CN109736946A - 一种发动机可变压缩比系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发动机可变压缩比系统及控制方法，由发动机润滑系统两路低压油驱动换向活塞，实现高压油的换向，可以有效解决需要额外机油泵提供高压油的问题，相对“U”型槽驱动换向销方式，可以节约一个驱动电机和“U”型槽驱动系统，使控制系统大幅简化，它具有结构简单、紧凑，工艺性好，成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其是涉及一种发动机可变压缩比系统及控制方法。
背景技术
一般发动机的压缩比是不可变动的，因为燃烧室容积及气缸工作容积都是固定的参数，在设计中已经定好。不过，为了使得现代发动机能在各种变化的工况中发挥更好的效率，以变对变来改善发动机的运行性能。其中气门可变驱动技术早已实现，做为重要参数的压缩比也有人尝试由固定不变改为"随机应变"，但由于涉及压缩比必然要涉及到整个发动机结构的改变，牵一而动百，难度很大，长期没有进展。近年来油耗法规逐渐加严，新技术不断涌现，发动机变得越来越智能，出现了许多可变技术，如可变气门正时VVT，可变气门升程VVL，可变进气滚流PDA，可变截面增压器VGT等来兼顾发动机低速的和高速的动力性和经济性，热效率提升的空间也越来越小。而可变压缩比(Variable Compression Ratio)技术相对其他可变技术对热效率的贡献是最大的，一般可以降低CO2排放5％～8％，业内堪称“内燃机的最后一次革命”。虽然该技术很早就有人开始研究，但是大都因结构复杂，控制困难，可靠性差而没有得到广泛应用。近几年，很多高校、研究机构、企业和个人又开始投入大量精力研究可变压缩比(VCR)技术，以应对即将实施的四阶段油耗法规。
汽油机VCR技术研究成果比较多的主要集中在国外，如FEV，Gomecsys，IWIS，Nissan，MCE-5等，这些公司的VCR方案大致可分为几类：连杆小头偏心、连杆大头偏心、主轴承偏心、连杆长度可变、多连杆机构等。
本发明一种可变压缩比控制系统及其结构，跟CN104662273A专利原理相近，CN104662273A方案是"U"型槽机械控制换向阀实现高压油换向，“U”型槽由电机驱动，“U”型槽推动换向销移动实现液压换向，工作过程中会存在冲击，增加一个驱动电机，系统成本高。
发明内容
针对上述技术缺点，本发明提供了一种可变压缩比控制系统，由发动机润滑系统两路低压油驱动换向活塞，实现高压油的换向，可以有效解决需要额外机油泵提供高压油的问题，相对“U”型槽驱动换向销方式，可以节约一个驱动电机和“U”型槽驱动系统，使控制系统大幅简化，它具有结构简单、紧凑，工艺性好，成本低等优点。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种发动机可变压缩比系统，包括连杆、双作用活塞、连杆瓦和高压换向阀，所述连杆的两端分别为大头孔和小头孔，偏心环安装于小头孔内，曲轴通过连杆瓦安装于大头孔内，连杆中部设有活塞孔，双作用活塞设于活塞孔内，并在大头孔和小头孔之间往复移动，双作用活塞在活塞孔内移动形成容积可变的第一液压腔和第二液压腔，其特征在于：
曲轴的曲拐上设置主油道、a油道和b油道，连杆瓦包括可拆卸连接的连杆上瓦和连杆下瓦，连杆下瓦内部沿着内弧面设有一个主油槽和两个副油槽，两个副油槽设于主油槽的两侧，主油槽和副油槽的最底端均设有过油孔，连杆下端固定连接有高压换向阀，a油道和b油道分别连通两个副油槽；
高压换向阀内设有活塞腔，换向活塞在活塞腔内往复移动，活塞腔与高压换向阀的上端之间开有两个油孔和三个竖直油孔，三个竖直油孔位于两个油孔之间，三个竖直油孔自左向右依次为左油孔、中间油孔和右油孔，中间油孔与主油槽连通，左油孔和右油孔分别连通于第一液压腔和第二液压腔，两个油孔分别连通于两个副油槽；两个油孔向活塞腔内进出油，带动换向活塞往复移动，a油道和b油道通过两位三通电磁阀共同外接泵体或发动机主油道，两位三通电磁阀控制主油道跟a油道和b油道的通断；
主油道和主油槽连通，主油道通有发动机润滑油，a油道和b油道通有低压油，换向活塞上端开有凹槽，当换向活塞位于活塞腔任意一侧时，凹槽与三个油孔中的任意两个油孔连通，即中间油孔和左油孔或中间油孔和右油孔。
