CN113653563B - 一种可变压缩比机构的驱动连接结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变压缩比机构的驱动连接结构，其包括偏心轴和电机输出轴，所述偏心轴和所述电机输出轴通过曲柄摆杆机构传动连接，所述曲柄摆杆机构的曲柄端与所述电机输出轴传动连接，所述曲柄摆杆机构的摆杆端与所述偏心轴传动连接。本发明不仅结构简单，而且其能够为偏心轴的旋转角度提供了机械结构限制，只允许可变压缩比机构在允许的压缩比范围内运转，同时使得“压缩比从大到小”比“压缩比从小到大”所需的时间更短。

Description

一种可变压缩比机构的驱动连接结构
技术领域
本发明公开了一种可变压缩比机构的驱动结构，属于可变压缩比的发动机技术领域，具体公开了一种可变压缩比机构的驱动连接结构。
背景技术
随着发动机技术的发展，可变压缩比技术作为高效节能的发动机技术之一，多家主机厂在深入研究。中国发明专利CN108104958B公开了一种可变压缩比的发动机机构，其包括与缸体轴向连接的曲轴及上方联动的各活塞，还包括设置于曲轴与活塞间的偏心轴，所述偏心轴包括主轴体以及偏心设置在主轴体上的副轴体，所述主轴体端部与缸体轴向连接且设有驱动主轴体转动的驱动机构，所述各活塞与偏心轴副轴体、曲轴间通过设置可在主轴体转动时改变连杆总长度的多级连杆装置进行连接。该发明采用在偏心轴与电机输出轴之间设置蜗轮蜗杆机构实现了两者之间的传动，上述技术方案存在以下缺陷：首先，蜗轮蜗杆机构的传动方案对装配配合有较高的要求(轴线的垂直度及中心距等)，否则接触面面积较小会造成齿面咬合、甚至断齿；其次，偏心轴的旋转角度无机械结构限制、即为周向360°范围，而实际偏心轴的旋转角度需求为＜180°，超出允许的角度范围后，可能造成其他零件间产生运动干涉；最后，若电机正反转的转速一样，则偏心轴正反转的转速一样、压缩比从大到小与压缩比从小到大的速度一样，而一般情况下压缩比从大到小的速度要求较高。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种可变压缩比机构的驱动连接结构，其不仅结构简单，而且其能够为偏心轴的旋转角度提供了机械结构限制，只允许可变压缩比机构在允许的压缩比范围内运转，同时使得“压缩比从大到小”比“压缩比从小到大”所需的时间更短。
本发明公开了一种可变压缩比机构的驱动连接结构，其包括偏心轴和电机输出轴，所述偏心轴和所述电机输出轴通过曲柄摆杆机构传动连接，所述曲柄摆杆机构的曲柄端与所述电机输出轴传动连接，所述曲柄摆杆机构的摆杆端与所述偏心轴传动连接。
在本发明的一种优选实施方案中，所述曲柄摆杆机构包括与所述电机输出轴传动连接的驱动杆和与所述偏心轴传动连接的摆杆，所述摆杆上设置有导向槽，所述驱动杆上设置有连接销，所述连接销与所述导向槽滑动配合。
在本发明的一种优选实施方案中，所述摆杆上的导向槽的端部为敞口。
在本发明的一种优选实施方案中，所述驱动杆的中心轴线与所述连接销的中轴轴线之间的间距为L2＝L1*sin(α/2)，L1为所述偏心轴的中轴线和所述电机输出轴中轴线之间的间距，α为所述摆杆的摆动角度。
在本发明的一种优选实施方案中，所述摆杆的长度为L3≥L1*(1+sin(α/2))，L1为所述偏心轴的中轴线和所述电机输出轴中轴线之间的间距，α为所述摆杆的摆动角度。
在本发明的一种优选实施方案中，α的确定方法如下：sin(α/2)＝/l，e为活塞上止点高度差值，l为控制轴偏心轴颈偏心量。
在本发明的一种优选实施方案中，e的确定方法如下：单缸最大燃烧室容积-单缸最小燃烧室容积＝单缸排量/(最小压缩比-1)-单缸排量/(最大压缩比-1)＝0.25*π*D2*e，单缸排量及缸径D为已知量，最大压缩比及最小压缩比为目标值。
在本发明的一种优选实施方案中，所述导向槽的槽底至所述摆杆旋转中心的间距L4＜L1-(L2+d/2)，d为所述连接销的直径。
在本发明的一种优选实施方案中，L1根据发动机布置需求设定为一定值。
在本发明的一种优选实施方案中，所述电机输出轴与所述驱动杆通过花键传动连接，所述偏心轴与所述摆杆通过花键传动连接。
本发明的有益效果是：本发明结构简单、装配方便、成本较低，其通过在偏心轴和电机输出轴之间增加曲柄摆杆机构(即摆动摇杆机构)，从而给偏心轴的旋转角度提供了机械结构限制，只允许可变压缩比机构在允许的压缩比范围内运转；同时，通过上述曲柄摆杆机构使得“压缩比从大到小”比“压缩比从小到大”所需的时间更短；进一步的，本发明能够在压缩比最大或最小的稳定工况下，摆杆与驱动杆之间垂直，摆杆处承受变化的转矩，通过连接销传递给驱动杆的作用力通过电机输出轴的轴线，理论上无需电机输出轴提供转矩进行反向的平衡，减少了能耗。
