CN112610340A - 一种可变压缩比的发动机运动结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变压缩比的发动机运动结构，包括气缸、平行设置于气缸上的进气凸轮轴和排气凸轮轴，气缸内设置有可上下移动的活塞，活塞固定连接有可随其上下移动的横杆套筒机构，横杆套筒机构铰接连接有连杆，连杆的顶部铰接连接有可将直线运动转换为旋转运动的运动转换机构，运动转换机构的动力输出端固定有与进气凸轮轴和排气凸轮轴平行的齿轮轴，齿轮轴与进气凸轮轴和排气凸轮轴之间通过齿轮传递机构转动连接，齿轮轴设置于顶面为斜面的梯形滑块内，气缸内设有与梯形滑块配合、底面为斜面的楔形块，气缸内开设有供梯形滑块上下移动的滑块导向槽和供楔形块左右移动的楔形块导向槽。发动机压缩比可调，运动结构简单、稳定可靠且能耗低。

Description

一种可变压缩比的发动机运动结构
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体地指一种可变压缩比的发动机运动结构。
背景技术
发动机压缩比就是活塞最大行程容积与最小行程容积的比值，其计算公式为：压缩比＝V1/V2。就发动机某个气缸而言，当活塞的行程到达最低点时，此时的活塞位置称为下止点，气缸燃烧室内的容积便是最大行程容积V1，当活塞反向运动，到达最高点位置时，此时的活塞位置称为上止点，燃烧室容积为整个活塞运动行程中最小，容积为V2。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。
可变压缩比(Variablecompressionratio)是一种动态调整内燃机压缩比的技术，在不同的负载情况下可变压缩比可以提高燃料效率：高负载时需要较低的压缩比，低负载需要高的压缩比。
专利号为CN201410250918.1，专利名称为《用于发动机的可变压缩比机构、可变压缩比发动机和汽车》的专利中公开了一种通过在气缸盖上的蜗杆装置，使燃烧室容积发生变化的可变压缩比机构，活塞上止点没有变化。该专利的缺点是：气缸盖属于承受高温高压的零件，蜗杆装置可能因高温高压而产生变形、烧蚀、卡滞等现象，可靠性不高。
专利号为CN201110208487.9，专利名称为《可变压缩比的装置》的专利中公开了一种采用偏心连杆及齿轮装置使活塞上止点发生变化，从而调整发动机压缩比的结构。该专利的缺点是：频繁改变发动机压缩比会导致齿轮装置磨损，可靠性不高。
专利号为CN200780015799.X，专利名称为《可变压缩比内燃机》的专利中公开了一种通过偏心凸轮轴旋转使曲轴箱和气缸体之间产生相对移动，从而改变活塞上止点的方案来改变发动机压缩比。该专利的缺点是：偏心凸轮轴的加工制作复杂，成本较高，且曲轴箱和气缸体之间的相对移动的所需能耗高。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种可靠性高、能耗低的可变压缩比的发动机运动结构。
为实现此目的，本发明所设计的可变压缩比的发动机运动结构，包括气缸、平行设置于所述气缸上的进气凸轮轴和排气凸轮轴，所述气缸内设置有可上下移动的活塞，其特征在于：所述活塞连接有可随其上下移动的横杆套筒机构，所述横杆套筒机构铰接连接有连杆，所述连杆的顶部铰接连接有可将直线运动转换为旋转运动的运动转换机构，所述运动转换机构的动力输出端固定有与所述进气凸轮轴和所述排气凸轮轴平行的齿轮轴，所述齿轮轴与所述进气凸轮轴和所述排气凸轮轴之间通过齿轮传递机构转动连接，所述气缸内设置有可调节所述齿轮轴上下极限位置的调节机构。
