CN109779751A - 可变长度连杆机构及发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变长度连杆机构及发动机，属于发动机技术领域。该可变长度连杆机构包括连杆小端和连杆大端，连杆小端自由端开设开孔，连杆大端自由端插入开孔并能够在开孔内滑动；连杆大端自由端的端部将开孔分隔为第一空腔和第二空腔；第一空腔内设置小端弹性件，连杆大端内开设有第一油道，第一油道靠近连杆小端的一端设置有挡油件，第一油道与第二空腔之间贯设第二油道，在第一油道内油压的作用下，挡油件能够在关闭和打开第二油道的状态间切换；第二空腔下端开设有直径小于第二油道直径的出油孔。根据负荷油压大小通过弹性件实现连杆长度变化，从而改变压缩比大小。

Description

可变长度连杆机构及发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种可变长度连杆机构及发动机。

背景技术

随着各项法规的日益严苛，对于发动机经济性与排放性要求越来越高，为达到此要求，发动机压缩比也越来越高，高压缩比意味着提高爆压，全负荷高爆压工况下发动机容易产生爆震，振动、噪声也会加剧，从而引起动力性下降。因此压缩比不能太高，然而在怠速等小负荷工况下采用低压缩比容易燃烧不完全，排放性较差，油耗升高，热效率也较低。目前发动机压缩比不能根据工况随意调节，只能是一个固定值，所以存在上述问题。

现阶段，大多数连杆为整体式结构，连杆杆身只有一种长度，长度不可调节，压缩比不能改变，在全负荷高爆压工况下采用高压缩比会造成发动机振动、噪声加剧，从而引起动力性下降，在怠速等小负荷工况下采用低压缩比容易燃烧不完全，排放性较差，热效率也较低。还有少部分发动机采用阿特金森循环技术，设计复杂的连杆小头或大头结构，来实现行程的改变，进而改变压缩比，这种结构复杂，占用空间较大，整机布置困难，成本较高。

因此，亟需提供一种可变长度连杆机构，以解决现有可变压缩比连杆存在的结构复杂、占用空间大、整机布置困难且成本高的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变长度连杆机构及发动机，以在不增加额外的复杂结构的情况下，即可实现连杆长度调节，进而改变压缩比，节省空间，整机布置简单，制造容易，成本低廉。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

本发明提供了一种可变长度连杆机构，所述连杆小端自由端开设开孔，所述连杆大端自由端插入所述开孔并能够在所述开孔内滑动；所述连杆大端自由端的端部将所述开孔分隔为第一空腔和第二空腔；

所述第一空腔内设置小端弹性件，所述连杆大端内开设有第一油道，所述第一油道靠近所述连杆小端的一端设置有挡油件，所述第一油道与所述第二空腔之间贯设第二油道，在所述第一油道内油压的作用下，所述挡油件能够在关闭和打开所述第二油道的状态间切换；所述第二空腔下端开设有直径小于所述第二油道直径的出油孔。

进一步地，所述挡油件设置为限压球阀，所述限压球阀包括阀芯和大端弹性件，所述大端弹性件设置于所述阀芯与所述第一油道的端部之间。

进一步地，所述连杆大端于所述挡油件的下方设置有支撑所述挡油件的圆柱销。

进一步地，所述连杆大端的端部设置有隔板，所述隔板将所述开孔分为所述第一空腔和所述第二空腔。

进一步地，所述隔板的外周套设有第一密封环，所述第一密封环与所述开孔的内壁密封接触；所述连杆小端的底部设置有环状的压板，所述压板内周套设第二密封环，所述第二密封环与所述连杆大端的外壁密封接触。

