杆下头、活塞销、止回棘爪、推杆、主动锥齿轮、从动锥齿轮等，其特征在于：
活塞上体与活塞下体通过四个均匀分布拉伸弹簧连接，活塞下体均匀分布的四个导向板插入活塞上体对应的导向孔中，活塞销从左侧插入活塞下体销孔内，活塞销与销孔为间隙配合，用平键将主动锥齿轮固定在活塞销上，主动锥齿轮处于销孔右侧拱形孔内，紧贴主动锥齿轮处安放一个内套，内套与活塞销间隙配合，与销孔过盈配合，支撑型锥齿轮处于销孔左侧拱形孔内，其侧面与销孔过盈配合，活塞销与圆柱销之间有一段间隙，并在活塞销右侧、圆柱销左侧、各自安放一个销孔卡环；
从动锥齿轮与主动锥齿轮、支撑型锥齿轮相啮合，从动锥齿轮上部的外螺纹与活塞上体内壁的内螺纹相配合；
连杆下头与连杆上头包裹活塞销的棘轮结构并用螺栓连接，连杆下头的内部分布对应的两个圆形孔，圆形孔内各放置一个推杆，在推杆的上端是回位弹簧，并用卡环将其限位在圆形孔内，推杆的中心孔内放置缓冲弹簧，并将止回棘爪固定在缓冲弹簧内。
所述的活塞销是阶梯轴结构，轴大段是圆形支撑板结构，轴中段是左、右两侧方向相反的棘轮结构，棘轮的外齿是直角边与圆心相交的三角齿，轴小段的侧面开有键槽，键槽开至中段与小段交面处。
所述的止回棘爪下部是圆柱形短杆，杆的上部是圆柱形凸台，凸台的上端为两个三角偏心斜齿。
所述的从动锥齿轮的上部是四圈横截面为三角形的外螺纹。
连杆分为连杆上头与连杆下头，连杆上头内壁是半圈矩形内凹槽，连杆下头小端内壁开出宽度与矩形内凹槽相等的矩形腔，腔底钻出左、右各对应的圆形孔，孔上端开有卡环槽，推杆位于圆孔内，推杆与圆孔所构成的空腔作为油腔，两油腔底部的内侧开各开一段连杆油路，左、右连杆油路开透至连杆下头大端内壁处，并各自绕内壁半圈，从并穿透连杆下头大端外壁。
所述的活塞销上的棘轮结构与连杆下头圆形孔内的止回棘爪相配合。
所述的活塞销上的主动锥齿轮与从动锥齿轮相啮合。
通过缓冲弹簧作用在止回棘爪上，使得止回棘爪与活塞销上的棘轮结构一直处于接触状态。
所述的支撑型锥齿轮的内壁与圆柱销侧面为间隙配合，通过支撑型锥齿轮的支撑作用，能使从动锥齿轮保持受力平衡。
所述的活塞下体销孔左右侧各有一段凹槽，凹槽与内腔之间各钻有一个拱形孔，孔底面开至活塞下体下底面处，活塞下体分断面中心钻有一个圆孔，圆孔与拱形孔相交面为矩形。
与目前现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件仅对活塞与连杆做了一定的结构上的改变而并未改变气缸体整体结构，所以制造成本大大降低。
(2)本发明所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件利用连杆下头的往复运动作为动力源，在止回棘爪与活塞销上的棘轮机构的配合下，使得棘轮间歇性单向转动，带动主动锥齿轮转动，所以工作可靠。
(3)本发明所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件利用液压机构推动止回棘爪运动的方式来使棘轮运动，所以响应迅速。
(4)本发明所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件通过活塞销上主动锥齿轮与从动锥齿轮的啮合，并由从动锥齿轮上部的外螺纹结构与活塞上体内壁的内螺纹结构作用下，使得活塞上体与活塞下体分离或合拢，达到了压缩比无极可变的效果。
通过棘轮与棘爪配合运动实现的压缩比发动机能够提升发动机的热效率，提高增压发动机的功作效率以及动力输出的平顺性，使得发动机的体积更小，重量更轻，能适应各种不同标号的燃油，对碳烟颗粒物排放更低，对环境起到很好的保护作用。
