CN108506101A - 用于发动机的可变压缩比结构 - Google Patents

Abstract

一种用于发动机的可变压缩比结构，包括活塞、活塞销、曲轴和活塞连杆，曲轴包括第一曲轴轴颈、第一凸轮、第二凸轮、第二曲轴轴颈、以及在第一凸轮与第二凸轮之间延伸的曲轴曲柄，第一曲轴轴颈连接至第一凸轮，而第二曲轴轴颈连接至第二凸轮，活塞连杆的一端通过活塞销铰接到活塞，而另一端通过相对于活塞连杆固定的曲轴套能旋转地接合到曲轴的曲轴曲柄，从而绕曲轴的回转轴线作回转运动，其中曲轴曲柄插入穿过曲轴套，曲轴曲柄相对于曲轴的回转轴线倾斜且曲轴能沿曲轴的回转轴线轴向移动，且同时曲柄曲轴能相对于曲轴套沿轴向滑动，使得曲轴套相对于曲轴的径向位置相应改变。在本发明中，活塞以及活塞杆的运动仍能保持在发动机气缸的正中，不会导致活塞及活塞连杆不在中心，而摩擦缸体的情况发生。

Description

用于发动机的可变压缩比结构

技术领域

本发明总体涉及内燃机，更具体涉及内燃机的曲轴曲柄结构。

背景技术

众所周知，发动机的热效率随着其压缩比增大而增大，同时，在将点火定时提前到预定水平的时候，火花点火发动机的热效率也会增大。然而，当点火正时在高压缩比下提前时，火花点火发动机会发生异常燃烧，并可能会损坏发动机，从而使点火定时的提前角受到限制，并且会降低输出。

可变压缩比装置是一种根据操作状况来改变气体混合物的压缩比的装置。利用可变压缩比装置，可以通过在发动机的低增压低负载状况下增大气体混合物的压缩比，从而提高燃料效率，并且可以通过在发动机的高增压高负载状况下减小气体混合物的压缩比，从而防止爆震的发生并改进发动机输出。

为了实现可变压缩比，众所周知的方法是在偏心环。例如在专利公开CN102086811B中，就使用了偏心环。但在实际工作中，活塞及活塞杆会发生重心不在中心的情况，而导致活塞摩擦缸体，损坏缸体的情况。

中国专利公开CN104727956A提出了一种基于气缸的可变压缩比技术方案，该方案受缸体空间的大小影响，此发明改变的燃烧室容积很小，所以可变压缩比也很小，而且移动的衬垫在缸体内，在实际工作中，缸体内的压力是非常大的，如何在此压力下正常移动衬垫是个难题。

中国专利公开CN104747301A提出了一种基于额外容积的可变压缩比技术方案，此方案会增加很多缸体的加工成本及密封难度，发动机缸体分开加工的话，因为缸体内爆炸产生的强大的压力，拼接口后期非常容易开裂，以及由于追加了过多的腔体，导致车辆会增加很多重量，不利于环保。

因此，本领域需要一种能够可靠性高、平顺性好、压缩比可调范围大的压缩比可变结构。

本发明所公开的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

本发明通过一种用于发动机的可变压缩比结构来满足上述需要。具体来说，该压缩比结构包括活塞、安装到所述活塞的活塞销、曲轴和活塞连杆，所述曲轴包括第一曲轴轴颈、第一凸轮、第二凸轮、第二曲轴轴颈、以及在所述第一凸轮与所述第二凸轮之间延伸的曲轴曲柄，所述第一曲轴轴颈连接至所述第一凸轮，而所述第二曲轴轴颈连接至所述第二凸轮，所述活塞连杆的一端通过所述活塞销铰接到所述活塞，所述活塞连杆的另一端通过相对于所述活塞连杆固定的曲轴套能旋转地接合到所述曲轴的曲轴曲柄，从而绕所述曲轴的回转轴线作回转运动，其中所述曲轴曲柄插入穿过所述曲轴套，其特征在于，

所述曲轴曲柄相对于所述曲轴的回转轴线倾斜，使得所述曲柄曲轴的一端比另一端更靠近所述曲轴的回转轴线，以及所述曲轴能沿所述曲轴的回转轴线轴向移动，且同时所述曲柄曲轴能相对于所述曲轴套沿轴向滑动，使得所述曲轴套相对于所述曲轴的径向位置相应改变。

