CN106988901B

CN106988901B - 可变压缩比装置

Info

Publication number: CN106988901B
Application number: CN201610810902.0A
Authority: CN
Inventors: 崔命植; 金大成
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2021-04-27
Anticipated expiration: 2036-09-08
Also published as: US20170167370A1; DE102016118971B4; KR101806157B1; DE102016118971A1; CN106988901A; US10024232B2; KR20170071316A

Abstract

一种可变压缩比装置，其设置到发动机以改变混合物的压缩比，该发动机在从活塞接收混合物的燃烧动力时使曲轴旋转，所述可变压缩比装置可以包括：连接杆，其将从活塞接收到的混合物的燃烧动力传递至曲轴，并且包括与活塞可旋转地连接的小端部以及形成有圆形孔的大端部；曲轴销；偏心凸轮，其同中心地可旋转地设置在大端部的孔中；偏心连杆，偏心凸轮在第一端部处设置；可变连杆，其第一端部与偏心连杆的第二端部可旋转地连接；控制连杆，其第一端部与可变连杆的第二端部能够旋转地连接；以及控制轴，其受到控制器的控制并且与控制连杆一起转动。

Description

可变压缩比装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年12月15日提交的韩国专利申请No.10-2015-0179512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

本发明涉及一种可变压缩比装置，更具体地涉及这样一种可变压缩比装置，其中燃烧室内的混合物的压缩比根据发动机的运行状态而改变。

背景技术

通常，当压缩比较高时热力发动机的热效率增加，而对于火花点火式发动机的情况而言，当点火时间提前到一定水平时，热效率增加。但是，当火花点火式发动机的点火时间在高压缩比下提前时，会发生异常燃烧从而对发动机造成损害。因此在点火时间提前上要进行限制并且输出功率的相应下降也应当被接受。

可变压缩比(VCR)装置是根据发动机的运行状态来改变混合物的压缩比的装置。根据VCR装置，混合物的压缩比在低负载条件下增大以提高英里数(或燃油效率)，而混合物的压缩比在高负载条件下减小以防止发生爆震并且提高发动机输出功率。

相关技术的VCR装置通过改变连接活塞和曲轴的连接杆的长度来实现压缩比的改变。在VCR装置中，连接活塞和曲轴的部件包括若干连杆并且将燃烧压力直接传递至连杆。因此，连杆的耐用性变差。

关于相关技术中的VCR装置的各种实验结果显示，当利用偏心轴承改变曲柄销与活塞销之间的距离时运行可靠性较高。同时，当利用液压来转动偏心凸轮时，每个汽缸的偏心凸轮的旋转量和液压流出量是不同的，这就导致了如下问题：每个汽缸的压缩比不一致且压缩比根据发动机运行状态而改变所持续的时间会变化。

公开于该发明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

本发明的各个方面旨在提供一种可变压缩比(VCR)装置，其优点是通过在连接杆的较大端部安装偏心凸轮并利用连杆构件使偏心凸轮旋转，从而改变混合物的压缩比。

根据本发明的各个方面，一种可变压缩比装置设置到发动机以改变混合物的压缩比，该发动机在从活塞接收混合物的燃烧动力时使曲轴旋转，所述可变压缩比装置可以包括：连接杆，其将从活塞接收到的混合物的燃烧动力传递至曲轴，并且所述连接杆包括与活塞可旋转地连接的小端部以及形成有用于与曲轴可旋转地并且偏心地连接的圆形孔的大端部；曲轴销，其设置在曲轴处；偏心凸轮，其同中心地可旋转地设置在所述大端部的孔中，用于使曲轴销偏心插入并可旋转地连接；偏心连杆，所述偏心凸轮在偏心连杆的第一端部处设置，从而偏心连杆与偏心凸轮一起转动；可变连杆，所述可变连杆的第一端部与偏心连杆的第二端部可旋转地连接；控制连杆，所述控制连杆的第一端部与可变连杆的第二端部可旋转地连接；以及控制轴，其受控制器的控制并且设置在控制连杆的第二端部处且与控制连杆一起转动。