附图说明
图1是活塞连杆组件的主剖视图。
图2是活塞连杆组件主剖视图的B-B投影视图。
图3是活塞内部机构的斜视图。
图4是活塞销零件的主视图。
图5是活塞销零件的左视图。
图6是活塞销零件主视图的A-A区域视图。
图7是活塞销零件主视图的B-B区域视图。
图8是活塞下体零件的主剖视图。
图9是活塞下体零件主剖视图的A-A投影视图。
图10是活塞下体零件主剖视图的C-C投影视图。
图11是棘爪零件的主视图。
图12是棘爪零件的左视图。
图13是图1中棘轮与棘爪配合下活塞销的单向运动示意图。
图14是活塞上体零件的分断面示意图。
附图标记说明：
1-活塞上体，2-活塞下体，3-活塞销，连杆(4-连杆上头，5-连杆下头)，6-油腔，7-连杆油路，8-止回棘爪，9-卡环，10-回位弹簧，11-缓冲弹簧，12-拉伸弹簧，13-推杆，14-从动锥齿轮，15-支撑型锥齿轮，16-销孔卡环，17-圆柱销，18-内套，19-平键，20-主动锥齿轮。
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14，将传统的活塞分成活塞上体1与活塞下体2两部分，活塞上体1分断面处均匀分布四个的扇形导向孔，两导向孔中间各钻有一个圆形孔，孔内有横截面为圆形的短棒结构起连接作用，活塞上体1分断面的中间是一个圆孔，圆孔的内壁是横截面为三角形的四圈内螺纹。
参阅图8、图9、图10，活塞下体2分断面外侧开有四个均匀分布的扇形导向板与活塞上体1的导向孔对应，两导向板之间各开有一个拱形孔，孔底面开至活塞下体2侧面壁处，孔内铸有横截面为圆形的短棒结构与活塞上体1的圆形孔对应，活塞下体2销孔的左、右两侧钻有两个内凹槽用于安放销孔卡环16，在凹槽与内腔之间各有一个拱形孔，孔底面开至活塞下体2下底面，活塞下体2分断面的中心是一个圆形孔，孔开至恰好与销孔处的拱形孔的相交面为矩形。
参阅图2，从动锥齿轮14的上部是四圈横截面为三角形的外螺纹结构。
参阅图4、图5、图6、图7，活塞销3是阶梯轴的结构，轴大段为圆形支撑板结构，轴中段为左、右两边方向相反棘轮形状，棘轮的外齿是直角边与圆心相交的三角齿，活塞销3轴小段的侧面有键槽，键槽开至轴小段与轴中段的交面处。
参阅图1、图2，连杆分为连杆上头4与连杆下头5两部分，连杆上头4小端内壁开出矩形内凹槽，连杆下头5小端内壁钻出矩形腔，内凹槽与矩形腔的宽度相同，矩形腔底分布左、右对称的圆形孔作为油腔6，两油腔6底面的内侧开各钻有一段连杆油路7，左、右连杆油路7开透至连杆下头5大端内壁上部，并各自绕内壁半圈后，穿透至连杆下头5大端的外壁。
参阅图11、图12，止回棘爪8是圆柱形短棒结构，短棒上端为圆柱凸台，凸台上端为两个三角偏心斜齿。
参阅图1、图2、图13，将活塞销3从左侧插入活塞下体2的销孔处，然后用平键19将将主动锥齿轮20固定到活塞销3上，使主动锥齿轮20处于销孔处右侧的拱形孔中，然后放入内套18，并将一个销孔卡环16卡在内套18右侧；圆柱销17从左侧放入销孔中，圆柱销17的侧面与支撑型锥齿轮15的内壁紧贴，并使支撑型锥齿轮15处于销孔左侧的拱形孔中，将一个销孔卡环16安放在内套18左侧；将推杆13放置在连杆下头5的圆形孔内，回位弹簧10处于推杆13上部，并用卡环9将其限制在连杆下头5的圆形孔内，在推杆13中心孔中放置缓冲弹簧11，并将止回棘爪8固定在缓冲弹簧11上，使止回棘爪8保持与活塞销3上的棘轮结构相接触，用连杆上头4与连杆下头5将活塞销3上的棘轮机构包裹，并用螺栓将连杆上头4与连杆下头5连接。用小型液压泵将机油从油底壳抽到连杆下头5大端内壁的凹槽内，并流经连杆油路7，流入油腔6，使油腔6内充满机油。