进一步地，所述压板于所述第二空腔的底部开设有所述出油孔。

进一步地，所述开孔的内端设置小端弹性件上座，所述连杆大端的端部设置小端弹性件下座，所述小端弹性件的两端分别连接在所述小端弹性件上座和所述小端弹性件下座上。

进一步地，所述第一油道的端部设置有大端弹性件上座，所述大端弹性件的一端连接在所述大端弹性件上座上。

进一步地，所述小端弹性件和所述大端弹性件均为弹簧；所述阀芯为球体。

本发明还提供了一种发动机，包括如上述任一项技术方案所述的可变长度连杆机构。

与现有技术相比，本发明提供的可变长度连杆机构，当在大负荷时，机油压力较高，达到挡油件开启压力，挡油件上升，机油进入第二油道，进而填满第二空腔，虽然第二空腔下端设置出油孔，但第二油道的直径比出油孔的直径大很多，所以即使第二空腔一边进油，一边出油，但最终也会很快被填满，由于机油具有不可压缩特性，此时认为第二空腔为刚性的，连杆大端与连杆小端之间只能进行压缩而不能伸长，大负荷时爆压较大，做功冲程第一空腔中的小端弹性件被压缩，第二空腔填满机油，认为是刚性不可压缩的，此时连杆缩短且不能伸长，压缩比变小。在其他排气、进气、压缩冲程连杆均处于压缩状态，不能伸长。当在怠速等小负荷时，机油压力较低，达不到挡油件开启压力，第二空腔中的机油会从出油孔流出，第二空腔可以被压缩，第一空腔中的小端弹性件会在往复惯性力作用下复位，连杆大端与连杆小端之间相对伸长，此时爆压较低，第一空腔中小端弹性件压缩量远远小于大负荷时压缩量，且在其他排气、进气、压缩冲程，第二空腔被压缩，连杆被拉长，压缩比减小。本发明的连杆大端、连杆小端均与普通连杆一样，只是改变连杆杆身结构，连杆长短的调节完全由主油道机油压力是否达到挡油件开启压力决定，不需要额外设置复杂的电控系统与油路控制系统，即可实现连杆长度调节，进而改变压缩比，节省空间，整机布置简单，成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例中的可变长度连杆机构的主视图；

图2为本发明实施例中的可变长度连杆机构的侧视图；

图3为图2沿A-A向的剖视图；

图4为图3中B部的放大图；

图5为图3中沿C-C向的剖视图。

附图标记：1-连杆小端；101-第一连接孔；2-小端弹性件上座；3-小端弹性件；4-第一空腔；5-小端弹性件下座；6-第二空腔；7-第一油道；8-第一螺栓；9-压板；10-出油孔；11-连杆大端；1101-第二连接孔；1102-隔板；12-第二螺栓；13-第二油道；14-圆柱销；15-阀芯；16-大端弹性件；17-大端弹性件上座。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述，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，本领域技术人员在没有做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。

本实施例提供了一种发动机，包括活塞、曲轴及可变长度连杆机构，其中可变长度连杆机构的一端与曲轴连接，另一端与活塞连接，发动机工作时，曲轴内的机油自其油腔向可变长度连杆机构进油。上述可变长度连杆机构通过改变活塞在上止点的位置，从而改变燃烧室容积，实现压缩比可调节。所谓压缩比即：发动机气缸总容积(活塞处于下止点时，活塞顶部以上气缸容积)比上气缸燃烧室容积(活塞处于上止点时，活塞顶部以上容积)。

如图1-图4所示，上述可变长度连杆机构，包括连杆小端1和连杆大端11，连杆小端1自由端开设开孔，连杆大端11自由端插入开孔并能够在开孔内滑动；连杆大端11自由端的端部将开孔分隔为第一空腔4和第二空腔6(即连杆大端11自由端的端部与开孔的内端形成第一空腔4，连杆大端11自由端的端部与连杆小端1的端部形成密闭的第二空腔6)；第一空腔4内设置小端弹性件3，连杆大端11内开设有第一油道7，第一油道7靠近连杆小端1的一端设置有挡油件。可选地，本实施例中，上述挡油件设置为限压阀，限压阀又包括阀芯15和大端弹性件16,大端弹性件16设置于阀芯15与第一油道7的端部之间，其中，阀芯15为球体。第一油道7与第二空腔6之间贯设第二油道13，在第一油道7内油压的作用下，限压阀能够在关闭和打开第二油道13的状态间切换；第二空腔6下端开设有直径小于第二油道13直径的出油孔10，以将第二空腔6内的油排出。