进一步的，所述调节机构包括设置于所述气缸内、顶面为斜面的梯形滑块，所述齿轮轴设置于所述梯形滑块内，所述气缸内设有位于所述梯形滑块上方、底面为与所述梯形滑块顶面配合的斜面的楔形块，所述气缸内开设有具有底部限位面、顶部开放、供所述梯形滑块上下移动的滑块导向槽和具有左右限位面、供所述楔形块左右移动的楔形块导向槽。
进一步的，所述气缸包括气缸壳体和固定于所述气缸壳体顶部的气缸盖，所述进气凸轮轴和所述排气凸轮轴平行设置于所述气缸盖的顶部，所述活塞设置于所述气缸壳体内。
进一步的，所述气缸壳体为圆筒形壳体，所述横杆套筒机构包括同轴套设于所述气缸壳体上、可沿所述气缸壳体轴向上下移动的导向套筒和沿所述导向套筒的径向固定于所述导向套筒底部的横杆，所述活塞与所述横杆之间连接有活塞杆，所述活塞杆的顶端和底端分别铰接连接所述活塞和所述横杆，所述横杆的一端穿过所述导向套筒铰接连接有所述连杆。
进一步的，所述齿轮轴的一端穿过所述梯形滑块连接有所述齿轮传递机构，所述齿轮轴的另一端穿过所述梯形滑块连接有所述运动转换机构，所述运动转换机构包括一端与所述齿轮轴固定的顶轴，所述顶轴的另一端铰接连接所述连杆的顶端。
进一步的，所述齿轮传递机构包括同轴固定于所述齿轮轴一端的驱动齿轮、同轴固定于所述进气凸轮轴一端、与所述驱动齿轮啮合的进气齿轮和同轴固定于所述排气凸轮轴一端、与所述进气齿轮啮合的排气齿轮。
进一步的，所述齿轮传递机构还包括套设于所述驱动齿轮、所述进气齿轮和所述排气齿轮上的链条。
进一步的，所述气缸内设置有用于限制所述楔形块左右移动的限位结构和用于向所述气缸内注射液压油驱动所述楔形块向所述梯形滑块一侧移动的注油空腔。
进一步的，所述限位结构包括设置于所述气缸内、位于所述楔形块导向槽上方并与所述楔形块导向槽连通的横向限位槽，所述楔形块远离所述梯形滑块的一侧表面上固定有限位块，所述限位块的顶面位于所述楔形块的顶面上方，所述限位块的顶部位于所述横向限位槽内。
更进一步的，所述限位块的底面位于所述楔形块的底面上方，所述限位块的顶面与所述横向限位槽的顶部槽壁贴合，所述限位块远离所述梯形滑块一侧的表面和底面、所述楔形块远离所述梯形滑块一侧的表面、所述横向限位槽的槽壁和所述楔形块导向槽的槽壁所围成的空间为所述注油空腔。
本发明的有益效果是：通过楔形滑块与梯形滑块的配合结构，利用油压来改变楔形块和梯形滑块的配合位置，进而改变活塞上止点的位置，从而改变了压缩比。本发明所设计的运动结构简单、可靠性高，仅通过滑块的移动来改变压缩比，并不涉及缸体或曲轴箱的移动，因此有效减少了压缩比变化时的能量损耗。
附图说明
图1为本发明中可变压缩比的发动机运动结构的立体图一；
图2为本发明中可变压缩比的发动机运动结构的立体图二；
图3为本发明中可变压缩比的发动机运动结构的右视图；
图4为图3中A—A剖视图；
图5为本发明中可变压缩比的发动机运动结构的轴向剖视图；
其中，1—进气凸轮轴，2—排气凸轮轴，3—活塞，4—连杆，5—齿轮轴，6—梯形滑块，7—楔形块，8—滑块导向槽，9—楔形块导向槽，10—气缸壳体，11—气缸盖，12—导向套筒，13—横杆，14—活塞杆，15—顶轴，16—驱动齿轮，17—进气齿轮，18—排气齿轮，19—链条，20—注油空腔，21—横向限位槽，22—限位块，23—燃烧室。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1—5所示的可变压缩比的发动机运动结构，包括气缸，气缸包括圆筒形的气缸壳体10和固定于气缸壳体10顶部的气缸盖11，进气凸轮轴1和排气凸轮轴2平行设置于气缸盖11的顶部，活塞3设置于气缸壳体10内。
活塞3连接有可随其上下移动的横杆套筒机构：包括同轴套设于气缸壳体10上、沿气缸壳体10轴向上下移动的导向套筒12和沿导向套筒12的径向固定于导向套筒12底部的横杆13，活塞3与横杆13之间连接有活塞杆14，活塞杆14的顶端和底端分别铰接连接活塞3和横杆13，横杆13的一端穿过导向套筒12铰接连接有连杆4。