参阅图1、图3、图10，从动锥齿轮14分别与主动锥齿轮20和支撑型锥齿轮15配合，从动锥齿轮14上部三角外螺纹与活塞上体1内壁的三角内螺纹相配合，拉伸弹簧12上钩分别勾住活塞上体1圆形孔内的短棒上，将活塞下体2的导向板插入活塞上体1的导向孔中，拉伸弹簧12下钩分别勾住活塞下体2拱形孔的短棒上，使得活塞上体1与活塞下体2一直处于向内受力的状态。
参阅图1、图3与图13，当发动机需要低压缩比的时候，机油从连杆下头5大端外壁抽入，并绕连杆下头5大端内壁半圈，流经右侧连杆油路7，通入右侧的油腔6，此时右侧油腔6内压力增大，油压顶着推杆13向上移动，而左侧油腔6内没有机油的流动，所以左侧推杆13没有运动，当右侧推杆13上的止回棘爪8升至刚好与活塞销3的棘轮齿配合时，由于发动机在工作中的连杆下头5的往复摆动；当连杆下头5逆时针摆动，此时止回棘爪8便插入棘轮齿以推动棘轮逆时针方向转动，而活塞销3上的主动锥齿轮20也随着做逆时针方向运动；主动锥齿轮20带动从动锥齿轮14正方向转动，并在支撑型锥齿轮15的支撑作用下使得从动锥齿轮14的受力平衡，从动锥齿轮14上部三角外螺纹也向正方向转动，通过与活塞上体1内壁的内螺纹的配合，使得活塞上体1与活塞下体2合拢，此时发动机压缩比降低；当连杆下头5顺时针方向摆动时，止回棘爪8在棘轮上滑过，在缓冲弹簧11的作用下，止回棘爪8作上下震荡运动，棘轮停止转动，此时活塞上体1与活塞下体2间的距离不变，在发动机运转的多个周期内，活塞上体1相对于活塞下体2作间歇性向上的移动，发动机压缩比降低。
同样的，当发动机需要高压缩比时，机油通入左侧油腔6，推动左侧推杆13上移，右侧油腔6压力保持不变，通过止回棘爪8与活塞销3上的棘轮、活塞销3上的主动锥齿轮20与从动锥齿轮14，从动锥齿轮14上部的外螺纹与活塞上体1内壁的内螺纹三对运动副的配合使得活塞上体1相对于活塞下体2作间歇性向下运动，此时发动机压缩比升高。
参阅图1、图2、图13，当发动机需要停止对压缩比改变的要求时，小型液压泵停止将机油从油底壳抽入油腔6，油腔6内压力降低，左、右油腔6的推杆13分别下移，止回棘爪8与活塞销3上的棘轮分离，由于活塞上体1内壁的内螺纹与从动锥齿轮14上部凸台的外螺纹配合具有自锁性，使得活塞上体1与活塞下体2间的相对距离不变，发动机压缩比不再改变。
以上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)
1.一种棘轮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(2)、活塞销(3)、连杆上头(4)、连杆下头(5)、止回棘爪(8)、推杆(13)、主动锥齿轮(20)、从动锥齿轮(14)等，其特征在于：
活塞上体(1)与活塞下体(2)通过均匀分布的四个拉伸弹簧(12)连接，活塞下体(2)均匀分布的四个导向板插入活塞上体(1)对应的导向孔中，活塞销(3)从左侧插入活塞下体(2)销孔内，活塞销(3)与销孔为间隙配合，用平键(19)将主动锥齿轮(20)固定在活塞销(3)上，主动锥齿轮(20)处于销孔右侧拱形孔内，紧贴主动锥齿轮处安放一个内套(18)，内套(18)与活塞销(3)间隙配合，与销孔过盈配合，支撑型锥齿轮(15)处于销孔左侧拱形孔内，圆柱销(17)也从左侧穿入支撑型锥齿轮(15)的孔中，圆柱销(17)侧面与销孔过盈配合，活塞销(3)与圆柱销(17)之间有一段间隙，并在活塞销(3)右侧、圆柱销(17)左侧、各自安放一个销孔卡环；
