CN106089455B - 发动机压缩比连续可变的调节方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机压缩比连续可变的调节方法及装置，包括以下步骤：一个可调容积的油缸与两个相互联动的具有确定流量差的油缸的油路并联形成闭合油路系统；调节流入可调容积油缸的油液容积，控制两个相互联动的油缸中的油液容积，实现对发动机压缩比连续可变的调节。本发明能调节发动机压缩比连续可变，从而改善发动机的动力性和减排性。

Description

发动机压缩比连续可变的调节方法及装置

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体来说涉及一种发动机压缩比连续可变的调节方法，同时还涉及该发动机压缩比连续可变的调节装置。

背景技术

发动机采用可变压缩比（缩写为VCR），是改善发动机性能、提高燃油经济性和减少有害物质排放的重要技术手段。发动机采用均质稀薄压燃（缩写为HCCI），具有热效率高、有害物质排放低等明显优势。燃烧时刻的控制技术是阻碍HCCI发动机应用的主要技术难点之一，压缩比的连续可变是HCCI发动机燃烧时刻控制的一种有效方式。在现有多种实现VCR的技术中，通过液压驱动控制的连杆长度可变方法是实现VCR的重要方法之一，有代表性并已实现装机试验的有FEV有限责任公司的连杆长度可变的VCR技术，但其只能实现设定的最大和最小两种压缩比转变。目前，通过连杆长度可变方法实现发动机压缩比连续可调的方法，如中国专利公开号CN104937238A于2015年09月23日，公开了发明名称为“可变压缩比活塞系统”，该系统的油路锁定方式，也即是压缩比的保持方式不够可靠，这是因为，当发动机调节到所需压缩比后，其液压油路需在发动机的外部由控制阀断开并锁定，其油路必然要通过发动机曲轴与连杆内部油缸的油路联通，而在曲轴上的连杆轴承和主轴轴承两处，由于发动机工作条件的要求需留有适当的间隙，该两处的泄漏不可避免，且泄漏量远大于液压系统中其它各处的泄漏量，并随压力升高而增大，即便每个循环的泄漏量不多，若干循环泄漏的累积足以使已调节并锁定的压缩比发生显著变化，不能保证长时间稳定正常工作。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种能调节发动机压缩比连续可变，从而改善发动机的动力性和减排性的发动机压缩比连续可变的调节方法。

本发明的另一目的在于提供该发动机压缩比连续可变的调节装置。

本发明目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明的发动机压缩比连续可变的调节方法，包括以下步骤：

（1）一个可调容积的油缸与两个相互联动的具有确定流量差的油缸的油路并联形成闭合油路系统；

（2）调节流入可调容积油缸的油液容积，控制两个相互联动的油缸中的油液容积，实现对发动机压缩比连续可变的调节。

本发明的一种发动机压缩比连续可变的调节装置，包括发动机活塞、活塞销、偏心摆动支架、发动机连杆，发动机活塞通过活塞销与偏心摆动支架的偏心孔连接，偏心摆动支架与发动机连杆小端孔连接并可以绕发动机连杆小端孔中心摆动，偏心摆动支架的左侧通过左连杆与左油缸中的左活塞连接，左活塞与左油缸缸底之间设有弹簧，偏心摆动支架的右侧通过右连杆与右油缸中的右活塞连接，在发动机外部设置有容积调节器油缸，其中：设置在发动机连杆内部的左油缸和右油缸与设置在发动机外部的容积调节器油缸的油路并联；在左油缸的油路中设置有左截止阀，在右油缸的油路中设置有右截止阀；在容积调节器油缸的油路中设置有容积调节器油路截止阀；在容积调节器油缸中的容积调节器柱塞的后端与容积调节器油缸的底座之间设置有容积调节器弹簧，限位杆另一端固定在限位驱动装置上。

