CN110671199A - 可变压缩比机构与发动机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变压缩比机构，其包括滑动设于发动机缸体中的活塞，转动设于发动机缸体中的曲轴和具有偏心轮的偏心轴，转动设于曲轴中的曲柄销上的调节连杆，以及铰接于调节连杆的两端、并分别与活塞和偏心轮铰接的执行连杆与驱动连杆；且以所述执行连杆和所述活塞间铰接轴为摆动中心，所述执行连杆的摆角被设置为低于30°，以所述偏心轮为摆动中心，所述驱动连杆的摆角被设置为小于27°。本发明的可变压缩比机构通过限定连杆在工作时的摆动角度，可降低连杆的摩擦损失及其往复惯性力，而能够减轻连杆的磨损。

Description

可变压缩比机构与发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种可变压缩比机构，本发明还涉及一种具有上述可变压缩比机构的可变压缩比发动机。

背景技术

目前，汽车上使用的发动机均是固定压缩比发动机，也即发动机的压缩比不会随负荷大小变化。不过，压缩比的确定应是兼顾动力性、经济性和燃烧后的折中结果，其既不能太大也不能太小，在低速小负荷或部分负荷时，若压缩比偏小，可燃混合气不能充分混合，会造成燃烧效率低油耗高，以及燃烧不充分排放高，而在高速大负荷时，如果发动机压缩比偏大，则很容易产生爆震，轻则影响动力输出，重则对发动机零部件造成损坏。

多连杆式可变压缩比机构是唯一达到量产条件的发动机技术，其是通过连续改变发动机活塞上止点位置，进而改变发动机压缩比，以满足不同发动机负荷需求，使发动机始终工作在最佳工作区，进而既可提高发动机动力性降低油耗，又能够减少排放，能够很好的解决动力性与经济性、排放性之间的矛盾。

现有的多连杆式可变压缩比机构一般由活塞、曲轴和具有偏心轮的偏心轴，以及转动于曲轴曲柄销上的调节连杆，铰接于该调节连杆的两端，并分别与活塞及偏心轴铰接相连的执行连杆和驱动连杆构成。在偏心轴的转动下，通过多连杆结构的联动可使得活塞的上止点发生变化，从而可实现压缩比的改变。不过现有的多连杆结构可变压缩比机构中，因连杆的摆动角度较大，使得连杆的磨损损失较大，磨损严重，时间久了会对机构的可靠性带来影响。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种可变压缩比机构，以能够在发动机运行中，减小连杆的摆动角度，从而减轻连杆的磨损。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种可变压缩比机构，包括滑动设于发动机缸体中的活塞，转动设于所述发动机缸体中的曲轴和具有偏心轮的偏心轴，转动设于曲轴中的曲柄销上的调节连杆，以及铰接于所述调节连杆的两端、并分别与所述活塞和所述偏心轮铰接相连的执行连杆与驱动连杆；且以所述执行连杆和所述活塞间铰接轴为摆动中心，所述执行连杆的摆角被设置为低于30°，以所述偏心轮为摆动中心，所述驱动连杆的摆角被设置为小于27°。

进一步的，所述执行连杆两端铰接轴中心之间的距离L1、所述曲柄销中心与所述调节连杆和执行连杆间铰接轴中心之间的距离L2、所述曲柄销中心与所述调节连杆和驱动连杆间铰接轴中心之间的距离L3、以及所述驱动连杆两端铰接轴中心之间的距离L4被设置为满足如下的关系式：L1/L3＝L4/L2。

进一步的，所述曲柄销中心与所述调节连杆和驱动连杆间铰接轴中心之间的距离L3、所述驱动连杆两端铰接轴中心之间的距离L4、所述偏心轮中心和曲轴转动中心间的距离L5、以及曲轴转动中心和曲柄销中心间的距离r被设置为满足(L4²+L3²-r²)/L5²的值在0.9-1.1之间。

进一步的，所述活塞与执行连杆，所述执行连杆和驱动连杆与调节连杆之间均通过连接销铰接相连。

进一步的，于各所述连接销处分别设有压装于相应销孔内的衬套。

进一步的，所述调节连杆包括由连接件固连于一起的上杆部和下杆部，所述上杆部和下杆部间的结合面与所述连接件轴线正交，并于所述上杆部和所述下杆部之间围构形成有供所述曲柄销穿过的安装孔，所述连接件为分设于所述安装孔两相对侧的两个。