当在大负荷时，机油压力较高，达到限压阀开启压力，限压阀压缩大端弹性件16，机油进入第二油道13，进而填满第二空腔6，虽然第二空腔6下端设置出油孔10，但第二油道13的直径比出油孔10的直径大很多，所以即使第二空腔6一边进油，一边出油，但最终也会很快被填满，由于机油具有不可压缩特性，此时认为第二空腔6为刚性的，连杆大端11与连杆小端1之间只能进行压缩而不能伸长，大负荷时爆压较大，第一空腔4中的小端弹性件3被压缩，第二空腔6填满机油，认为是刚性不可压缩的，此时连杆缩短且不能伸长，压缩比变小。在其他排气、进气、压缩冲程连杆均处于压缩状态，不能伸长。当在怠速等小负荷时，机油压力较低，达不到限压阀开启压力，第二空腔6中的机油会从出油孔10流出，第二空腔6可以被压缩，第一空腔4中的小端弹性件3会在往复惯性力作用下复位，连杆大端11与连杆小端1之间相对伸长，此时爆压较低，第一空腔4中小端弹性件3压缩量远远小于大负荷时压缩量，且在其他排气、进气、压缩冲程，第一空腔4被压缩，连杆被拉长，压缩比减小。本实施例的连杆大端11、连杆小端1均与普通连杆一样，只是改变连杆杆身结构，连杆长短的调节完全由主油道机油压力是否达到限压阀开启压力决定，不需要额外设置复杂的电控系统与油路控制系统，即可实现连杆长度调节，进而改变压缩比，节省空间，整机布置简单，成本较低。

本实施例中，小端弹性件3和大端弹性件16均采用弹簧的结构，具体为小端弹簧和大端弹簧。如图3-图5所示，小端弹簧的两端分别与第一空腔4的内端和连杆大端11自由端的端部连接，该种结构为一体式结构，可以使得连杆大端11和连杆小端1带动小端弹簧压缩和伸长，小端弹簧也不会出现晃动移位的状况，保证了连接和运动的可靠性。具体地，开孔的内端设置小端弹性件上座2，连杆大端11的端部设置小端弹性件下座5，小端弹簧的两端分别连接在小端弹性件上座2和小端弹性件下座5上，使得小端弹簧安装可靠且节省空间。

可选地，如图3和图4所示，本实施例中大端弹簧的一端与第一油道7的端部连接，另一端与阀芯15连接，具体地，为节省安装空间，确保安装可靠性，第一油道7的端部设置有大端弹性件上座17，大端弹簧的一端连接在大端弹性件上座17上，另一端与阀芯15连接。为减轻大端弹簧与阀芯15之间连接力，连杆大端11于阀芯15的下方设置有支撑阀芯15的圆柱销14，该种结构在常态下大端弹簧呈自然状态(即不伸长不压缩)，圆柱销14的直径小于第一油道7的直径，以防挡住第一油道7内的机油。阀芯15位于第二油道13开口的下方，在常态下，机油无法从第一油道7流入第二油道13，只有在大负荷状态时，机油的压力大到将阀芯15压至第二油道13开口上方，机油由第一油道7流向第二油道13。

本实施例中，阀芯15的直径应设置的与第一油道7的直径相差不大，能够最大程度地截防机油自阀芯15流过，以保证常态下机油无法自第一油道7流向第二油道13。

具体地，如图3和图4所示，连杆大端11的端部设置有隔板1102，隔板1102将开孔分为第一空腔4和第二空腔6。为了既保证隔板1102对第一空腔4和第二空腔6的密封性，又不妨碍连杆大端11在开孔内的滑动，隔板1102的外周套设有第一密封环，第一密封环与开孔的内壁密封接触。同理，连杆小端1的底部通过第一螺栓8连接有环状的压板9，压板9内周套设第二密封环，第二密封环与连杆大端11的外壁密封接触。可选地，本实施例中第一密封环和第二密封环均采用橡胶环。

为使得在大负荷变为小负荷时，使第二空腔6内的机油流出，以保证第二空腔6能够顺利被压缩，可选地，本实施例中压板9于第二空腔6的底部开设有上述出油孔10。当然在其他实施例中，如果工况允许，也可以在第二空腔6的内壁上开设出油孔，在连杆小端1上开设与出油孔连通的出油通道，使得第二空腔6内的机油自出油通道流出。