所述控制连杆与所述控制轴一起的旋转可以通过所述可变连杆而使得所述偏心连杆旋转。

所述控制轴可以受到控制器的控制从而根据发动机的运行状态而旋转。

所述偏心凸轮可以包括：主体，所述偏心连杆形成在或设置在所述主体处，并且在所述主体处形成孔的第一部分，所述曲轴销插入到所述第二孔的第一部分中；以及副主体，在所述副主体处形成孔的第二部分，所述曲轴销插入到所述孔的第二部分中，并且副主体插入空间形成在所述主体处并且副主体设置在所述副主体插入空间中。

所述副主体插入空间可以形成为从偏心凸轮的外周处沿径向方向凹陷的形状。

所述副主体可以形成为半圆形并且所述副主体插入空间可以形成为对应于副主体的形状。

通过将偏心凸轮的副主体插入到主体的副主体插入空间中而形成曲轴销插入的孔。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。

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是根据本发明的各个实施方案的可变压缩比装置的示意图。

图2是根据本发明的各个实施方案的可变压缩比装置的偏心凸轮的立体图。

图3是根据本发明的各个实施方案的偏心凸轮的分解立体图。

图4A和图4B为显示根据本发明的各个实施方案的可变压缩比装置在低压缩比和高压缩比下运行的视图。

应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、取向、位置和形状将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

具体实施方式

下面将具体参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示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示出了发动机的局部以显示可变压缩比装置1的构造。亦即，通过局部显示汽缸体3和油盘5从而容易地示出发动机中的可变压缩比装置1的构件彼此连接的构造。

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1安装至发动机(发动机从活塞10在接收到混合物的燃烧动力时使曲轴40旋转)，从而根据发动机的运行状态来改变混合物的压缩比。

活塞10在汽缸7内进行竖直运动，并且燃烧室形成在活塞10与汽缸7之间。

曲轴40从活塞10接收燃烧动力并将燃烧动力转化为扭矩从而传递至变速器。汽缸7中的曲轴40安装在形成于汽缸7下端处的曲轴箱中。此外，多个配重42安装在曲轴40处。配重42减少由曲轴40的转动所产生的振动。

这里，由汽缸盖与汽缸体3联接而形成的燃烧室以及通过形成在汽缸体3处的上曲轴箱与形成在油盘5处的下曲轴箱联接而构造的曲轴箱是本领域技术人员众所公知的，因此将省略其详细说明。

根据本发明的各个实施方案的可变压缩比装置1包括连接杆20、偏心联杆34、偏心凸轮30、可变连杆50、控制连杆65和控制轴60。

连接杆20从活塞10接收燃烧动力并将燃烧动力传递至曲轴40。为了传递燃烧动力，连接杆20的一端通过活塞销15而可旋转地连接到活塞10，并且连接杆20的另一端偏心地且可旋转地连接到曲轴40。通常而言，连接到活塞10的连接杆20的一个端部部分称为小端部分，连接到曲轴40的连接杆20的另一端部部分称为大端部分。

连接杆20包括活塞销安装孔22和偏心凸轮安装孔24。

活塞销安装孔22形成在连接杆20的小端部分中。此外，活塞销安装孔22具有圆形形状以允许连接杆20的小端部分可旋转地连接至活塞10。亦即，活塞销15插入到活塞销安装孔22中以便将连接杆20的小端部分与活塞10连接。

偏心凸轮安装孔24形成于连接杆20的大端部分中。此外，偏心凸轮安装孔24具有圆形形状从而连接杆20的大端部分可旋转地与曲轴40连接。

如上所述，连接杆20的整体构造类似于现有的连接杆20。因此，VCR装置可以在现有发动机的结构变化最小化的同时进行安装。

偏心凸轮30设置在偏心连杆34的一端处。偏心连杆34和偏心凸轮30通过例如销的联接单元联接或者整体形成或单件地形成从而一起旋转。当偏心凸轮30可旋转地插入到连接杆20的偏心凸轮安装孔24中时，偏心连杆34可旋转地连接至连接杆20的大端部分。此外，偏心凸轮30可以同中心地插入到偏心凸轮安装孔24中并且可以圆形形状形成并具有与偏心凸轮安装孔24的内径几乎相等的外径。