上述的发动机压缩比连续可变的调节装置，其中：在发动机外部设置有低压油源，通过单向阀与液压油路连接。

上述的发动机压缩比连续可变的调节装置，其中：在发动机外部设置高压油源，高压油源与液压油路之间设有电磁阀。

上述的发动机压缩比连续可变的调节装置，其中：在连杆内设置有左油缸补油储能器，通过左单向阀与左油缸连接，并通过高压单向阀与液压油路连接。

上述的发动机压缩比连续可变的调节装置，其中：在连杆内设置有右油缸补油储能器，通过油路与右油缸接通。

上述的发动机压缩比连续可变的调节装置，其中：在连杆内设置有位置截止阀，通过右单向阀与右油缸油路连接，触动块固定在右连杆上。

本发明同现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明的采用液压容积调节方法，由于在一个闭合的液压系统中油液的体积等于所有液压元器件容积的总和，油液在此闭合的液压系统中的流动只改变相关液压元器件内油液容积的分配，因此，通过限位驱动装置调节容积调节器柱塞从零位到限位杆之间的行程，控制允许流入容积调节器油缸的油液容积，也即是控制了从发动机连杆内流出的油液容积，就可以控制油液在两个相互联动的具有确定流量差的左油缸和右油缸中的容积，从而控制左活塞和右活塞的位置，实现对偏心摆动支架旋转位置的控制，进而控制连杆的有效长度，达到对压缩比的连续可变调节及控制的目的，使发动机能获得合适的压缩比，提高燃烧效率，降低有害物质排放，改善发动机性能，极大提高和改善了发动机的动力性、经济性和排放性；采用液压容积调节方法，可以预先设定调节参数，调节过程在发动机一个运动循环内自动完成，调节量准确，可靠；调节过程中，油液主要在连杆内部流动，仅有少量控制用的油液需在连杆与发动机外部的容积调节器油缸之间流动，使得曲轴、连杆内的流道无需太大，减少流道对零件的削弱；调节完成后，利用油压在发动机连杆内部进行状态的锁定，涉及的油路及液压元件少，响应及时，泄漏少，工作可靠；调节控制装置，结构简单，集成性好，方便与现有发动机结构结合，经济性好。对于发动机采用HCCI燃烧模式，可以通过压缩比的适时调节，并结合EGR等技术，使发动机气缸内气体在压缩过程中获得合适的温度，从而控制HCCI发动机的自燃着火时刻；而当发动机需要以传统的燃烧模式工作时，可以将发动机调节至传统的燃烧模式所需的压缩比并锁定，就可以实现向发动机传统的燃烧模式的转换。本发明采用容积调节，压缩比的调节、控制精确，且在发动机一个工作循环即可完成压缩比调节，这对于不同燃烧模式的转换尤为适应，适用于HCCI发动机着火时刻控制和燃烧模式转换控制。

附图说明

图1为实施例1装置处于调节工况时的结构示意图；

图2为实施例1装置处于锁止运转工况时的结构示意图；

图3为实施例2装置处于调节工况时连杆内油路的示意图；

图4为实施例2装置处于锁止于非最小压缩比工况运转时连杆内油路的示意图；

图5为实施例2装置锁止于最小压缩比工况运转时连杆内油路的示意图；

图中标记：

1、发动机活塞；2、连杆小端孔；3、活塞销；4、偏心摆动支架；5、发动机连杆；6、左连杆；7、左活塞；8、弹簧； 9、左油缸；10、左截止阀；11、右连杆；12、右活塞； 13、右油缸； 14、右截止阀；15、连杆大端孔；16、液压油路；17、单向阀；18、低压油源；19、高压油源；20、电磁阀；21、容积调节器油路截止阀；22、容积调节器油缸；23、容积调节器柱塞；24、容积调节器弹簧；25、限位杆；26、限位驱动装置； 27、左单向阀；28、左油缸补油储能器；29、高压单向阀；30、右单向阀；31、右油缸补油储能器；32、位置截止阀；33、触动块。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的发动机压缩比连续可变的调节方法及装置具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1：