进一步的，所述连接件为螺栓。

进一步的，所述上杆部和下杆部由粉末锻造工艺成型。

进一步的，于所述结合面处设有构成所述上杆部与所述下杆部之间相互咬合的咬合部。

进一步的，所述咬合部包括一体构造于所述上杆部上的定位凸起，以及对应于所述定位凸起构造于所述下杆部上的凹槽，所述定位凸起嵌入所述凹槽内。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明的可变压缩比机构通过限定连杆在工作时的摆动角度，可降低连杆的摩擦损失及其往复惯性力，而能够减轻连杆的磨损。

此外，本发明中通过对各构件间距离间关系的设置，可实现连杆在工作时摆动角度的减小，从而由摆动角度的减小可降低连杆的摩擦损失，并能够减小连杆的摆动加速度以降低连杆的往复惯性力，由此能够减轻连杆的磨损。

本发明的另一目的在于提出一种可变压缩比发动机，其包括发动机缸体，还包括设于所述发动机缸体中的如上所述的可变压缩比机构。

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为本发明实施例一所述的可变压缩比机构的结构示意图；

图2为本发明实施例一所述的调节连杆的结构示意图；

图3为本发明实施例一所述的定位凸起与凹槽构成的咬合部的结构示意图；

图4为本发明实施例一所述的定位销与销孔构成的咬合部的结构示意图；

图5为本发明实施例一所述的定位套环与定位孔构成的咬合部的结构示意图；

图6为本发明实施例一所述的可变压缩比机构中部件间距离及角度关系图；

图7为本发明实施例一所述的执行连杆的摆动示意图(图中虚线结构为示意出摆动至另一侧极限位置时的执行连杆)；

图8为本发明实施例一所述的驱动连杆的摆动示意图(图中虚线结构为示意出摆动至另一侧极限位置时的驱动连杆)；

附图标记说明：

1-活塞，2-执行连杆，3-调节连杆，4-曲轴，5-驱动连杆，6-偏心轴，7-偏心轮，8-连接件，9-定位销，10-定位套环，11-活塞连接销，12-执行连杆连接销，13-驱动连杆连接销，14-曲柄销；

101-定位凸头；

301-上杆部，3011-定位凸起，302-下杆部，303-安装孔，304-调节连杆连接销孔。

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。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种可变压缩比机构，其为多连杆式可变压缩比机构，且如图1中所示的，该机构包括滑动设于图中未示出的发动机缸体中的活塞1，转动设于发动机缸体中的曲轴4和具有偏心轮7的偏心轴6，转动设于曲轴4中的曲柄销上的调节连杆3，以及铰接于调节连杆3的两端、并分别与活塞1和偏心轮7铰接相连的执行连杆2与驱动连杆5。

其中，上述调节连杆3的结构进一步的如图2中所示，其具体包括由连接件8固连于一起的上杆部301和下杆部302，上杆部301与下杆部302的结构优选为设置成相同的，并均可采用粉末锻造工艺成型，且两者间因相接而形成了结合面M，而该结合面M也正与连接件8的轴线间正交设置。此外，在上杆部301和下杆部302之间也围构形成有用于曲轴4上的曲柄销穿过的安装孔303，也即调节连杆3即由该安装孔303转动装设于曲柄销上，而连接件8则为分设于该安装孔303两相对侧的两个。

本实施例中上述用于调节连杆3中的两个杆部固连在一起的连接件8优选为螺栓，且作为调节连杆3主体结构的上杆部301和下杆部302均可由粉末锻造工艺成型，同时，在通过连接件8连接后，上杆部301与下杆部302间也即为相对于安装孔303的中心间呈中心对称状结构。在上杆部301和下杆部302上还分别设置有为通透状的调节连杆销孔304，执行连杆2和驱动连杆5便是分别连接在上杆部301以及下杆部302上的调节连杆销孔304处。

另外，本实施例中在上杆部301与结合面M处亦设置有构成上杆部301与下杆部302之间相互咬合的咬合部。该咬合部的设置，可在发动机运行中，经由执行连杆2将气缸内爆发压力传递至调节连杆3时，通过咬合部能够对所述爆发压力的沿结合面的分力进行分担，以此可使螺栓所构成的连接件8所承受的切向力减小，而可达到避免螺栓损坏的目的。

而在结构上，作为一种可行的结构形式，如图3中所示的，例如上述咬合部为包括一体构造于上杆部301上的定位凸起3011，且对应于定位凸起3011，在下杆部302上也构造有凹槽，定位凸起3011即嵌入该凹槽内，由此实现上杆部301和下杆部302之间的相互咬合。

而作为另一种可行的结构形式，如图4中所示，上述咬合部也可为包括对应设置于上杆部301与下杆部302上的销孔，以及两端分设插装于上杆部301和下杆部302上的销孔内的定位销9。以此，通过定位销9两端分别于两个杆部上的销孔中的插装，也能够实现上杆部301和下杆部302之间的相互咬合。