进一步，所述主油道通过两位三通电磁阀向a油道和b油道之间的任意一路供油，另一路泄油；为了减小副油槽的长度，a油道和b油道可为交叉油孔。
进一步，所述左油孔和右油孔在通入两个液压腔的油路中均设有单向阀。
进一步，所述a油道和b油道和两个副油槽之间通过曲轴内设的过油通道连通。
进一步，所述三个过油孔共线。
进一步，所述主油槽的弧长大于副油槽的弧长。
进一步，两个油孔分别连通于活塞腔的两侧。
进一步，所述两位三通电磁阀8设于发动机机体中或外接单独设置。
进一步，所述连杆瓦和主轴瓦上分别设置有相互连通的油槽。
一种发动机可变压缩比系统的控制方法，应用上述发动机可变压缩比系统，主油道的发动机润滑油通入a油道和b油道，通过两位三通电磁阀控制a油道、b油道内充油或泄油，从而控制高压换向阀的换向活塞移动来实现高压油换向，高压油换向决定了第一液压腔、第二液压腔的充油或放油，在单向阀的作用下，使某一液压腔持续充油直至充满，此时偏心环到达极限位置，从而可以将连杆长度固定在长或短的位置。
相对于现有技术，本发明所述的一种发动机可变压缩比系统及控制方法，具有以下有益效果：通过电磁阀的电信号控制液压系统，电信号可由ECU发出，方便控制；控制系统均为液压系统，不受力的方向的限制，油路接通即可；系统无额外增加零件，只在现有零件上设置油道；电磁阀相对机械控制使用的电机或电磁铁成本低，可靠性好。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的连杆内部结构示意图；
图2为图1的右视剖视图；
图3为图2中A部分的放大示意图；
图4为图1的外观示意图；
图5为图1的立体结构示意图；
图6为双作用活塞下压到极限位置时的示意图(低圧缩比状态)；
图7为图6的右视剖视图；
图8为图6的外观示意图；
图9为图6的立体结构示意图；
图10为连杆安装在曲轴上的内部结构示意图；
图11为图10的左视图；
图12为连杆下瓦的结构示意图；
图13、14为两个状态下的系统工作原理图；
图15为两位三通电磁阀的结构示意图；
附图标记说明：
1-连杆；2-双作用活塞；3-连杆瓦；31-连杆上瓦；32-连杆下瓦；4-单向阀；5-高压换向阀；6-换向活塞；7-第二液压腔；8-第一液压腔；9-偏心环；10-连接支架；11-主油槽；12-副油槽；13-凹槽；14-油孔；15-左油孔；16-中间油孔；17-右油孔；18-曲轴；19-a油道；20-b油道；21-过油孔；22-两位三通电磁阀；23-泵体；R-油道的阻尼。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1-15所示，一种发动机可变压缩比系统，包括连杆1、双作用活塞2、连杆瓦3和高压换向阀5，所述连杆1的两端分别为大头孔和小头孔，偏心环9安装于小头孔内，曲轴18通过连杆瓦3安装于大头孔内，连杆1中部设有活塞孔，双作用活塞2设于活塞孔内，并在大头孔和小头孔之间往复移动，双作用活塞2在活塞孔内移动形成容积可变的第一液压腔8和第二液压腔7，曲轴18的曲拐上设置主油道、a油道19和b油道20，所述主油道位于a油道19和b油道20之间。所述连杆瓦3和主轴瓦上分别设置有相互连通的油槽，形成机油通路，其中一路润滑轴承，另外通路控制高压油路切换。
连杆瓦3包括可拆卸连接的连杆上瓦31和连杆下瓦32，连杆盖将连杆瓦3通过螺栓锁紧形成一个整体。连杆下瓦32内部沿着内弧面设有一个主油槽11和两个副油槽12，两个副油槽12设于主油槽11的两侧，所述主油槽11的弧长大于副油槽12的弧长，主油槽11和副油槽12的最底端均设有过油孔21，所述三个过油孔21共线。连杆1下端固定连接有高压换向阀5，a油道19和b油道20分别连通两个副油槽12，所述a油道19和b油道20和两个副油槽12之间通过曲轴18内设的过油通道连通。
高压换向阀5内设有活塞腔，换向活塞6在活塞腔内往复移动，活塞腔与高压换向阀5的上端之间开有两个油孔14和三个竖直油孔，油孔14可以是直油孔也可以是斜油孔，三个竖直油孔位于两个油孔14之间，两个油孔14分别连通于活塞腔的两侧。三个竖直油孔自左向右依次为左油孔15、中间油孔16和右油孔17，中间油孔16与主油槽11连通，左油孔15和右油孔17分别连通于第一液压腔8和第二液压腔7，两个油孔14分别连通于两个副油槽12；两个油孔14向活塞腔内进出油，带动换向活塞6往复移动，a油道19和b油道20通过两位三通电磁阀22共同外接泵体或发动机主油道，两位三通电磁阀控制主油道跟a油道和b油道的通断；
