CN107529584A - 一种长度可变连杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种长度可变连杆，包括连杆主体、偏心部件、限位部件以及阀芯。本发明一种连杆，可实现连杆有效长度的可控可变，从而改变汽油发动机的压缩比，既可提高汽油机部分负荷热效率，又能避免全负荷时的爆震，有效提高发动机可靠性和经济性，本发明结构简单可靠，体积小，成本低，对现有量产机型的适用性好。本发明同样适用于柴油发动机。

Description

一种长度可变连杆

技术领域

本发明涉及汽、柴油发动机燃烧系统领域。

背景技术

目前存在的解决方案：

1、发动机燃烧室压缩比是不可变的，无法解决油耗与爆震之间的矛盾。

2、发动机燃烧室压缩比是可变的，但结构复杂，成本很高，可靠性差，方案实施困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种长度可控可变的连杆，从而改变发动机压缩比；具有结构简单可靠，体积小，成本低，对现有量产机型的适用性好的有益效果。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案：

一种长度可变连杆，包括：连杆主体，其在大径端部具有收容曲柄销的曲柄收容开口；

偏心部件，其在所述大径端部的相反侧的小径圆孔内以能够沿所述小径圆孔的周向转动的方式安装于所述小径圆孔内，并且在所述偏心部件转动时，该可变长度连杆的有效长度变化；

连杆内部具有低压缩比油道、高压缩比油道、阀孔以及第一进油油道，其中，低压缩比油道和高压缩比油道分别连通连杆的小径圆孔与阀孔，第一进油油道连通阀孔与连杆大径圆孔；

连杆的小径圆孔的内壁上设有将低压缩比油道和高压缩比油道分割开来的第一凹槽；

偏心部件包括一具有偏心内孔的环体，所述环体的外壁上具有第二凹槽，第二凹槽的两侧设有分别连通连杆内低压缩比油道和高压缩比油道的油槽；

限位部件，其一端放置在连杆的小径圆孔的第一凹槽内，并且与第一凹槽的槽壁过盈配合，另一端放置在偏心部件的第二凹槽内；偏心部件安装在连杆的小径圆孔内后，连杆的小径圆孔、偏心部件以及限位部件三者共同形成两个独立的液压腔，分别是与低压缩比油道相连的第一液压腔和与高压缩比油道相连的第二液压腔；

阀芯，与阀孔密封配合连接，在其内部设有一路单向进油的第二进油油道，在阀芯外表面上设有一个限流油槽与第二进油油道连通，阀芯外表面上具有两路相互独立不连通的泄油槽，当阀芯在阀孔内转动时，第二进油油道连通低压缩比油道或高压缩比油道中的一个，同时两个泄油槽中的一个连通低压缩比油道或高压缩比油道中的另外一个，最终实现第一液压腔或第二液压腔中的一个冲油的同时，另一个泄油。

所述第二进油油道包括两个相互连通的油道单元，在其中一个油道单元内设有单向阀。

所述阀芯为圆柱体结构，在圆柱体结构的圆柱面上设有两个互不交汇的第一泄油槽和第二泄油槽，第一泄油槽和第二泄油槽均沿着阀芯圆柱体轴线方向从圆柱体的一个端面延伸并越过两个油道单元的轴线组成的平面；所述圆柱体结构的阀芯圆柱面上靠近一端端面处设有环形槽，阀芯穿过连杆上的阀孔后通过在环形槽内连接卡环对阀芯进行限位，

所述第一液压腔和第二液压腔中分别设置有缓冲部件。

所述第一凹槽为梯形截面的直槽，从连杆的端面沿连杆的小径圆孔轴线方向延伸一定的距离，成为一个非通槽，或延伸至连杆另一侧端面，成为一个通槽。

本发明的有益效果是：

可实现连杆有效长度的可控可变，从而改变汽油发动机的压缩比，既可提高汽油机部分负荷热效率，又能避免全负荷时的爆震，有效提高发动机可靠性和经济性。本发明结构简单可靠，体积小，成本低，对现有量产机型的适用性好。本发明同样适用于柴油发动机。

附图说明

图1为本发明长度可变连杆总成剖视图；

其中，100为连杆；200为偏心部件；300为限位部件；400为阀芯；500为封堵部件； 700为第一液压腔；800为第二液压腔；

图2为连杆总成分解视图；

其中，600为卡环；

图3为连杆总成上端放大图；

其中，900为缓冲部件；

图4为连杆结构示意图；

其中，101为小径圆孔；102为大径圆孔；103为高压缩比油道；106为低压缩比油道；108为放置阀芯的孔；110为第一凹槽；111为第一进油油道；112为凸起部分；