在一较佳实施例中，所述曲轴套与所述活塞连杆的另一端一体形成。

在一较佳实施例中，所述曲轴套与所述活塞连杆的另一端彼此固定连接。

在一较佳实施例中，当所述曲轴沿所述曲轴的回转轴线朝向所述曲柄曲轴的一端的一侧轴向滑动时，所述活塞连杆的所述另一端处的所述曲轴套的回转运动半径减小；而当所述曲轴沿所述曲轴的回转轴线朝向所述曲柄曲轴的另一端的一侧轴向滑动时，所述活塞连杆的所述另一端处的所述曲轴套的回转运动半径增大。

在一较佳实施例中，所述可变压缩比结构还设有活塞连杆固定装置，用于固定所述活塞连杆相对于所述曲轴的轴向位置，从而在所述曲轴沿所述曲轴的回转轴线轴向滑动时防止所述活塞连杆所述另一端处的所述曲轴套被所述曲轴曲柄带动而轴向滑动。

在一较佳实施例中，所述活塞连杆固定装置为相对于发动机壳体固定的活塞连杆挡槽。

在一较佳实施例中，所述第二曲轴轴颈与发动机的输出轴相对于彼此固定连接。

在一较佳实施例中，在所述第二曲轴轴颈内形成有轴向中心孔，所述输出轴与所述轴向中心孔之间通过花键彼此连接。

在一较佳实施例中，可变压缩比结构还包括拨叉，所述拨叉能相对于所述曲轴的回转轴线轴向移动，所述拨叉的末端和所述第二曲轴轴颈的外表面上中的一个上设有凹槽，而所述拨叉的末端和所述第二曲轴轴颈的外表面上中的另一个上设有突起，所述突起配合在所述凹槽内，从而通过所述拨叉的轴向移动，使得所述第二曲轴轴颈轴向移动并带动所述曲轴的轴向移动。

在一较佳实施例中，所述拨叉与拨叉齿条固定连接，而所述拨叉齿条与齿条驱动齿轮啮合，所述齿条驱动齿轮由驱动装置驱动而转动。

在一较佳实施例中，所述拨叉与液压缸的活塞固定连接，而所述拨叉通过所述液压缸的伸缩运动驱动而轴向移动。

在本发明中，活塞以及活塞杆的运动仍能保持在发动机气缸的正中，不会导致活塞及活塞连杆不在中心，而摩擦缸体的情况发生。

通过作为说明书一部分的图以及与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的可变压缩比结构的所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

应理解的是，附图呈现了阐述本发明基本原理的各个特征的一定程度的简化表示，从而不一定是按比例绘制的。本文所公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、定向、位置以及形状，将部分地由具体意图的应用以及使用环境所确定。在附图中，相同的附图标记在全部附图中表示本发明的相同部分。

图1以端视图和剖视图示出了根据本发明一实施例用于发动机的压缩比可变结构的示意图。

图2示出了根据本发明另一实施例用于发动机的压缩比可变结构的示意图。

图3示出了可用于本发明另一实施例的电磁阀。

图4(a)-4(d)示出了本发明的可变压缩比结构的不同压缩比状态。

附图标记：

1 发动机壳体

2 发动机缸体

3 活塞

4 活塞连杆

5 机油尺

6 曲轴

6-1 环形凹槽

6-2 曲轴曲柄

6-3 第一曲轴轴颈

6-4 第二曲轴轴颈

7 输出轴

8 拨叉

9 齿条驱动齿轮

10 蜗轮

11 蜗杆

12 活塞销

13-1 第一凸轮

13-2 第二凸轮

16 液压缸

16-1 上油路

16-2 下油路

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被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、等效形式及其它实施方案。为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，术语“上”、“下”、“内”和“外”用于参考在图中所示的示例性实施方案的特征的位置来对这些特征进行描述。

下面将参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。

图1示出了根据本发明一实施例用于发动机的压缩比可变结构的示意图。为了更清楚示出本发明可变压缩比结构的工作原理，省略了发动机的润滑系统和密封性的原理性结构。

如图1所示，该压缩比可变结构包括发动机壳体1、发动机缸体2、在发动机缸体2内往复运动的活塞3、活塞连杆4、安装到活塞3的活塞销12、以及曲轴6。曲轴6包括第一曲轴轴颈6-3、第一凸轮13-1、第二凸轮13-2、第二曲轴轴颈6-4、以及在第一凸轮13-1与第二凸轮13-2之间延伸的曲轴曲柄6-2。在图1所示的实施例中，这些构件从左至右依次连接，即第一曲轴轴颈6-3连接至第一凸轮13-1，而第二曲轴轴颈6-4连接至第二凸轮13-2。