从动锥齿轮(14)与主动锥齿轮(20)、支撑型锥齿轮(15)相啮合，从动锥齿轮(14)上部外螺纹与活塞上体(1)内壁的内螺纹相配合；
连杆下头(5)与连杆上头(4)包裹活塞销(3)的棘轮结构并用螺栓连接，连杆下头(5)的内部分布对应的两个圆形孔，圆形孔内各放置一个推杆(13)，在推杆(13)的上端是回位弹簧(10)，并用卡环(9)将其限位在圆形孔内，推杆(13)的中心孔内放置缓冲弹簧(11)，并将止回棘爪(8)固定在缓冲弹簧(11)内。
2.根据权利要求1所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于，所述的活塞销(3)是阶梯轴结构，轴大段是圆形支撑板结构，轴中段是左、右两侧方向相反的棘轮结构，棘轮的外齿是直角边与圆心相交的三角齿，轴小段的侧面开有键槽，键槽开至轴中段与小段交面处。
3.根据权利要求1所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于，所述的止回棘爪(8)下部是圆柱形短杆，杆的上部是圆柱形凸台，凸台的上端为两个三角偏心斜齿。
4.根据权利要求1所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于，所述的从动锥齿轮(14)的上部是四圈横截面为三角形的外螺纹。
5.根据权利要求1所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于，连杆分为连杆上头(4)与连杆下头(5)，连杆上头(4)内壁是半圈矩形内凹槽，连杆下头(5)小端内壁开出宽度与矩形内凹槽相等的矩形腔，腔底钻出左、右各对应的圆形孔，孔上端开有卡环槽，推杆(13)处于圆孔内，推杆(13)与圆孔所构成的空腔作为油腔(6)，两油腔(6)底部的内侧开各开一段连杆油路(7)，左、右连杆油路(7)开透至连杆下头(5)大端内壁处，并各自绕内壁半圈，从并穿透连杆下头(5)大端外壁。
6.根据权利要求1所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于，所述的活塞销(3)上的棘轮结构与连杆下头(5)圆形孔内的止回棘爪(8)相配合。
7.根据权利要求1所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于，所述的活塞销(3)上的主动锥齿轮(20)与从动锥齿轮(14)相啮合。
8.根据权利要求1所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于，通过缓冲弹簧(11)作用在止回棘爪(8)上，使得止回棘爪(8)与活塞销(3)上的棘轮结构一直处于接触状态。
9.根据权利要求1所述的一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件，其特征在于，所述的支撑型锥齿轮(15)的内壁与圆柱销(17)侧面为间隙配合，通过支撑型锥齿轮(15)的支撑作用，能使从动锥齿轮(14)保持受力平衡。
10.根据权利要求1所述的一种棘轮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(2)销孔左右侧各有一段凹槽，凹槽与内腔之间各钻有一个拱形孔，孔底面开至活塞下体下底面处，活塞下体(2)分断面中心向下钻有一个圆孔，圆孔与拱形孔相交面为矩形。
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