图5为连杆上端非通槽结构示意图；

其中，113为连杆小径圆孔的一个端面；

图6为连杆上端通槽结构示意图；

图7为偏心部件结构示意图；

其中，201为偏心部件内孔；202为偏心部件外圆；203为第二凹槽；204为第一密封面；205为第二密封面；206为第一油槽；207为第二油槽；208为第一限位面；209为第二限位面；210为第三密封面；

图8为限位部件的第一种实施例的结构示意图；

其中，301为第三限位面；302为第四限位面；303为第四密封面；304为第五密封面；305为第六密封面；306为倒角；

图9为限位部件的第二种实施例的结构示意图；

308为限位部件的上部；309为限位部件的下部；

图10为阀芯结构示意图；

其中，401为阀芯圆柱面；402为第一油道单元；403为限流油道；404为第一泄油槽；405为第二泄油槽；406为手柄式结构；407为环形槽；408为第二油道单元；

图11为阀芯内油道截面图；

其中，409为单向阀；

图12为连杆有效长度结构示意图；

图13为高压缩比状态下的液压油流动示意图；

图14为低压缩比状态下的液压油流动示意图；

图15为高压缩比和低压缩比两种状态下的连杆有效长度对比图。

具体实施方式

连杆100如图4所示，它包括小径圆孔101，大径圆孔102，高压缩比油道103，低压缩比油道106和第一进油油道111，放置阀芯的孔108，放置限位部件的第一凹槽110。

高压缩比油道103连通连杆的小径圆孔101和放置阀芯的孔108；低压缩比油道106连通连杆的小径圆孔101和放置阀芯的孔108；低压缩比油道和高压缩比油道之间不连通。

第一进油油道111连通连杆大径圆孔102和放置阀芯的孔108。在连杆的小径圆孔101的内壁上，有放置限位部件的第一凹槽110，如图5所示，其位于高压缩比油道103和低压缩比油道106之间，且不与这两个油道相连通。

放置阀芯的孔108可以放置在连杆的任何可操作的位置，不局限于图示位置。第一凹槽110为梯形截面的直槽，从连杆的端面113沿连杆的小径圆孔101轴线方向延伸一定的距离，成为一个非通槽，也可以延伸至另一侧端面，成为一个通槽，如图6所示。

偏心部件200结构如图7所示，其内孔201与外圆202偏心，其圆心之间的距离为偏心距。外圆202与连杆的小径圆孔101配合，配合面对液压油有密封作用。在外圆202上有第二凹槽203，第二凹槽203有三个密封面分别是第一密封面204、第二密封面205和第三密封面210；

偏心部件200有两个限位面，分别是第一限位面208和第二限位面209，第一限位面208一侧设有连通低压缩比油道的第一油槽206，第二限位面209一侧设有连通高压缩比油道的第二油槽207，第一油槽206和第二油槽207装配在连杆总成中后，不得相互连通。内孔201放置活塞销。

限位部件300结构如图8所示，其呈现一个L型，有三个密封面，分别是第四密封面303、第五密封面304和第六密封面305，第四密封面303与第三密封面210紧密配合，第五密封面304与第一密封面204紧密配合，第六密封面305与第二面205紧密配合，在此基础上与外圆202和连杆的小径圆孔101配合，共同起到密封液压油的作用。

限位部件300的上部308装配在偏心部件200的第二凹槽203内，并与之一起装配在连杆的小径圆孔101内，限位部件300的下部309与连杆的小径圆孔101内的第一凹槽110侧壁过盈配合，起到定位作用。三个零件共同形成了两个相互独立的第一液压腔700和第二液压腔800，第一液压腔700为“低压缩比油腔”，第二液压腔800为“高压缩比油腔”。

限位部件300有两个限位面，分别是第三限位面301和第四限位面302，第三限位面301与偏心部件200上的第二限位面209共同承担偏心部件向一侧旋转的限位功能，第四限位面302与偏心部件200上的第一限位面208共同承担偏心部件向另一侧旋转的限位功能，在第二限位面209与第三限位面301之间，第一限位面208与第四限位面302之间分别放置缓冲部件900。

限位部件300设有倒角306，倒角便于安装并防止与周围配合面干涉或划伤，同时有效降低了边缘部位的应力集中。

限位部件300的另一种结构如图9所示，呈现一个倒T型。

阀芯400结构如图10所示，其圆柱面401与圆孔108配合，共同起到密封液压油的作用，在其内部有两个油道单元，分别是第一油道单元402和第二油道单元408，两个油道单元呈一定的角度相互连通，在圆柱面401上有限流油槽403与第一油道单元402相连通，限流油槽403的截面流通能力对压缩比的转换速度有重要的影响，根据发动机运转特性，从低压缩比状态转换到高压缩比状态时，应当适当延长时间，以避免转换过快造成爆震，从高压缩比状态转换到低压缩比状态时，应当尽量缩短时间，以避免转换不及时造成爆震，因此在低压缩比状态转换到高压缩比状态时，液压油通过第一进油油道111先进入限流油槽403，再进入第一油道单元402和第二油道单元408，以此来限制从低压缩比向高压缩比转换的速度；而在高压缩比状态转换到低压缩比状态时，液压油通过第一进油油道111直接进入第一油道单元402和第二油道单元408，取消了液体节流带来的时间延迟。