其中活塞连杆4的上端通过活塞销12铰接到活塞3，而活塞连杆4的下端通过相对于活塞连杆4固定的曲轴套5能旋转地接合到曲轴6的曲轴曲柄6-2。从而，活塞3的往复运动通过活塞连杆4而转换为活塞连杆4的下端绕曲轴6的回转轴线X的回转运动，也即曲轴6的回转运动。该回转运动通过连接在第二曲轴轴颈6-4的输出轴7输出。

曲轴6的曲轴曲柄6-2插入穿过曲轴套5，并能在该曲轴套5内旋转，从而实现活塞连杆4绕曲轴6的回转轴线X作回转运动，该回转运动的回转半径即是该曲轴套5到曲轴6的回转轴线X的距离。该曲轴套5可以与活塞连杆4的下端一体形成，也可以是彼此固定连接的两个部件。

传统发动机中，曲轴曲柄6-2是与曲轴6的回转轴线平行的，以此获得稳定的回转运动。

而在本发明中，该曲轴曲柄6-2相对于曲轴6的回转轴线X倾斜，使得曲柄曲轴6-2的一端比另一端更靠近曲轴的回转轴线X。具体在图1的实施例中，曲轴曲柄6-2的左端更靠近曲轴6的回转轴线X，而右端更远离曲轴6的回转轴线X。而且，该曲轴6能沿曲轴的回转轴线X轴向移动。因此，曲柄曲轴6-2也能沿轴向滑动。由于曲柄曲轴6-2插入穿过曲轴套5，而由于曲轴套5相对于曲轴6的回转轴线的轴向位置不发生改变，因此曲轴套5相对于曲柄曲轴6-2左右滑动，其径向位置发生相应改变。随之，活塞连杆4的回转半径也随之变化。

活塞连杆4的回转半径决定了活塞3在发动机缸体2内进行往复运动的上死点和下死点的位置。即，当活塞连杆4在回转轨迹中处于最上部位置时，活塞3处于上死点，而当活塞连杆4在回转轨迹中处于最下部位置时，活塞3处于下死点。也就是说，活塞连杆4的回转半径决定了发动机气缸的压缩比Vmax/Vmin。活塞连杆4的回转半径越大，压缩比越大；反之亦然。具体在图1的实施例中，当曲轴6沿曲轴的回转轴线X向左侧轴向滑动时，活塞连杆4的下端处的曲轴套5的回转运动半径减小；而当曲轴6沿曲轴的回转轴线X向右侧轴向滑动时，活塞连杆4的上端处的曲轴套5的回转运动半径增大。

此外，在一较佳实施例中，还设有活塞连杆固定装置1-1，用于固定活塞连杆4相对于曲轴6的轴向位置。这是因为由于曲轴曲柄6-2是倾斜的，活塞连杆4在运动时会因此在垂直活塞连杆4的方向上产生分量作用力。尽管活塞连杆4通常通过活塞销12铰接地连接到活塞3，使得活塞连杆4仅在垂直于曲轴6的回转轴线X的平面内铰接运动，但为了更好地确保活塞连杆4在该平面内运动，可以设置活塞连杆固定装置1-1来限制活塞连杆4沿轴向的位移。该活塞连杆固定装置1-1例如是相对于发动机壳体1固定的活塞连杆挡槽。

在图1所示的实施例中，还示出了第二曲轴轴颈6-4与输出轴7之间的连接。输出轴7与发动机壳体1的相对位置固定。第二曲轴轴颈6-4在左端与第二凸轮13-2固定连接，且在第二曲轴轴颈6-4内形成有轴向中心孔，输出轴插入该轴向中心孔。该轴向中心孔的内表面和输出轴7的外表面上分别形成有键槽，并通过花键彼此连接，从而将曲轴6的转动传递到输出轴7，进而传递到飞轮(未示出)。