连杆4的顶部铰接连接有可将直线运动转换为旋转运动的运动转换机构：包括一端与齿轮轴5固定的顶轴15，齿轮轴5与进气凸轮轴1和排气凸轮轴2平行，顶轴15的另一端铰接连接连杆4的顶端。
齿轮轴5与进气凸轮轴1和排气凸轮轴2之间通过齿轮传递机构转动连接：包括同轴固定于齿轮轴5一端的驱动齿轮16、同轴固定于进气凸轮轴1一端、与驱动齿轮16啮合的进气齿轮17和同轴固定于排气凸轮轴2一端、与进气齿轮17啮合的排气齿轮18，驱动齿轮16、进气齿轮17和排气齿轮18上套设连接有链条19。
气缸盖11内设置有可调节齿轮轴5上下极限位置的调节机构：包括设置于气缸盖11内、顶面为斜面的梯形滑块6，齿轮轴5设置于梯形滑块6内，气缸盖11内设有位于梯形滑块6上方、底面为与梯形滑块6顶面配合的斜面的楔形块7，气缸盖11内开设有具有底部限位面、顶部开放、供梯形滑块6上下移动的滑块导向槽8和具有左右限位面、供楔形块7左右移动的楔形块导向槽9。
气缸盖11内还设置有用于限制楔形块7左右移动的限位结构和用于向气缸内注射液压油驱动楔形块7向梯形滑块6一侧移动的注油空腔20。限位结构包括设置于气缸内、位于楔形块导向槽9上方并与楔形块导向槽9连通的横向限位槽21，楔形块7远离梯形滑块6的一侧表面上固定有限位块22，限位块22的顶面位于楔形块7的顶面上方，限位块22的顶部位于横向限位槽21内。限位块22的底面位于楔形块7的底面上方，限位块22的顶面与横向限位槽21的顶部槽壁贴合，限位块22远离梯形滑块6一侧的表面和底面、楔形块7远离梯形滑块6一侧的表面、横向限位槽21的槽壁和楔形块导向槽9的槽壁所围成的空间为注油空腔20。
本发明中，通过在燃烧室23内进行进气、压缩、做功、排气四个行程的循环来实现活塞3的竖直运动，活塞3的下端通过活塞杆14与横岗13铰接连接，横杆13与导向套筒12固定，因此导向套筒12可以跟随活塞3进行竖直运动，并起导向作用。横杆13同时与连杆4的底端铰接连接，连杆4与顶轴15铰接连接，顶轴15的另一端可以使自身旋转，顶轴15旋转后，与顶轴15固定的齿轮轴5和驱动齿轮16都会跟随顶轴15旋转，驱动齿轮16带动链条19、进气凸轮轴1和排气凸轮轴12旋转。驱动齿轮16会受到链条19向上的作用力，因此顶轴15会受到向上的作用力，梯形滑块6会受到顶轴15和齿轮轴5的向上的作用力，梯形滑块6在初始状态时位于滑块导向槽18的上部，梯形滑块6可以在滑块导向槽18内做竖直运动。在梯形滑块6的上方设有楔形块7，楔形块7可以在楔形块导向槽9内做水平运动。
当向注油空腔20内存入液压油时，油压会推动楔形块7向右移动，楔形块7会推动梯形滑块6向下运动，顶轴15也会跟向下运动，这样通过连杆4、横杆13和活塞杆14的运动传递，最终使活塞3的上止点位置降低，从而降低了压缩比。
当需要提高压缩比时，只需要降低液压油的油压即可。
注：由于限位块22的左侧表面会受到横向限位槽21左壁面的限制，所以最高压缩比是有极限的；同样的，由于限位块22的右上侧表面会受到横向限位槽21右壁面的限制，所以最低压缩比也是有极限的。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种可变压缩比的发动机运动结构，包括气缸、平行设置于所述气缸上的进气凸轮轴(1)和排气凸轮轴(2)，所述气缸内设置有可上下移动的活塞(3)，其特征在于：所述活塞(3)连接有可随其上下移动的横杆套筒机构，所述横杆套筒机构铰接连接有连杆(4)，所述连杆(4)的顶部铰接连接有可将直线运动转换为旋转运动的运动转换机构，所述运动转换机构的动力输出端固定有与所述进气凸轮轴(1)和所述排气凸轮轴(2)平行的齿轮轴(5)，所述齿轮轴(5)与所述进气凸轮轴(1)和所述排气凸轮轴(2)之间通过齿轮传递机构转动连接，所述气缸内设置有可调节所述齿轮轴(5)上下极限位置的调节机构。