在阀芯400的圆柱面401上有两条泄油槽，分别是第一泻油槽404和第二泻油槽405，两个泄油槽互不连通，且都沿着阀芯圆柱体轴线方向从端面410延伸并越过第一油道单元402与第二油道单元408的轴线组成的平面。

在靠近阀芯400的端面410处设有环形槽407，用于放置卡环600。在阀芯400的另一个端面411处设有手柄式结构406，卡环600与手柄式结构406共同限制了阀芯的轴向位移。

阀芯的作用是通过手柄式结构406带动阀芯在圆孔108内旋转，让第一油道单元402和带单向阀的第二油道单元408连通高压缩比油道103或低压缩比油道106中的其中一个，同时让第一泻油槽404或第二泄油槽405连通高压缩比油道103或低压缩比油道106中的另一个，使得第一液压腔700和第二液压腔800能够实现一个液压腔充油的同时，另一个液压腔泄油，但并不是完全依靠液压油充进第一液压腔700或第二液压腔800而推动偏心部件的旋转，更大的作用是利用液体的不可压缩性实现偏心部件的可控稳定旋转。

如图11所示，在第二油道单元408的内部，有一个单向阀409，其作用是允许液压油从第一油道单元402经由第二油道单元408流向其他油道，但不允许液压油从第二油道单元408反向流入第一油道单元402。

阀芯400的圆柱面401与圆孔108配合后，在轴向两端分别由手柄式结构406和卡环600限位，防止阀芯从连杆的圆孔108处轴向脱出。阀芯可在圆孔108内旋转，且旋转位置可控可变。

该发明可实现连杆有效长度的可控可变，其原始驱动力是缸内爆发压力和缸内往复惯性力的合力F，这是个矢量力，F始终作用在偏心部件的内孔中心上，方向向下时为正，方向向上时为负，且在一个工作循环内交替出现。

连杆的有效长度h是偏心部件内孔中心至连杆大径圆孔中心的距离，如图12所示。

当需要增大压缩比时，即发动机从低压缩比状态转换到高压缩比状态时，将阀芯通过液压、电磁或机械式推力作用于手柄式结构，使其旋转至图13所示位置，此时，阀芯内的第一油道单元、第二油道单元与连杆内的高压缩比油道相连通，阀芯外圆面上的第二泻油槽405与低压缩比油腔连通，在负向力（-F）的作用下，偏心部件有顺时针旋转的趋势，液压油单向地从连杆下端大径圆孔第一进油油道经阀芯上的限流油槽403进入阀芯内的第二进油油道，流经高压缩比油道进入高压缩比油腔，低压缩比油腔内的液压油被挤压，通过低压缩比油道向下流经阀芯，从阀芯外圆面上的第二泻油槽流出。

根据发动机运转特性，从低压缩比状态转换到高压缩比状态时，应当适当延长时间，以避免快速转换造成爆震，此时，连杆大经圆孔的第一进油油道经过限流油道403与阀芯的第一油道单元连通，此时限流油道403起到重要的作用。

由于在阀芯的第二进油油道内设有控制液压油流动方向的单向阀409，因此阀芯在图示位置中，液压油只能向高压缩比油腔内充油，而不能反向泄油，并同时使低压缩比油腔泄油，而不能反向充油，基于此原理，在一个循环内，当高压缩比油腔未充满而低压缩比油腔未排空的情况下，负向力（-F）转换成了正向力（+F），此时偏心部件有了逆时针旋转的趋势，但由于液体的不可压缩性和单向阀的作用，高压缩比油腔内的液压油被保持在里面，并承担正向力（+F）所带来的压力，使得偏心部件稳定在当前位置；当下一个工作循环时，正向力（+F）再次转换成了负向力（-F），高压缩比油腔继续充油，直至充满，低压缩比油腔继续泄油，直至完全排出，限位部件对其进行限位，这个过程需要若干个循环才能完成；此时连杆有效长度最长，压缩比最高，连杆总成可以保持在此位置稳定工作。