参见图1-:2，本发明的一种发动机压缩比连续可变的调节装置，包括发动机活塞1、活塞销3、偏心摆动支架4、发动机连杆5，发动机活塞1通过活塞销3与偏心摆动支架4的偏心孔连接，偏心摆动支架4与发动机连杆小端孔2连接并可以绕发动机连杆小端孔2中心摆动，偏心摆动支架4的左侧通过左连杆6与左油缸9中的左活塞7连接，左活塞7与左油缸9缸底之间设有弹簧8（也可以在左活塞7、左连杆6、偏心摆动支架4、右连杆11、右活塞12所组成的联动机构中的其他部位设置弹簧等效替代该弹簧8的作用），偏心摆动支架4的右侧通过右连杆11与右油缸13中的右活塞12连接，在发动机外部设置有容积调节器油缸22，其中：设置在发动机连杆5内部的左油缸9和右油缸13与设置在发动机外部的容积调节器油缸22通过液压油路16并联；左活塞7和右活塞12通过左连杆6和右连杆11及偏心摆动支架4形成联动，且左油缸9的油液流量始终大于右油缸13的油液流量；在左油缸9的油路中设置有由压力控制的用于接通或断开左油缸9油路的左截止阀10，在右油缸13的油路中设置有由压力控制的用于接通或断开右油缸13油路的右截止阀14；在容积调节器油缸22的油路中设置有由压力控制的用于接通或断开容积调节器油缸22油路的容积调节器油路截止阀21；在容积调节器油缸22中的容积调节器柱塞23的后端与容积调节器油缸22的底座之间设置有容积调节器弹簧24（弹簧24也可以用液压装置、气压装置、电磁装置或组合装置等方法等效替代），限位杆25另一端固定在限位驱动装置26上，容积调节器柱塞23可以在容积调节器弹簧24和油压共同作用下在容积调节器油缸22中的零位到限位杆25之间运动。

在发动机外部设置有向液压系统补油的低压油源18，通过单向阀17与液压油路16连接，低压油源18的油压低于克服容积调节器弹簧24预紧力而驱动容积调节器柱塞23向限位杆25方向运动所需的油压。

在发动机外部设置有高压油源19，高压油源19与液压油路16之间设有电磁阀20，电磁阀20控制其与液压油路16联通或断开；高压油源19的油压高于左截止阀10、右截止阀14和容积调节器油路截止阀21设定的断开油路所需的油压；

