CN108343521A - 可变压缩比和喷油位置的发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种可变压缩比和喷油位置的发动机，解决了现有技术中不同发动机负荷的统一压缩比和喷油位置不可变的问题。本发明的技术方案是这样实现的：一种可变压缩比和喷油位置的发动机，其包括能够改变机械压缩比的可变压缩比机构，和同所述伸缩机构同步做功的喷油嘴，并且使得发动机低负载运转时的所述压缩比与发动机中负载和高负载运转时的压缩比和喷油位置完全不同。实现不同压缩比的状态下喷油位置也跟随着变化，以满足不同发动机负载和不同发动机转速时的不同压缩比与不同喷油位置，从而提高燃油的燃烧效率来提升发动机的功率与动力。

Description

可变压缩比和喷油位置的发动机

技术领域

本发明涉及汽油发动机，特别是指一种可以根据发动机负载和转速而改变压缩比例和喷油位置的发动机。

背景技术

发动机的压缩比是指做功活塞在汽缸内的行程与燃烧室的比例，压缩比越高，燃烧效率越好。但是压缩比越高，发动机的爆震越高，汽缸、活塞越容易敲缸而磨损。尤其是在高负载情况下，发动机的动力反而出现下降。

随着汽油的标号越做越高，辛烷值的提高就是为了降低因压缩比高而产生的爆震，但是，其效果有限，其压缩比以马自达的创驰蓝天技术的发动机其压缩比也只能控制在13:1，当然同等发动机因地域汽油的提炼和制作工艺也导致创驰蓝天技术的发动机供给欧盟国家的压缩比提高到14:1的高压缩值，甚至在18年要达到18:1的超高压缩比以实现压燃。

而现有为了防止爆震的加剧，通常的做法是在缸头处安装爆震传感器，当CPU检测到发动机产生爆震后，通过修正点火时间来降低爆震的继续，然而，爆震已经是发生，现有的手段只是把它控制防止加剧。

经检索发现，可变压缩的专利授权量最多的为发明人：维亚内·拉比的电磁阀、螺杆、凸轮等20来件的相关申请；以及日产自动车的10几件相关申请尤其涉及改变做功活塞的上行位置；和丰田自动车的50几件相关申请尤其涉及改变膨胀比来减少燃油消耗；福特环球技术公司的2件发明授权主要是以改变连杆长度来实现压缩比的变化，虽然在这么多的专利中，该专利的最为简单，成本也是最低，但是，这样的设置连杆的受力将是最大的考验，并且压缩比的变化是受温度的变化而变化，实用性不高；而本田公司的6件相关申请也因实用性或其它原因而放弃持有权；奇瑞公司的3件相关专利，其中活塞头部的位置来实现压缩比的变化也是比较实用，但是，活塞重量的增加将使惯性力增加，致使动力下降和油耗上升；吉利的2件发明授权与日产改变连杆带动活塞的位置有着异曲同工之妙。

以上现有技术中压缩比是随着转速和温度的变化而变化，而不能随负载变化而变化，更重要的是，火花塞在燃烧室的位置被固化，火花塞的点火时间虽然可以收发动机的转速而产生一定的变化，但是，火花塞在燃烧室内的位置却不能变化。因而，迫切需要一种能够随着发动机的不同负载和不同转速的工况下自动调节压缩比，并根据油门踏板或油门转把的瞬间加大对压缩比进行降低和对点火时间进行退后，同时，也需要在不同压缩比状态下，喷油嘴在燃烧室内的喷油位置也能跟随变化，以实现发动机的效能最大化。

发明内容

本发明提出一种可变压缩比发动机，解决了现有技术中不同发动机负荷的统一压缩比和喷油位置问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种可变压缩比和可变喷油位置的发动机，其包括能够改变机械压缩比的可变压缩比机构，并且使得发动机低负载运转时的所述压缩比与发动机中负载和高负载运转时的压缩比完全不同，及实现不同压缩比的状态下喷油位置也跟随着变化，以满足不同发动机负载和不同发动机转速时的不同压缩比与不同喷油位置，从而提高燃油的燃烧效率来提升发动机的功率与动力。进而有效延长摇臂、凸轮轴、时规链的使用寿命。