偏心凸轮30包括曲轴销安装孔32。

曲轴销安装孔32偏心地形成在偏心凸轮30处。此外，曲轴销45插入到曲轴销安装孔32中从而可旋转地将连接杆20和偏心连杆34与曲轴40连接。亦即，偏心连杆34和偏心凸轮30围绕曲轴销45旋转，曲轴销45的中心布置为离开偏心凸轮30的中心。

如果偏心凸轮30旋转，则曲轴销45的相对位置将相对于偏心凸轮30的中心改变。亦即，连接杆20的相对位置及活塞10的相对位置将相对于曲轴40改变。因此，混合物的压缩比发生变化。

可变连杆50的作用是使偏心连杆34围绕曲轴销45旋转。此外，可变连杆50的一端可旋转地与偏心连杆34的另一端连接。

可变连杆65的作用是通过使用可变连杆50而使偏心连杆34围绕曲轴销45旋转。此外，控制连杆65的一端可旋转地与可变连杆50的另一端连接。

控制轴60根据发动机的运行条件旋转，并且使控制连杆65旋转。此外，控制连杆65通过例如销的联接单元而被联接至控制轴60或者与控制轴60整体地形成或单件地形成从而与控制轴60一起旋转。亦即，控制连杆65通过控制轴60的旋转而转动。此外，控制轴60设置在控制连杆65的另一端处，并且控制连杆65围绕控制轴60旋转。

同时，控制轴60可以与致动器连接。此外，致动器的操作由控制器70来控制。亦即，控制器70根据发动机的运行状况来确定混合物的压缩比并且操作致动器。因此，控制轴60借助致动器而旋转(该致动器取决于控制器70的控制而受到控制)，从而使得混合物的压缩比改变。这里，致动器可以是电机，该电机通过接收电力而产生扭矩，控制器70可以为常规的电子控制单元(ECU)，其综合控制车辆的电子元件。

在本说明书中，连杆构件34、50和65之间的可旋转连接指的是连杆构件34、50和65通过例如销55和65等的连接部件而连接，并且可相对旋转。这里，控制连杆65可以是从控制轴60偏心地突出的连接销65。

图2为根据本发明的各个实施方案的偏心凸轮的立体图，而图3为根据本发明的各个实施方案的偏心凸轮的分解立体图。

如图2和图3所示，偏心凸轮30包括主体31和副主体39。

偏心连杆34形成或设置于偏心凸轮30的主体31处。在图2和图3中显示偏心连杆34整体或单件地形成在偏心凸轮30处，但是并不限于此。此外，销插入孔36形成在偏心连杆34处使得将偏心连杆34与可变连杆50连接的连接销55插入其中。进一步地，形成曲轴销安装孔32的一部分的第一安装孔形成部分32a以及副主体插入空间33(副主体39设置在该副主体插入空间33处)形成在偏心凸轮30的主体31处。

副主体插入空间33形成从偏心凸轮30的外圆周沿径向方向凹陷的形状。同时，随着副主体插入空间33的形成，副主体接触表面35在相对于主体31处的第一安装孔形成部分32a的直径方向上形成于两侧。

偏心凸轮30的副主体39的整体形状形成半圆形，副主体插入空间33形成与副主体39对应的形状。此外，构成曲轴销安装孔32的另一部分的第二安装孔形成部分32b形成在偏心凸轮30的副主体39处，主体接触表面37形成在相对于第二安装孔形成部分32b的直径方向上的两侧处。

第一安装孔形成部分32a和第二安装孔形成部分32b分别形成如凹槽状的半圆形，偏心凸轮30的副主体39插入到主体31的副主体插入空间33中从而使得曲轴销安装孔32得以形成。这里，副主体接触表面35与主体接触表面37接触。

因此，偏心凸轮30由主体31和副主体39构建而成，如此偏心凸轮30和曲轴销45可以容易地连接。

在图4A和图4B中是显示根据本发明的各个实施方案的可变压缩比装置在低压缩比和高压缩比下运行的视图。

如图4A所示，当控制轴60在发动机本应在低压缩比下运行的情况下在一个方向上旋转时，控制连杆65与控制轴60一起转动从而拉动可变连杆50。因此，偏心连杆34和偏心凸轮30沿顺时针方向旋转，从而使得曲柄销45中心CC的相对位置相对于连接杆20的较大端部分的偏心凸轮安装孔24中的偏心凸轮30中心EC变高。此时，由于曲轴40和曲轴销45的绝对位置并没有变化，因此连接杆20和活塞10的相对位置相对于曲轴40变低。因此，活塞销15和曲轴销45之间的距离将会比较短，从而实现了发动机的低压缩比。