工作过程如下：

当需要对发动机的某一气缸进行压缩比调节时，预先根据工作所需参数，调节限位驱动装置26，使限位杆25到达所需位置，当发动机的该气缸运转至做功阶段时，利用电磁阀20断开高压油源19的油路，使液压油路16中的油压处于低压状态，容积调节器油缸22的油路中设置的由压力控制的容积调节器油路截止阀21处于接通状态，右油缸13的油路中设置的由压力控制的右截止阀14处于接通状态，而此时由于发动机活塞1表面高压气体的作用，使左油缸9内油压仍然处于高压状态，左油缸9的油路中设置的由压力控制的左截止阀10在左油缸9内高油压作用下仍然处于关闭状态，发动机该循环的工作仍然能正常进行，随着该发动机气缸运行至排气阶段，活塞1表面的气压逐渐降低，左油缸9内的油压也逐渐降低，当发动机运转至该气缸的排气后期和进气前期阶段时，左油缸9的油压将低于左截止阀10设定的压力，左截止阀10将接通，此时系统处于图1所示状态，同时该阶段发动机活塞1、活塞销3等可以相对于发动机连杆5运动的零件的惯性力将指向图1所示的向上方向，在该惯性力、弹簧8的作用力和油压对左活塞7及右活塞12的共同作用下，活塞销3的中心向图1中向上方向运动，带动偏心摆动支架4顺时针旋转，并通过左连杆6带动左活塞7在左油缸9中向上方向运动，左油缸9内的容积将逐渐增大，同时通过右连杆11带动右活塞12在右油缸13中向下方向运动，右油缸13内的容积将逐渐减小，此阶段由于右油缸13流出的油液流量小于左油缸9流入的流量，右油缸13流出的油液将就近全部流入左油缸9，此时系统内部油压降低，低压油源18推开单向阀17向液压系统补油，直至右活塞12的下端面与右油缸13端面接触后停止，同时左活塞7达到其最高位置并停止，低压油源18停止补油，单向阀17关闭，液压油路形成一个闭合系统，此时液压系统内容积达到最大，且每次压缩比调节时都将达到此相同的最大容积条件，也即是每次压缩比调节都将从该相同的条件开始后续阶段的调节过程；当发动机的该气缸继续运转至进气后期和压缩前期阶段时，发动机活塞1、活塞销3等可以相对于发动机连杆5运动的零件的惯性力将改变方向指向图1所示的向下方向，在该惯性力、弹簧8的作用力和作用于活塞1表面气体压力等的共同作用下，活塞销3的中心将向图1所示的向下方向运动，带动偏心摆动支架4逆时针旋转，并通过左连杆6带动左活塞7在左油缸9中向下方向运动，左油缸9内的容积将逐渐减小，同时通过右连杆11带动右活塞12在右油缸13中向上方向运动，右油缸13内的容积将逐渐增大，此阶段由于从左油缸9流出的流量大于右油缸13流入的流量，左油缸9流出的油液只能部分流入右油缸13，将迫使液压系统油压升高，当油压升高至能克服容积调节器弹簧24的预紧力后将推动容积调节器柱塞23向限位杆25方向运动，由于该阶段液压油路16已成为一个闭合系统，左油缸9流出的大于右油缸13流入的这部分油液只能沿液压油路16流入容积调节器油缸22，直至容积调节器柱塞23与限位杆25接触后停止，左活塞7和右活塞12的运动也同时停止。从上述调节过程可见，只要按压缩比要求适当调节限位杆25的位置，就可以控制容积调节器柱塞23的行程，也即是控制了该次调节过程中流入容积调节器油缸22的油液容积，由于在一个闭合的液压系统中油液的体积等于所有液压元器件容积的总和，油液在此闭合的液压系统中的流动只改变相关液压元器件内油液容积的分配，故容积调节器柱塞23的位置的确定，使容积调节器油缸22内油液的容积也随之确定，两个相互联动的具有确定流量差的左油缸9和右油缸13内的油液容积也被确定，相应的左活塞7和右活塞12的停止位置也被确定，偏心摆动支架4的位置也被确定，活塞销3与连杆大端孔15之间的距离也被确定，如此就达到了调节发动机连杆5的有效长度的目的，最终实现发动机压缩比的调节；此后随着气缸内气体压缩过程的继续，作用于活塞1表面气体压力的继续升高，左活塞7将继续下压，液压系统压力将迅速升高，当油压达到左截止阀10设定的压力后，左截止阀10将关闭，并在之后发动机气缸继续压缩及燃烧、做功过程中在活塞1表面高压气体作用下保持左截止阀10的关闭状态；在发动机的该同一循环的燃烧、做功阶段中，通过电磁阀20使高压油源19与液压油路16接通，由于此阶段活塞1表面仍然受到气缸内高压气体作用，使左油缸9内油压远高于高压油源19的油压，左截止阀10将在内部高油压作用下保持关闭状态，不会因高压油源19的接通而改变，在高压油源19作用下，左油缸9的油路中设置的由压力控制的左截止阀10和右油缸13的油路中设置的由压力控制的右截止阀14都将关闭并在此后的运行中保持关闭状态，左活塞7和右活塞12的位置都将被锁定，调节过程完成并转入锁定运转状态，同时容积调节器油缸22的油路中设置的由压力控制的容积调节器油路截止阀21将断开容积调节器油缸22的油路，并使容积调节器油缸22与油箱连通泄压，进入下一次的压缩比调节准备状态，此时系统处于图2所示状态。

对于多缸发动机，只需按发动机气缸工作顺序依次按上述方法对各缸进行调节及锁定即可完成整台发动机的压缩比调节及锁定。

发动机HCCI和传统燃烧模式转换控制：当发动机需采用HCCI模式工作时，在一定的发动机温度、进气温度、燃油燃点等条件下，通过改变压缩比就可显著改变压缩过程中气缸内被压缩气体的温度，只需按上述调节方法将压缩比调节至合适参数，并结合EGR、喷油控制等技术，就可以使发动机气缸内气体在压缩过程中获得合适的温度，从而控制HCCI发动机的自燃着火时刻；当发动机需转入传统燃烧模式时，只需按上述调节方法将压缩比调节至所需参数并锁定，且按传统的燃烧模式进行喷油、配气、点火等控制，即可实现向传统燃烧模式的转换，上述工况转换的调节及锁定都是在发动机一个循环内完成，对发动机燃烧模式的转换至关重要。