进一步地，其中所述最大压缩比超过20。

进一步地，其中在发动机启动运转时，所述压缩比低于7.8：1。

进一步地，其中在发动机低速运转时，所述压缩比低。

进一步地，其中所述发动机速度越高，则所述压缩比越高。

进一步地，其中发动机负载瞬间过大时，所述压缩比低。

进一步地，其中随着所述发动机负载逐渐变低，所述压缩比逐渐增大。

进一步地，其中所述压缩动作开始正时改变机构包括能够控制可变压缩活塞伸缩的机构。

进一步地，其中所述压缩比高时，所述可变压缩活塞沿汽缸方向伸出。

进一步地，其中所述压缩比低时，所述可变压缩活塞沿缸头方向缩回。

进一步地，所述发动机负载瞬间过大时，点火时间由当前点火时间退后一定的时间。

进一步地，所述发动机负载逐渐变低时，所述点火时间逐渐提前，并逐渐恢复到当前点火时间。

进一步地，所述点火时间的调节，是基于油门位置与发动机转速的比例。

进一步地，所述点火位置的变化跟随着压缩比的变化而变化。

有益效果：

1. 解决了现有技术中压缩比不能随负载变化而变化。

2. 压缩比和点火时间同步工作，将爆震控制在发生之前而不是发生后的防止加剧。

3. 喷油位置的变化跟随着压缩比的变化而变化，其所产生的作用将实现不同位置时可变压缩活塞的第二燃烧室内的可燃混合气的一致性作用，协助点火时间的工作，以满足不同发动机负载和不同发动机转速时的不同压缩比与不同喷油位置，从而提高燃油的燃烧效率来提升发动机的功率与动力。

4. 提高时规链、凸轮轴、摇臂和汽缸、做功活塞的使用寿命，尤其是减少摇臂与凸轮轴接触面的抖动磨损，以及，做功活塞裙部的震荡磨损导致支撑力不平衡，致使活塞环异常磨损机油上串而烧机油。

5. 延长蓄电池和启动马达的使用寿命。

6. 提高低速扭力，增加中高速功率，并降低燃油消耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的可变压缩活塞缩回时的处于停机或启动状态的超低压缩比示意图。

图2为本发明的可变压缩活塞伸出时的怠速状态低压缩比示意图。

图3为本发明的可变压缩活塞伸出时的高压缩比示意图。

图4为本发明的控制示意图。

图5一种可变压缩比的汽缸头。

图6一种可变压缩比的活塞。

图7为密封环的叠合示意图。

附图符号说明：

100----汽缸头

110--- 第一燃烧室

111--- 第二燃烧室

120--- 汽缸结合面

130----滑孔

200----进气门

300----可变压缩活塞

310----扫气孔

400----密封环

410----滑槽

500----油嘴

510----液压腔

600----排气门

810----喷油嘴

900----支撑柱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种可变压缩比和喷油位置的发动机，其包括能够改变机械压缩比的可变压缩比机构，和同所述伸缩机构同步做功的喷油嘴810，并且使得发动机低负载运转时的所述压缩比与发动机中负载和高负载运转时的压缩比和喷油位置完全不同，实现满足不同发动机负载和不同发动机转速时的不同压缩比和喷油位置。喷油位置的变化跟随着压缩比的变化而变化，其所产生的作用将实现不同位置时可变压缩活塞300的第二燃烧室111内的可燃混合气的一致性作用，协助点火时间的工作，以满足不同发动机负载和不同发动机转速时的不同压缩比与不同喷油位置，从而提高燃油的燃烧效率来提升发动机的功率与动力减少积碳，有效延长摇臂、凸轮轴、时规链的使用寿命。

其中，所述最大压缩比超过20。压缩比的变化，比如说6~20的压缩比，则做功活塞在汽缸的行程与燃烧室的容积比例为6:1，尤其涉及在发动机的启动瞬间，压缩比低于正常工作的7.8:1以下时，启动马达的启动负载将随之降低最少30%以上，也就是对瞬间工作的启动电流的降低，启动马达运转后，其需要的启动电流已经下降，只要借助低电流就能保证启动马达的正常旋转便能实现发动机的启动转速的要求，对蓄电池的启动容量和电压的要求也不会那么苛刻，这样更有利于延长蓄电池和启动马达的使用寿命。

进一步地，当发动机低速运转时，所述压缩比低，也就是说，启动马达正常运转后发动机的第一要求就是将压缩比调节至7.8:1~8:1的范围内，以满足发动机工作的正常压缩比值。

进一步地，当所述发动机速度越高，则所述压缩比越高，也就是说，随着油门开度的增加，发动机的转速在不断的增加，则，发动机的另一要求就是将压缩比从7.8:1调节至20:1甚至更高的范围内，以满足发动机最高转速工作的高压缩比值。在这当中，随着油门在怠速状态和高速状态的不断变化，发动机的再一要求就是将压缩比从7.8:1到20:1甚至更高的范围之间内变化，以满足不同转速对不同压缩比的需求。