如图4B所示，当控制轴60在发动机本应在高压缩比下运行的情况下在另一个方向上旋转时，控制连杆65与控制轴60一起沿逆时针方向转动从而推动可变连杆50。因此，偏心连杆34和偏心凸轮30沿逆时针方向上旋转，从而使得曲柄销45中心CC的相对位置相对于连接杆20的较大端部分的偏心凸轮安装孔24中的偏心凸轮30中心EC变低。此时，由于曲轴40和曲轴销45的绝对位置并没有变化，因此连接杆20和活塞10的相对位置相对于曲轴40变高。为此，活塞销15和曲轴销45之间的距离将会形成为比较长，从而实现发动机的高压缩比。

在图4A和图4B中，为了更明显地比较发动机的低压缩比状态和高压缩比状态，活塞10的高度P1和偏心凸轮30中心EC的高度E1显示为图4A中低压缩比状态上的辅助线，活塞10的高度P2和偏心凸轮30中心EC的高度E2显示为图4B中高压缩比状态上的辅助线。

如上所述，根据本发明的各个实施方案，由于混合物的压缩比根据发动机的运行状态通过利用具有简单构成的连杆构件34、50和65而改变，用于安装VCR装置的操作时间和生产成本可以减少且燃料消耗可以改进。此外，通过利用可应用于现有发动机的连接杆20，而可以即使在现有发动机的结构变化最小化的同时来安装VCR装置。

为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上”或“下”、“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

1.一种可变压缩比装置，其设置到发动机用以改变混合物的压缩比，该发动机在从活塞接收燃料与空气的混合物的燃烧动力时使曲轴旋转，所述可变压缩比装置包括：

连接杆，其将从活塞接收到的混合物的燃烧动力传递至曲轴，并且所述连接杆包括与活塞能够旋转地连接的小端部以及含有用于与曲轴能够旋转地且偏心地连接的第一孔的大端部；

曲轴销，其设置在曲轴处；

偏心凸轮，其同中心地能够旋转地设置在所述大端部的第一孔中，用于使曲轴销偏心插入并能够旋转地连接在第一孔中；

偏心连杆，其包括第一端部，所述偏心凸轮在所述第一端部处设置，从而所述偏心连杆与偏心凸轮一起转动；

可变连杆，所述可变连杆的第一端部与偏心连杆的第二端部能够旋转地连接；

控制连杆，所述控制连杆的第一端部与可变连杆的第二端部能够旋转地连接；以及

控制轴，其设置在所述控制连杆的第二端部处并且受到控制器的控制以与控制连杆一起转动，

其中所述偏心凸轮包括：

主体，所述偏心连杆形成在或设置在所述主体处，并且在所述主体处形成第二孔的第一部分，所述曲轴销插入到所述第二孔的第一部分中；以及

副主体，在所述副主体处形成第二孔的第二部分，所述曲轴销插入到所述第二孔的第二部分中，并且

其中，副主体插入空间形成在所述主体处并且所述副主体设置在所述副主体插入空间中，

其中所述副主体形成为半圆形并且所述副主体插入空间形成为对应于副主体的形状。

2.根据权利要求1所述的可变压缩比装置，其中所述控制连杆与所述控制轴一起的旋转通过所述可变连杆而使得所述偏心连杆旋转。

3.根据权利要求1所述的可变压缩比装置，其中所述控制轴受到控制器的控制从而根据发动机的运行状态而旋转。

4.根据权利要求1所述的可变压缩比装置，其中所述副主体插入空间形成为从偏心凸轮的外周处沿径向方向凹陷的形状。

5.根据权利要求1所述的可变压缩比装置，其中通过将偏心凸轮的副主体插入到主体的副主体插入空间中而形成第二孔，曲轴销插入所述第二孔中。