当需要减小压缩比时，即发动机从高压缩比状态转换到低压缩比状态时，将阀芯通过液压、电磁或机械式推力作用于手柄式结构，使其旋转至图14所示位置，此时，阀芯内的第一油道单元、第二油道单元与连杆内的低压缩比油道相连通，阀芯外圆面上的第一泻油槽404与高压缩比油腔连通，在正向力（+F）的作用下，偏心部件有逆时针旋转的趋势，液压油单向地从连杆下端大径圆孔上的第一进油油道经阀芯上的第二进油油道，流经低压缩比油道进入低压缩比油腔，高压缩比油腔内的液压油从高压缩比油腔内被挤压排出，通过高压缩比油道向下流经阀芯，从另一泻油槽流出。

根据发动机运转特性，从高压缩比状态转换到低压缩比状态时，应当尽量缩短时间，以避免转换不及时造成爆震，此时，连杆下端大径圆孔的第一进油油道与阀芯处的第一油道单元直接连通而不经过起限流作用的限流油道403。

由于在阀芯内有控制液压油流动方向的单向阀，因此阀芯在图示位置中，液压油只能向低压缩比油腔内充油，并同时使高压缩比油腔泄油，而不能反方向流动，基于此原理，在一个循环内，当低压缩比油腔未充满而高压缩比油腔未排空的情况下，正向力（+F）转换成了负向力（-F），此时偏心部件有了顺时针旋转的趋势，但由于液体的不可压缩性和单向阀的作用，低压缩比油腔内的液压油被保持在里面，并承担负向力（-F）所带来的压力，使得偏心部件稳定在当前位置；当下一个工作循环时，负向力（-F）再次转换成了正向力（+F），低压缩比油腔继续充油，直至充满，高压缩比油腔继续泄油，直至完全排出，限位部件对其进行限位，这个过程需要一个或若干个循环才能完成；此时连杆有效长度最短，压缩比最低，连杆总成可以保持在此位置稳定工作。

高压缩比和低压缩比两种状态下的连杆有效长度对比如图15所示，长度差值为Δh。

Claims (5)

1.一种长度可变连杆，其特征在于，包括：连杆主体，具有大径圆孔端以及与大径圆孔端相反侧的小径圆孔端，大径圆孔端的圆孔内收容曲柄销；

偏心部件，其以能够沿所述小径圆孔的周向转动的方式安装于所述小径圆孔内，并且在所述偏心部件转动时，该可变长度连杆的有效长度变化；

连杆内部具有低压缩比油道、高压缩比油道、阀孔以及第一进油油道，其中，低压缩比油道和高压缩比油道分别连通连杆的小径圆孔与阀孔，阀口通过第一进油油道与大径圆孔连通；

连杆的小径圆孔的内壁上设有将低压缩比油道和高压缩比油道分割开来的第一凹槽；

偏心部件包括一具有偏心内孔的非对称环体，所述非对称环体的外壁上具有第二凹槽，第二凹槽的两侧设有分别连通连杆内低压缩比油道和高压缩比油道的油槽；

限位部件，其一部分放置在连杆的小径圆孔的第一凹槽内，并且与第一凹槽的槽壁过盈配合，另一部分放置在偏心部件的第二凹槽内；偏心部件安装在连杆的小径圆孔内后，连杆的小径圆孔、偏心部件以及限位部件三者共同形成两个独立的液压腔，分别是与低压缩比油道相连的第一液压腔和与高压缩比油道相连的第二液压腔；

阀芯，与阀孔密封配合连接，在其内部设有一路单向进油的第二进油油道，在阀芯外表面上设有一个限流油槽与第二进油油道连通，阀芯外表面上具有两路相互独立不连通的泄油槽，当阀芯在阀孔内转动时，第二进油油道连通低压缩比油道或高压缩比油道中的一个，同时两个泄油槽中的一个连通低压缩比油道或高压缩比油道中的另外一个，最终实现第一液压腔或第二液压腔中的一个充油的同时，另一个泄油。

2.根据权利要求1所述的长度可变连杆，其特征在于，所述第二进油油道包括两个相互连通的油道单元，在其中一个油道单元内设有单向阀。

3.根据权利要求1所述的长度可变连杆，其特征在于，所述阀芯为圆柱体结构，在圆柱体结构的圆柱面上设有两个互不交汇的第一泄油槽和第二泄油槽，第一泄油槽和第二泄油槽均沿着阀芯圆柱体轴线方向从圆柱体的一个端面延伸并越过两个油道单元的轴线组成的平面；所述圆柱体结构的阀芯圆柱面上靠近一端端面处设有环形槽，阀芯穿过连杆上的阀孔后通过在环形槽内连接卡环对阀芯进行限位。

4.根据权利要求1所述的长度可变连杆，其特征在于，所述第一液压腔和第二液压腔中分别设置有缓冲部件。

5.根据权利要求1所述的长度可变连杆，其特征在于，所述第一凹槽为梯形截面的直槽，从连杆的端面沿连杆的小径圆孔轴线方向延伸一定的距离，成为一个非通槽，或延伸至连杆另一侧端面，成为一个通槽。