如图1、2、3所示，其中，所述压缩动作开始正时改变机构包括能够控制可变压缩活塞300伸缩的机构。可变压缩活塞300的直径越大，N伸出值越小，可变压缩活塞300的直径越小，N伸出值越大。所述可变压缩活塞300的周边开有至少一个环槽410和一从内面凸出一支撑柱900，支撑柱900内设计一喷油嘴座孔，所述喷油嘴座孔用于安装喷油嘴810，所述支撑柱900插入汽缸头100内，所述支撑柱900起到对可变压缩活塞300与汽缸头100运动时的相互垂直作用，防止可变压缩活塞300受第一燃烧室110和第二燃烧室111爆燃的压炸力引起的可变压缩活塞300倾斜。所述可变压缩活塞300安装在汽缸头100第一燃烧室110的位置，所述可变压缩活塞300与汽缸头100之间所形成的空腔叫做液压腔510，所述液压腔510与一油嘴500连接，所述油嘴500经油管与一电子油泵连接，所述电子油泵的工作油直接来自于发动机的润滑油，电子油泵的工作受车载ECU的控制而正转或反转，所述油嘴510向所述液压腔510用于润滑油的注入与回流来实现可变压缩活塞300的伸或缩，其中，可变压缩活塞300的缩回是当润滑油回流后，可变压缩活塞受做功活塞的压缩汽体的推回而收缩，这样的设计可以免去泄气阀而实现可以压缩活塞的回缩。可变压缩活塞300伸出后，液压腔510的压力受电子油泵的转子密封而保持。所述环槽用于安装密封环400，所述密封环400有两大特点：第一，防止第一燃烧室110的气体上串跑到液压腔510内，第二，防止液压腔510内润滑油被吸入第一燃烧室110参与燃烧引起烧机油，第三，将第一燃烧室110、第二燃烧室111的热量经汽缸头快速的传递出去。其中，所述喷油嘴810是安装在可变压缩活塞300的支撑柱900内，喷油嘴的位置将随着可变伸压缩活塞位置移动但喷油嘴的喷油位置始终保持在可变压缩活塞300的第二燃烧室111的中心位置或与可变伸缩活塞300保持同一原有位置，这样设计的好处将使得可变压缩活塞300在伸缩时第二燃烧室的喷油位置一直保持在原点，以利于提高可变压缩活塞300的第二燃烧室111的可燃混合气的爆震推动效率。

图4进一步地表明出可变压缩与点火受油门和发动机转速的变化而变化，所述压缩比低时，所述可变压缩活塞300沿汽缸头100方向缩回，发动机负载瞬间过大时，所述压缩比低，所述负载瞬间过大的判断是基于油门踏板或油门转把的瞬间加大变化，所述油门位置1大于发动机转速1时（所述油门位置1与发动机转速1，其中的1是油门信号与转速信号转换成车载ECU识别的符号值，以实现车载ECU对油门位置和发动机转速的对比，这里的油门位置可以是10，而发动机转速是3，表明油门加的比较大，而发动机的转速相对不是很高，两者的落差比较大，此时，车载ECU将对可变压缩活塞的缩回调节至3，可变压缩活塞的位置是基于位置传感器的阻值变化的单位所给出的车载ECU的判断，位置传感器安装在汽缸头100元可变压缩活塞300之间或者安装在支撑柱900上用来检测支撑柱900的升降高度来判断可变压缩活塞300的伸出值。也就是说，油门位置、发动机转速和可变压缩活塞的压缩值三者的关系是以数字的其分和比例得以实现），或者当油门位置1不变而处于坡道时，发动机转速1降低小于油门位置1时，可变压缩活塞300缩回汽缸头100内以降低压缩比值，增加发动机动力。其中所述压缩比高时，如图3所示，所述可变压缩活塞300沿汽缸方向伸出，随着所述发动机负载逐渐变低，所述压缩比逐渐增大，所述发动机转速逐渐上升至1与油门位置1一致时，所述可变压缩活塞300伸出汽缸头100往汽缸结合面120移动减少燃烧室110的空间实现提高压缩比以达到降低燃料增加功率的作用。

其中，所述发动机负载瞬间过大时，点火时间由当前点火时间退后一定的时间。所述发动机负载瞬间过大时，所述负载瞬间过大的判断是基于油门踏板或油门转把的瞬间加大变化，所述油门位置1大于发动机转速1时，或者当油门位置不变而处于坡道时，发动机转速1降低小于油门位置1时，车载ECU调节点火线圈的点火时间使之当前的状态下退后点火，也就是推迟点火，防止发动机产生爆震，增加发动机动力。

进一步地，当所述发动机负载逐渐变低时，所述点火时间逐渐提前，并逐渐恢复到当前点火时间。随着所述发动机负载逐渐变低，所述发动机转速逐渐上升至1与油门位置1一致时，车载ECU调节点火线圈的点火时间使之在当前的状态下提前点火，以实现增加发动机功率。进一步地，所述点火时间的调节，是基于油门位置与发动机转速的比例。而原有基于爆震的检测必然是在产生以后，因而，有必要在油门位置的变化是先于爆震的设定，这样有利于延长凸轮轴、摇臂、时规链和汽缸、活塞的使用寿命。