主油道和主油槽11连通，主油道通有发动机润滑油，a油道19和b油道20通有低压油，换向活塞6上端开有凹槽13，当换向活塞6位于活塞腔任意一侧时，凹槽13与三个油孔中的任意两个油孔连通，即中间油孔16和左油孔15或中间油孔16和右油孔17。所述左油孔15和右油孔17在通入两个液压腔的油路中均设有单向阀4。
所述两位三通电磁阀22设于发动机机体中或外接单独设置。
一种发动机可变压缩比系统的控制方法，应用上述发动机可变压缩比系统，低压油通入a油道19和b油道20，通过两位三通电磁阀22控制a油道19、b油道20内充油或泄油，从而控制高压换向阀5的换向活塞6移动来实现高压油换向，高压油换向决定了第一液压腔8、第二液压腔7的充油或放油，在单向阀4的作用下，使某一液压腔持续充油直至充满，此时偏心环9到达极限位置，从而可以将连杆1长度固定在长或短的位置。
工作原理：
连杆1小头设置偏心环9，偏心环9内孔安装活塞销，活塞跟连杆1通过活塞销连接，连杆1大头跟曲轴18连接，曲轴18通过发动机机体上的主轴承固定在发动机上，曲轴7可以在主轴承内旋转运动，曲轴7上的曲柄销跟连杆瓦3内孔配合，可在连杆瓦3内旋转。燃油在发动机气缸内燃烧时爆发压力作用在双作用活塞2上，推动双作用活塞2下移，双作用活塞2通过连杆1推动曲轴18旋转做功，从曲轴18一端输出。
由于连杆1小头设置了偏心环9，在气缸压力作用下，偏心环9旋转，通过连接支架10的铰接机构推动双作用活塞2向下移动压缩第一液压腔8内的机油。相反，在发动机吸气冲程时，在惯性力作用下，连杆1受拉，偏心环9反向旋转，双作用活塞2压缩第二液压腔7中的机油，工作过程中，第一液压腔8或第二液压腔7内均为高压机油。第一液压腔8、第二液压腔7跟高压换向阀5之间通过设置在连杆1和换向阀体内的油道连通，两路油道内分别设置单向阀4。
控制原理：
在发动机机体中或单独设置两位三通电磁阀22，三路油分别通主油道和曲轴18上的a、b油道，油道内为跟发动机主油道压力相当的低压油，通过两位三通电磁阀22控制a、b油道内充油或泄油，从而控制高压换向阀5的换向活塞6移动，实现高压油换向。高压油换向决定了第一液压腔8、第二液压腔7充油或放油，在单向阀4的作用下，可以实现某一油腔持续充油，直至充满液压腔，此时偏心环9到达极限位置，从而可以将连杆1长度固定在长或短的位置，如图13所示。图13中V1、V2分别为高压液压腔、R为油道的阻尼，高压换向阀5、两位三通电磁阀22均为两位三通阀，泵体23为发动机机油泵。图14为另一种压缩比状态时的控制原理图。
如图3和12所示，连杆1大头下方设置了高压换向阀5，高压换向阀5内设置油道，跟连杆瓦3的两侧油孔连通。
除了本实施例之外，高压油还可以通过机械驱动实现换向。
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)
1.一种发动机可变压缩比系统，包括连杆(1)、双作用活塞(2)、连杆瓦(3)和高压换向阀(5)，所述连杆(1)的两端分别为大头孔和小头孔，偏心环(9)安装于小头孔内，曲轴(18)通过连杆瓦(3)安装于大头孔内，连杆(1)中部设有活塞孔，双作用活塞(2)设于活塞孔内，并在大头孔和小头孔之间往复移动，双作用活塞(2)在活塞孔内移动形成容积可变的第一液压腔(8)和第二液压腔(7)，其特征在于：
曲轴(18)的曲拐上设置主油道、a油道(19)和b油道(20)，连杆瓦(3)包括可拆卸连接的连杆上瓦(31)和连杆下瓦(32)，连杆下瓦(32)内部沿着内弧面设有一个主油槽(11)和两个副油槽(12)，两个副油槽(12)设于主油槽(11)的两侧，主油槽(11)和副油槽(12)的最底端均设有过油孔(21)，连杆(1)下端固定连接有高压换向阀(5)，a油道(19)和b油道(20)分别连通两个副油槽(12)；