在图1所示的实施例中，还包括拨叉8。该拨叉8能相对于曲轴6的回转轴线X轴向移动。在第二曲轴轴颈6-4的外表面上设有周向的环形凹槽6-1，该拨叉8可以插入该周向的环形凹槽6-1内。由此，可通过拨叉8的轴向移动来致使第二曲轴轴颈6-4，并由此致动曲轴6沿轴向移动。当然，也可在拨叉8内设置凹槽，而在第二曲轴轴颈6-4的外周表明上设置突起，并通过将该突起插入拨叉8内的凹槽来实现上述配合。也可使用本领域公知的任何其它方式来实现第二曲轴轴颈6-4与拨叉8之间的配合，只要拨叉8的轴向移动能够带动第二曲轴轴颈6-4轴向移动即可。

拨叉8的轴向移动可通过多种方式来实现，在图1的具体实施例中，拨叉8与一拨叉齿条8-1固定连接，而该拨叉齿条8-1与齿条驱动齿轮9啮合，从而齿条驱动齿轮9可转动以带动拨叉齿条8-1轴向移动，从而带动拨叉8轴向移动。齿条驱动齿轮9可通过诸如电动机的任何驱动装置驱动。例如，如图1所示，齿条驱动轮9与蜗轮10是同步齿轮，蜗轮10由蜗杆11带动，而蜗杆11由电动机驱动。

此外，拨叉8还可由其它机构驱动以进行轴向移动。如图2所示，拨叉8通过液压缸16驱动进行轴向移动。拨叉8连接到拨叉滑条8-1，拨叉滑条8-11连接至液压缸16，该液压缸16由电磁阀控制油路来驱动(未示出)，实现拨叉滑条8-11的左右移动。电磁阀推荐选用三位电磁阀。图3中示出了三位五通电磁阀的示例，其控制逻辑如下：

一、压缩比由大变小：曲轴6在拨叉8的作用下向右移动，此时需要液压缸上油路16-1进油，下油路16-2出油，电磁阀位于1位。

二、压缩比由小变大：曲轴6在拨叉8的作用下向左移动，此时需要液压缸上油路16-1出油，下油路16-2进油，电磁阀位于2位。

三、压缩比保持：曲轴6不作移动，液压缸16保压，无油液流动，电磁阀位于0位。

当然，以上控制方法仅为举例，也可使用其他电磁阀并配合其他控制逻辑实现同样的效果。

图4(a)-4(d)示出了本发明的可变压缩比结构的不同压缩比状态。

其中图4a表示在最小压缩比状态时，活塞3到达上止点。

此时，齿条驱动轮9通过对齿条8-1的推动，拨叉8运动到最右端，从而曲轴6在拨叉8作用下，同步移动到最右端。此时的曲轴套5位于曲轴曲柄6-2的最左端，即，活塞连杆4下端的回转半径最小。该图中，曲轴曲柄6-2回转到最高点，而活塞3处于上止点位置。

图4(b)表示在最小压缩比状态时，活塞3到达下止点。

此时，齿条驱动轮9通过对齿条8-1的推动，拨叉8运动到最右端，从而曲轴6在拨叉8作用下，同步移动到最右端。此时的曲轴套5位于曲轴曲柄6-2的最左端，即，活塞连杆4下端的回转半径最小。该图中，曲轴曲柄6-2回转到最低点，活塞3处于下止点位置。

图4(c)表示在最大压缩比状态时，活塞3到达上止点。

此时，齿条驱动轮9通过对齿条8-1的推动，拨叉8运动到最左端，从而曲轴6在拨叉8作用下，同步移动到最左端。此时的曲轴套5位于曲轴曲柄6-2的最右端，即，活塞连杆4下端的回转半径最大。该图中，曲轴曲柄6-2回转到最高点，活塞3处于上止点位置。

图(d)表示在最大压缩比状态时，活塞3到达下止点。

此时，齿条驱动轮9通过对齿条8-1的推动，拨叉8运动到最左端，从而曲轴6在拨叉8作用下，同步移动到最左端。此时的曲轴套5位于曲轴曲柄6-2的最右端，即，活塞连杆4下端的回转半径最大。在该图中，曲轴曲柄6-2回转到最低点，活塞3处于下止点位置。