进一步地，如图1和图3所示，连杆大端11和连杆小端1相远离的端部均呈圆弧状，连杆小端1远离连杆大端11的端部设置有与活塞连接的第一连接孔101，连杆大端11远离连杆小端1的端部设置有与曲轴连接的第二连接孔1101。发动机内该连杆机构是两个对称的半连杆对接装配成的完整结构，两个半连杆于连杆大端11底部通过第二螺栓12连接成型。当该连杆机构与曲轴连接时，第一油道7远离连杆小端1的端部能够与曲轴的油孔连通。

具体地，本实施例提供的发动机中，可变长度连杆机构的连杆大端11上的第二连接孔1101与曲轴连接，连杆小端1上的第一连接孔101与活塞连接，发动机工作时，曲轴内的机油自其油腔向第一油道7进油。该发动机通过将整体式连杆设计为可伸缩的两部分，类似于密闭气缸，连杆大端11与连杆小端1通过小端弹簧连接，且下部分形成油腔即第二空腔6，第二空腔6充满油后可以认为是刚性的，连杆只能通过弹簧压缩变短且不能伸长，根据大负荷油压高，小负荷油压低的特点，设计限压阀控制油路的开闭，从而使连杆大负荷时压缩变短，小负荷时机油泄出，弹簧复位连杆伸长，从而改变压缩比大小。具体在大负荷高爆压时连杆长度变短，压缩比变小，从而提高发动机抗爆性，减小振动、噪声，从而保证动力性不下降。在怠速等小负荷时连杆长度变长，压缩比变大，从而使燃烧更充分，排放性能更好，油耗降低，热效率提高。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种可变长度连杆机构，包括连杆小端(1)和连杆大端(11)，其特征在于，所述连杆小端(1)自由端开设开孔，所述连杆大端(11)自由端插入所述开孔并能够在所述开孔内滑动；所述连杆大端(11)自由端的端部将所述开孔分隔为第一空腔(4)和第二空腔(6)；

所述第一空腔(4)内设置小端弹性件(3)，所述连杆大端(11)内开设有第一油道(7)，所述第一油道(7)靠近所述连杆小端(1)的一端设置有挡油件，所述第一油道(7)与所述第二空腔(6)之间贯设第二油道(13)，在所述第一油道(7)内油压的作用下，所述挡油件能够在关闭和打开所述第二油道(13)的状态间切换；所述第二空腔(6)下端开设有直径小于所述第二油道(13)直径的出油孔(10)。

2.根据权利要求1所述的可变长度连杆机构，其特征在于，所述挡油件设置为限压阀，所述限压阀包括阀芯(15)和大端弹性件(16)，所述大端弹性件(16)设置于所述阀芯(15)与所述第一油道(7)的端部之间。

3.根据权利要求1所述的可变长度连杆机构，其特征在于，所述连杆大端(11)于所述挡油件的下方设置有支撑所述挡油件的圆柱销(14)。

4.根据权利要求1所述的可变长度连杆机构，其特征在于，所述连杆大端(11)的端部设置有隔板(1102)，所述隔板(1102)将所述开孔分为所述第一空腔(4)和所述第二空腔(6)。

5.根据权利要求4所述的可变长度连杆机构，其特征在于，所述隔板(1102)的外周套设有第一密封环，所述第一密封环与所述开孔的内壁密封接触；所述连杆小端(1)的底部设置有环状的压板(9)，所述压板(9)内周套设第二密封环，所述第二密封环与所述连杆大端(11)的外壁密封接触。

6.根据权利要求5所述的可变长度连杆机构，其特征在于，所述压板(9)于所述第二空腔(6)的底部开设有所述出油孔(10)。

7.根据权利要求1所述的可变长度连杆机构，其特征在于，所述开孔的内端设置小端弹性件上座(2)，所述连杆大端(11)的端部设置小端弹性件下座(5)，所述小端弹性件(3)的两端分别连接在所述小端弹性件上座(2)和所述小端弹性件下座(5)上。

8.根据权利要求2所述的可变长度连杆机构，其特征在于，所述第一油道(7)的端部设置有大端弹性件上座(17)，所述大端弹性件(16)的一端连接在所述大端弹性件上座(17)上。

9.根据权利要求2所述的可变长度连杆机构，其特征在于，所述小端弹性件(3)和所述大端弹性件(16)均为弹簧；所述阀芯(15)为球体。

10.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的可变长度连杆机构。