2.如权利要求1所述的可变压缩比的发动机运动结构，其特征在于：所述调节机构包括设置于所述气缸内、顶面为斜面的梯形滑块(6)，所述齿轮轴(5)设置于所述梯形滑块(6)内，所述气缸内设有位于所述梯形滑块(6)上方、底面为与所述梯形滑块(6)顶面配合的斜面的楔形块(7)，所述气缸内开设有具有底部限位面、顶部开放、供所述梯形滑块(6)上下移动的滑块导向槽(8)和具有左右限位面、供所述楔形块(7)左右移动的楔形块导向槽(9)。
3.如权利要求2所述的可变压缩比的发动机运动结构，其特征在于：所述气缸包括气缸壳体(10)和固定于所述气缸壳体(10)顶部的气缸盖(11)，所述进气凸轮轴(1)和所述排气凸轮轴(2)平行设置于所述气缸盖(11)的顶部，所述活塞(3)设置于所述气缸壳体(10)内。
4.如权利要求3所述的可变压缩比的发动机运动结构，其特征在于：所述气缸壳体(10)为圆筒形壳体，所述横杆套筒机构包括同轴套设于所述气缸壳体(10)上、可沿所述气缸壳体(10)轴向上下移动的导向套筒(12)和沿所述导向套筒(12)的径向固定于所述导向套筒(12)底部的横杆(13)，所述活塞(3)与所述横杆(13)之间连接有活塞杆(14)，所述活塞杆(14)的顶端和底端分别铰接连接所述活塞(3)和所述横杆(13)，所述横杆(13)的一端穿过所述导向套筒(12)铰接连接有所述连杆(4)。
5.如权利要求4所述的可变压缩比的发动机运动结构，其特征在于：所述齿轮轴(5)的一端穿过所述梯形滑块(6)连接有所述齿轮传递机构，所述齿轮轴(5)的另一端穿过所述梯形滑块(6)连接有所述运动转换机构，所述运动转换机构包括一端与所述齿轮轴(5)固定的顶轴(15)，所述顶轴(15)的另一端铰接连接所述连杆(4)的顶端。
6.如权利要求5所述的可变压缩比的发动机运动结构，其特征在于：所述齿轮传递机构包括同轴固定于所述齿轮轴(5)一端的驱动齿轮(16)、同轴固定于所述进气凸轮轴(1)一端、与所述驱动齿轮(16)啮合的进气齿轮(17)和同轴固定于所述排气凸轮轴(2)一端、与所述进气齿轮(17)啮合的排气齿轮(18)。
7.如权利要求6所述的可变压缩比的发动机运动结构，其特征在于：所述齿轮传递机构还包括套设于所述驱动齿轮(16)、所述进气齿轮(17)和所述排气齿轮(18)上的链条(19)。
8.如权利要求2所述的可变压缩比的发动机运动结构，其特征在于：所述气缸内设置有用于限制所述楔形块(7)左右移动的限位结构和用于向所述气缸内注射液压油驱动所述楔形块(7)向所述梯形滑块(6)一侧移动的注油空腔(20)。
9.如权利要求8所述的可变压缩比的发动机运动结构，其特征在于：所述限位结构包括设置于所述气缸内、位于所述楔形块导向槽(9)上方并与所述楔形块导向槽(9)连通的横向限位槽(21)，所述楔形块(7)远离所述梯形滑块(6)的一侧表面上固定有限位块(22)，所述限位块(22)的顶面位于所述楔形块(7)的顶面上方，所述限位块(22)的顶部位于所述横向限位槽(21)内。
10.如权利要求9所述的可变压缩比的发动机运动结构，其特征在于：所述限位块(22)的底面位于所述楔形块(7)的底面上方，所述限位块(22)的顶面与所述横向限位槽(21)的顶部槽壁贴合，所述限位块(22)远离所述梯形滑块(6)一侧的表面和底面、所述楔形块(7)远离所述梯形滑块(6)一侧的表面、所述横向限位槽(21)的槽壁和所述楔形块导向槽(9)的槽壁所围成的空间为所述注油空腔(20)。
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