如图5所示，一种可以压缩比的汽缸头，所述汽缸头包括一液压腔510，所述液压腔510与一油嘴500连接，所述汽缸头上开有一滑孔130，所述滑孔用于支撑柱900的插入，实现可变压缩活塞与汽缸头的运动轨道的平衡。所述液压腔靠近第一燃烧室110的位置用于安装可变压缩活塞300，也就是说可变压缩活塞300安装进汽缸头100后，可变压缩活塞300与汽缸头100之间的空腔就是液压腔510。

如图6所示，一种可变压缩活塞300，所述可变压缩活塞300的狐面与汽缸头100的第一燃烧室110的狐面呈弧形，所述可变压缩活塞300的狐面构成第二燃烧室，所述第二燃烧室与汽缸头100的第一燃烧室110共同做功。所述可变压缩活塞300的周边开有至少一个环槽410和一从内面凸出一支撑柱900，支撑柱900内设计有一喷油嘴座孔，所述喷油嘴座孔用于安装喷油嘴810，所述第二燃烧室111的狐面至少两边开有通至进气门侧和排气门侧的扫气孔310，所述两边是指进气门200和排气门600与第二燃烧室111相对应的位置。尤其是在启动状态下，如图1所示，所述可变压缩活塞300在燃烧室的狐面低于第一燃烧室110与所述所述可变压缩活塞300的结合面，也就是说，所述可变压缩活塞300缩于汽缸头100内，这样的设计非常利于启动时，在做功活塞的推动下，可燃混合气被集结在所述可变压缩活塞300的狐面内，即第二燃烧室111内，提高第二燃烧室111的混合比浓度，使冷机更好启动。而在发动机启动后的怠速状态下，如图2 所示，所述可变压缩活塞300的第二燃烧室111的狐面与第一燃烧室110结合面平衡，所述可变压缩活塞300的第二燃烧室111的狐面与汽缸头100的第一燃烧室110的狐面呈弧形，在这种状态下，可燃混合气沿燃烧室也可形成一个球面或锥面，使可燃混合气的推动性更平稳，利于怠速的稳定性。如图3、6所示，所述扫气孔310当所述可变压缩活塞300在伸出第一燃烧室110的狐面的时候，在中高速做功活塞下行时，进气门200打开，气体经扫气孔310进入所述可变压缩活塞300的第二燃烧室内，再经扫气孔310进入排气门侧，使燃烧室和第二燃烧室内的混合气较为均衡，并当在排气门600打开时，做功活塞上行将残留气体从扫气孔310推向排气门600，使第二燃烧室111内更加干净为下次储存新鲜混合气做准备，从而提高中高速的功率和节省燃油。环槽410用于安装密封环400，所述密封环400的开口优选梯形口或W形口，当密封环装入汽缸头100后，密封环400的开口在上述梯形或W形的设计下成密封状态，密封后的叠合口不会产生垂直缝隙口，可有效减少液压腔510内润滑油经密封环400的消耗，如图7所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可变压缩比和喷油位置的发动机，其包括能够改变机械压缩比的可变压缩比机构，和同所述伸缩机构同步做功的喷油嘴，并且使得发动机低负载运转时的所述压缩比与发动机中负载和高负载运转时的压缩比和喷油位置完全不同，实现满足不同发动机负载和不同发动机转速时的不同压缩比和喷油位置的需求。

2.如权利要求1所述的可变压缩比发动机，其中所述压缩比最大值超过20。

3.如权利要求1所述的可变压缩比发动机，其中在发动机启动运转时，所述压缩比低于7.8:1。

4.如权利要求1所述的可变压缩比发动机，其中在发动机低速运转时，所述压缩比低。

5.如权利要求3所述的可变压缩比发动机，其中在发动机启动运转后，所述压缩比调整至7.8:1以上。

6.如权利要求1所述的可变压缩比发动机，其中所述发动机速度越高，则所述压缩比越高。

7.如权利要求1所述的可变压缩比发动机，其中发动机负载瞬间过大时，所述压缩比低。

8.如权利要求7所述的可变压缩比发动机，其中随着所述发动机负载逐渐变低，所述压缩比逐渐增大。

9.如权利要求1所述的可变压缩比发动机，其中所述压缩动作开始正时改变机构包括能够控制可变压缩活塞伸缩的机构。

10.如权利要求9所述的可变压缩比发动机，所述可变压缩活塞300的伸或缩受车载ECU控制电子油泵的工作而正转或反转。