实施例2：

一种发动机压缩比连续可变的调节装置，在实施例１的基础上，参见图3，在发动机连杆5内设置了左油缸补油储能器28，通过左单向阀27与左油缸9连接，并通过高压单向阀29与液压油路16连接，左油缸补油储能器29的补油油压低于低压油源18油压；当发动机运转速度较高，系统处于调节过程中的左活塞7向上运动阶段时间较短，补油需求量较大且当外部低压油源18不能满足向连杆5内部补油需要量时，左油缸补油储能器28将推开左单向阀27近距离对左油缸9补油，直至左油缸达到最高位置并停止，由于补油过程主要在发动机连杆内完成，补油距离短，受运动速度等影响小，保证补油及时、充分；当左活塞7开始向下运动后，左单向阀27将关闭，系统将按实施例1相同的过程工作。

当系统调节至非最小压缩比并处于锁定运行状态时，如图4，在发动机连杆5内设置了右油缸补油储能器31，通过油路与右油缸13接通，右油缸补油储能器31的补油油压低于低压油源18油压。由于锁定运行状态下右油缸13的局部油路与系统其它油路断开，当发动机运转且处于气缸的压缩、燃烧及作功阶段时，由于受力、变形等原因，右活塞7将少量向上运动，右油缸13内油压将急剧降低，右油缸补油储能器31将从其起始位置开始向右油缸13补油，避免因出现负压带来的对液压油及元器件的不良影响，而当右油缸13向下运动时，右油缸13内油压升高，补油储能器31将回到起始位置状态，由于右油缸局部范围的油液总量未发生改变，不会对下一个循环的压缩比产生影响。

在发动机连杆5内设置有由位置控制的右油缸13的补油油路位置截止阀32，通过右单向阀30与右油缸13油路连接，触动块33固定在右连杆11上，当右油缸处于最高位置时，该油路截止阀32将液压油路16与右油缸13油路接通。当系统调节至最小压缩比并处于锁定状态长时间运转时，如图5，此时，触动块33与位置截止阀32接触，将右油缸13与液压油路16接通，当右油缸13在运行中出现低压、缺油等状态时，由于此时高压油源19与液压油路16接通，油压将推开高压单向阀29，并推开右单向阀30向右油缸13补油，保证右油缸13内随时充满油液，避免长时间运行后因泄漏等原因使压缩比发生改变。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种发动机压缩比连续可变的调节装置，包括发动机活塞1、活塞销3、偏心摆动支架4、发动机连杆5，发动机活塞1通过活塞销3与偏心摆动支架4的偏心孔连接，偏心摆动支架4与发动机连杆小端孔2连接并可以绕发动机连杆小端孔2中心摆动，偏心摆动支架4的左侧通过左连杆6与左油缸9中的左活塞7连接，左活塞7与左油缸9缸底之间设有弹簧8，偏心摆动支架4的右侧通过右连杆11与右油缸13中的右活塞12连接，在发动机外部设置有容积调节器油缸22，其特征在于：设置在发动机连杆5内部的左油缸9和右油缸13与设置在发动机外部的容积调节器油缸22通过液压油路16并联；在左油缸9的油路中设置左截止阀10，在右油缸13的油路中设置有右截止阀14；在容积调节器油缸22的油路中设置有容积调节器油路截止阀21；在容积调节器油缸22中的容积调节器柱塞23的后端与容积调节器油缸22的底座之间设置有容积调节器弹簧24，限位杆25一端固定在限位驱动装置26上；在发动机外部设置有低压油源18，通过单向阀17与液压油路16连接；在发动机外部设置有高压油源19，高压油源19与液压油路16之间设有电磁阀20。

2.如权利要求1所述的发动机压缩比连续可变的调节装置，其特征在于：在连杆5内设置有左油缸补油储能器28，通过左单向阀27与左油缸9连接，并通过高压单向阀29与液压油路16连接。

3.如权利要求2所述的发动机压缩比连续可变的调节装置，其特征在于：在连杆5内设置有右油缸补油储能器31，通过油路与右油缸13接通。

4.如权利要求3所述的发动机压缩比连续可变的调节装置，其特征在于：在连杆5内设置有位置截止阀32，通过右单向阀30与右油缸13油路连接，触动块33固定在右连杆11上。