高压换向阀(5)内设有活塞腔，换向活塞(6)在活塞腔内往复移动，活塞腔与高压换向阀(5)的上端之间开有两个油孔(14)和三个竖直油孔，三个竖直油孔位于两个油孔(14)之间，三个竖直油孔自左向右依次为左油孔(15)、中间油孔(16)和右油孔(17)，中间油孔(16)与主油槽(11)连通，左油孔(15)和右油孔(17)分别连通于第一液压腔(8)和第二液压腔(7)，两个油孔(14)分别连通于两个副油槽(12)；两个油孔(14)向活塞腔内进出油，带动换向活塞(6)往复移动，a油道(19)和b油道(20)通过两位三通电磁阀(22)共同外接泵体(23)或发动机主油道，两位三通电磁阀(22)控制主油道跟a油道和b油道的通断；
主油道和主油槽(11)连通，主油道通有发动机润滑油，a油道(19)和b油道(20)通有低压油，换向活塞(6)上端开有凹槽(13)，当换向活塞(6)位于活塞腔任意一侧时，凹槽(13)与三个油孔中的任意两个油孔连通，即中间油孔(16)和左油孔(15)或中间油孔(16)和右油孔(17)。
2.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比系统，其特征在于：所述主油道位于a油道(19)和b油道(20)之间，通过两位三通电磁阀控制a油道、b油道实现通油和泄油。
3.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比系统，其特征在于：所述左油孔(15)和右油孔(17)在通入两个液压腔的油路中均设有单向阀(4)。
4.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比系统，其特征在于：所述a油道(19)和b油道(20)和两个副油槽(12)之间通过曲轴(18)内设的过油通道连通。
5.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比系统，其特征在于：所述三个过油孔(21)共线。
6.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比系统，其特征在于：所述主油槽(11)的弧长大于副油槽(12)的弧长。
7.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比系统，其特征在于：两个油孔(14)分别连通于活塞腔的两侧。
8.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比系统，其特征在于：所述两位三通电磁阀(22)设于发动机机体中或外接单独设置。
9.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比系统，其特征在于：所述连杆瓦(3)和主轴瓦上分别设置有相互连通的油槽。
10.一种发动机可变压缩比系统的控制方法，其特征在于：应用权利要求1-9任一项的发动机可变压缩比系统，主油道的发动机润滑油通入a油道(19)和b油道(20)，通过两位三通电磁阀(22)控制a油道(19)、b油道(20)内充油或泄油，从而控制高压换向阀(5)的换向活塞(6)移动来实现高压油换向，高压油换向决定了第一液压腔(8)、第二液压腔(7)的充油或放油，在单向阀(4)的作用下，使某一液压腔持续充油直至充满，此时偏心环(9)到达极限位置，从而可以将连杆(1)长度固定在长或短的位置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20220817 Address after: No. 8, Huanzhen South Road, Yangshi, Luoshe Town, Huishan District, Wuxi City, Jiangsu Province, 214000 Applicant after: Wuxi yajiadeyin Technology Co.,Ltd. Address before: 214062 Shangli East New Village, Binhu District, Wuxi City, Jiangsu Province Applicant before: Zhang Xuehong |
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| GR01 | Patent grant | ||
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