应注意的是，上述定位凸起3011的形状不限于图3中所示的，其与相配合的凹槽可为任意的能够使两个杆部呈现咬合状的形状。同时，定位销9也与定位凸起3011一样，其与相匹配的销孔的截面形状亦不受限制，以其能实现咬合功能便可。另外，对于定位凸起3011或者定位销9，其在结合面M处的分布数量和排布规则可视上杆部301与下杆部302结合面形状及尺寸进行选择，且以其不影响两个杆部相接面的结构强度，并能够保证获得所需的咬合力即可。

当然除了采用上述的定位凸起3011与定位销9，进一步的，作为又一种可行的结构形式，再如图5中所示的，本实施例上述的咬合部还可为包括环连接件8而构造于上杆部301上的定位槽，嵌设于该定位槽中并套设于连接件8上的具有定位凸头101的定位套环10，以及同样环绕连接件8而形成于下杆部302上的定位孔。定位孔在形状与数量以及位置排布上匹配于定位套环10上的定位凸头101设置，由此可使得定位凸头101嵌入定位孔中，而同样实现两个杆部之间的咬合。

本实施例中除了以上介绍的调节连杆3，其它诸如执行连杆2、驱动连杆5以及其它部件均可参考现有发动机中的相关结构。而作为优选的实施方式，活塞1与执行连杆2之间，执行连杆2与调节连杆3之间，以及驱动连杆5与调节连杆3之间均可为通过连接销铰接相连。此时，具体的活塞1和执行连杆2之间通过活塞连接销11铰接相连，调节连杆3则通过执行连杆连接销12及驱动连杆连接销13分别与执行连杆2以及驱动连杆5铰接相连。而本实施例在各连接销处还可分别设置压装于相应销孔内的衬套，以此降低连接销及各连杆结构的磨损。

本实施例的可变压缩比机构在工作时，其内的偏心轴6可由安装于发动机缸体上的电机经由减速器驱使转到，偏心轴6的转动通过偏心轮7使得驱动连杆5的支撑点上下移动，驱动连杆5支撑点的变化，通过调节连杆3和执行连杆2的联动，便能够使得活塞1的上止点发生改变，由此便能够实现对发动机压缩比的调节。

此外，本实施例的可变压缩比机构，在设置上以执行连杆2和活塞1间铰接轴、也即活塞连接销11为摆动中心，执行连杆2的摆角被设置为低于30°，而以偏心轮7为摆动中心，驱动连杆5的摆角则被设置为小于27°。通过限定两个连杆在工作时的摆动角度，可降低连杆的摩擦损失及其往复惯性力，进而能够达到减轻连杆磨损的效果。

基于以上摆角的设置，作为一种实施方式，参见于图6并结合图7所示的，对于该可变压缩比机构中的各构件而言，以在工作中进行摆动的执行连杆2为例，本实施例中执行连杆2两端铰接轴中心之间的距离L1，也即活塞连接销11中心与执行连杆连接销12中心之间的距离，曲柄销14中心与调节连杆3和执行连杆2间铰接轴中心之间的距离L2，也即曲柄销中心14和执行连杆连接销12中心之间的距离，曲柄销14中心与调节连杆3和驱动连杆5间铰接轴中心之间的距离L3，也即曲柄销14中心与驱动连杆连接销13中心之间的距离，以及驱动连杆5两端铰接轴中心之间的距离L4，也即驱动连杆连接销13和偏心轮7中心之间的距离，该四个距离被设置为满足L1/L3＝L4/L2。

以上关系式的设置，可使得执行连杆2在工作时，其摆动所至的两侧极限位置(2a与2b)之间的夹角β可在30°以内，执行连杆2摆动角度较小，从而能够减小其在摆动中的磨擦损失，且能够减小其往复摆动的惯性力，进而达到上述的降低磨损的目的。而当上述关系式L1/L3＝L4/L2不满足时，L1/L3和L4/L2之间的偏差越大，则执行连杆2的摆动角度β便会越大，此时会大大增加其因摆动所带来的磨损量。

与上述执行连杆2的摆动角度的设置相类似的，对于在工作中亦为摆动状的驱动连杆5的摆角的设置，作为可行实施方式，本实施例结合于图8所示的，曲柄销14中心与调节连杆3和驱动连杆2间铰接轴中心之间的距离L3，也即曲柄销14中心与驱动连杆连接销13中心之间的距离，驱动连杆5两端铰接轴中心之间的距离L4，也即驱动连杆连接销13和偏心轮7中心之间的距离，偏心轮7中心和曲轴4转动中心间的距离L5，以及曲轴4转动中心和曲柄销14中心间的距离r则被设置为满足(L4²+L3²-r²)/L5²的值在0.9-1.1之间。