虽然以上结合了较佳实施例对本发明的结构和工作原理进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于发动机的可变压缩比结构，包括活塞(3)、安装到所述活塞(3)的活塞销(12)、曲轴(6)和活塞连杆(4)，所述曲轴(6)包括第一曲轴轴颈(6-3)、第一凸轮(13-1)、第二凸轮(13-2)、第二曲轴轴颈(6-4)、以及在所述第一凸轮(13-1)与所述第二凸轮(13-2)之间延伸的曲轴曲柄(6-2)，所述第一曲轴轴颈(6-3)连接至所述第一凸轮(13-1)，而所述第二曲轴轴颈(6-4)连接至所述第二凸轮(13-2)，所述活塞连杆(4)的一端通过所述活塞销(12)铰接到所述活塞(3)，所述活塞连杆(4)的另一端通过相对于所述活塞连杆(4)固定的曲轴套(5)能旋转地接合到所述曲轴(6)的曲轴曲柄(6-2)，从而绕所述曲轴(6)的回转轴线(X)作回转运动，其中所述曲轴曲柄(6-2)插入穿过所述曲轴套(5)，其特征在于，

所述曲轴曲柄(6-2)相对于所述曲轴的回转轴线(X)倾斜，使得所述曲柄曲轴(6-2)的一端比另一端更靠近所述曲轴的回转轴线(X)，以及所述曲轴(6)能沿所述曲轴的回转轴线(X)轴向移动，且同时所述曲柄曲轴(6-2)能相对于所述曲轴套(5)沿轴向滑动，使得所述曲轴套(5)相对于所述曲轴(6)的径向位置相应改变。

2.根据权利要求1所述的可变压缩比结构，其特征在于，所述曲轴套(5)与所述活塞连杆(4)的另一端一体形成。

3.根据权利要求1所述的可变压缩比结构，其特征在于，当所述曲轴(6)沿所述曲轴的回转轴线(X)朝向所述曲柄曲轴(6-2)的一端的一侧轴向滑动时，所述活塞连杆(4)的所述另一端处的所述曲轴套(5)的回转运动半径减小；而当所述曲轴(6)沿所述曲轴的回转轴线(X)朝向所述曲柄曲轴(6-2)的另一端的一侧轴向滑动时，所述活塞连杆(4)的所述另一端处的所述曲轴套(5)的回转运动半径增大。

4.根据权利要求1所述的可变压缩比结构，其特征在于，所述可变压缩比结构还设有活塞连杆固定装置(1-1)，用于固定所述活塞连杆(4)相对于所述曲轴(6)的轴向位置，从而在所述曲轴(6)沿所述曲轴的回转轴线(X)轴向滑动时防止所述活塞连杆(4)所述另一端处的所述曲轴套(5)被所述曲轴曲柄(6-2)带动而轴向滑动。

5.根据权利要求4所述的可变压缩比结构，其特征在于，所述活塞连杆固定装置(1-1)为相对于发动机壳体(1)固定的活塞连杆挡槽。

6.根据权利要求1所述的可变压缩比结构，其特征在于，所述第二曲轴轴颈(6-4)与发动机的输出轴(7)相对于彼此固定连接。

7.根据权利要求6所述的可变压缩比结构，其特征在于，在所述第二曲轴轴颈(6-4)内形成有轴向中心孔，所述输出轴(7)与所述轴向中心孔之间通过花键彼此连接。

8.根据权利要求1所述的可变压缩比结构，其特征在于，可变压缩比结构还包括拨叉(8)，所述拨叉(8)能相对于所述曲轴(6)的回转轴线(X)轴向移动，所述拨叉(8)的末端和所述第二曲轴轴颈(6-4)的外表面上中的一个上设有凹槽，而所述拨叉(8)的末端和所述第二曲轴轴颈(6-4)的外表面上中的另一个上设有突起，所述突起配合在所述凹槽内，从而通过所述拨叉(8)的轴向移动，使得所述第二曲轴轴颈(6-4)轴向移动并带动所述曲轴(6)的轴向移动。

9.根据权利要求8所述的可变压缩比结构，其特征在于，所述拨叉(8)与拨叉齿条(8-1)固定连接，而所述拨叉齿条(8-1)与齿条驱动齿轮(9)啮合，所述齿条驱动齿轮(9)由驱动装置驱动而转动。

10.根据权利要求8所述的可变压缩比结构，其特征在于，所述拨叉(8)与液压缸(16)的活塞固定连接，而所述拨叉(8)通过所述液压缸(16)的伸缩运动驱动而轴向移动。