此时，上述各距离所组成的表达式(L4²+L3²-r²)/L5²的值例如可为0.9、0.95、1.0、1.02、1.05、1.08或1.1。而使得以上表达式的值处于上述区间，可使得驱动连杆5在工作时，其摆动所至的两侧极限位置(5a与5b)之间的夹角α可在27°以内，驱动连杆5摆动角度较小，从而能够减小其在摆动中的磨擦损失，且能够减小其往复摆动的惯性力，进而亦达到上述的降低磨损的目的。而当上述表达式的值不在以上数值区间内时，其超出该区间越多，则驱动连杆5的摆动角度α便会越大，此时会大大增加其因摆动所带来的磨损量。

本实施例的可变压缩比机构通过对执行连杆2及驱动连杆5摆动角度的限制，能够减少两者在工作中的摩擦损失及往复惯性力，由此可降低其磨损，以提高两个连杆结构的使用寿命，而有着很好的实用性。

实施例二

本实施例涉及一种可变压缩比发动机，其包括发动机缸体，并还包括设于该发动机缸体中的如实施例一中的可变压缩比机构。本实施例的发动机通过采用实施例一中可变压缩比机构，可降低执行连杆2与驱动连杆5的磨损，能够提高两个连杆结构的使用寿命，而有着很好的实用性。

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)

1.一种可变压缩比机构，包括滑动设于发动机缸体中的活塞(1)，转动设于所述发动机缸体中的曲轴(4)和具有偏心轮(7)的偏心轴(6)，转动设于曲轴(4)中的曲柄销(14)上的调节连杆(3)，以及铰接于所述调节连杆(3)的两端、并分别与所述活塞(1)和所述偏心轮(7)铰接相连的执行连杆(2)与驱动连杆(5)；其特征在于：以所述执行连杆(2)和所述活塞(1)间铰接轴为摆动中心，所述执行连杆(2)的摆角被设置为低于30°，以所述偏心轮(7)为摆动中心，所述驱动连杆(5)的摆角被设置为小于27°。

2.根据权利要求1所述的可变压缩比机构，其特征在于：所述执行连杆(2)两端铰接轴中心之间的距离L1、所述曲柄销(14)中心与所述调节连杆(3)和执行连杆(2)间铰接轴中心之间的距离L2、所述曲柄销(14)中心与所述调节连杆(3)和驱动连杆(5)间铰接轴中心之间的距离L3、以及所述驱动连杆(5)两端铰接轴中心之间的距离L4被设置为满足如下的关系式：L1/L3＝L4/L2。

3.根据权利要求1所述的可变压缩比机构，其特征在于：所述曲柄销(14)中心与所述调节连杆(3)和驱动连杆(5)间铰接轴中心之间的距离L3、所述驱动连杆(5)两端铰接轴中心之间的距离L4、所述偏心轮中心和曲轴转动中心间的距离L5、以及曲轴转动中心和曲柄销中心间的距离r被设置为满足(L4²+L3²-r²)/L5²的值在0.9-1.1之间。

4.根据权利要求1所述的可变压缩比机构，其特征在于：所述活塞(1)与执行连杆(2)，所述执行连杆(2)和驱动连杆(5)与调节连杆(3)之间均通过连接销铰接相连。

5.根据权利要求4所述的可变压缩比机构，其特征在于：于各所述连接销处分别设有压装于相应销孔内的衬套。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的可变压缩比机构，其特征在于：所述调节连杆(3)包括由连接件(8)固连于一起的上杆部(301)和下杆部(302)，所述上杆部(301)和下杆部(302)间的结合面与所述连接件(8)轴线正交，并于所述上杆部(301)和所述下杆部(302)之间围构形成有供所述曲柄销(14)穿过的安装孔(303)，所述连接件(8)为分设于所述安装孔(303)两相对侧的两个。

7.根据权利要求6所述的可变压缩比机构，其特征在于：所述连接件(8)为螺栓。

8.根据权利要求6的可变压缩机机构，其特征在于：于所述结合面处设有构成所述上杆部(301)与所述下杆部(302)之间相互咬合的咬合部。

9.根据权利要求8所述的可变压缩比机构，其特征在于：所述咬合部包括一体构造于所述上杆部(301)上的定位凸起(3011)，以及对应于所述定位凸起(3011)构造于所述下杆部(302)上的凹槽，所述定位凸起(3011)嵌入所述凹槽内。

10.一种可变压缩比发动机，包括发动机缸体，其特征在于：还包括设于所述发动机缸体中的如权利要求1至9中任一项所述的可变压缩比机构。

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