附图说明
图1是本发明一种可变压缩比机构的驱动连接结构的立体图；
图2是本发明一种可变压缩比机构的驱动连接结构的主视图；
图3是本发明一种可变压缩比机构的驱动连接结构的局部放大试图；
图4是本发明一种可变压缩比机构的驱动连接结构的α、e、l三者关系示意图；
图5是本发明一种可变压缩比机构的驱动连接结构的L1、L2、L3、L4示意图；
图6是本发明一种可变压缩比机构的驱动连接结构的机构运动简图；
图7是本发明一种可变压缩比机构的驱动连接结构的最大压缩比、最小压缩比位置两个工况下的对比机构运动简图；
具体实施方式
下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
本发明公开了一种可变压缩比机构的驱动连接结构，其包括偏心轴4和电机输出轴，偏心轴4和电机输出轴通过曲柄摆杆机构传动连接，曲柄摆杆机构的曲柄端与电机输出轴传动连接，曲柄摆杆机构的摆杆端与偏心轴4传动连接。
优选地，曲柄摆杆机构包括与电机输出轴传动连接的驱动杆15和与偏心轴4传动连接的摆杆14，摆杆14上设置有导向槽14.1，驱动杆15上设置有连接销17，连接销17与导向槽14.1滑动配合。
优选地，摆杆14上的导向槽14.1的端部为敞口。
优选地，驱动杆15的中心轴线与连接销17的中轴轴线之间的间距为L2＝L1*sin(α/2)，L1为偏心轴4的中轴线和电机输出轴中轴线之间的间距，α为摆杆14的摆动角度。
优选地，摆杆14的长度为L3≥L1*1+sinα/2(销不从开口槽中脱出)，L1为偏心轴4的中轴线和电机输出轴中轴线之间的间距，α为摆杆14的摆动角度。
优选地，α的确定方法如下：sin(α/2)＝e/2/l，e为活塞上止点高度差值，l为控制轴偏心轴颈偏心量。
优选地，e的确定方法如下：
压缩比＝1+单缸排量/单缸燃烧室容积
单缸燃烧室容积＝单缸排量/(压缩比-1)
单缸最大燃烧室容积-单缸最小燃烧室容积＝单缸排量/(最小压缩比-1)-单缸排量/(最大压缩比-1)＝0.25*π*D2*e，其中对于特定的发动机，单缸排量及缸径D为已知量、最大压缩比及最小压缩比为目标值，从上述公式可得到需求值e。
优选地，导向槽14.1的槽底至摆杆14旋转中心的间距L4＜L1-L2+d/2(销不与开口槽内壁干涉)，d为连接销17的直径。
优选地，L1根据发动机布置需求设定为一定值。
优选地，电机输出轴与驱动杆15通过花键传动连接，偏心轴4与摆杆14通过花键传动连接。
本发明给偏心轴的旋转角度提供了机械结构限制，只允许可变压缩比机构在允许的压缩比可变范围内运转，即转动角度为α。通过此摆动导杆式样的驱动连接结构，在压缩比最大或最小的稳定工况下，摆杆与驱动杆之间垂直，摆杆处承受变化的转矩，通过连接销传递给驱动杆的作用力通过电机输出轴的轴线，理论上无需电机输出轴提供转矩进行反向的平衡，减少了能耗。
使用了本发明的发动机压缩比从大到小比压缩比从小到大所需的时间更短。电机输出轴及驱动杆15偏心轴逆时针旋转、转速为n，则压缩比从大到小的时间t1为(180-α)/(n*360)、压缩比从小到大的时间t2为(180+α)/(n*360)，由于α＜180°，故t1＜t2。
人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可变压缩比机构的驱动连接结构，包括偏心轴(4)和电机输出轴，其特征在于：所述偏心轴(4)和所述电机输出轴通过曲柄摆杆机构传动连接，所述曲柄摆杆机构的曲柄端与所述电机输出轴传动连接，所述曲柄摆杆机构的摆杆端与所述偏心轴(4)传动连接；所述曲柄摆杆机构包括与所述电机输出轴传动连接的驱动杆(15)和与所述偏心轴(4)传动连接的摆杆(14)，所述摆杆(14)上设置有导向槽(14.1)，所述驱动杆(15)上设置有连接销(17)，所述连接销(17)与所述导向槽(14.1)滑动配合；所述驱动杆(15)的中心轴线与所述连接销(17)的中轴轴线之间的间距为L2＝L1*sin(α/2)，L1为所述偏心轴(4)的中轴线和所述电机输出轴中轴线之间的间距，α为所述摆杆(14)的摆动角度；所述摆杆(14)的长度为L3≥L1*(1+sin(α/2))，L1为所述偏心轴(4)的中轴线和所述电机输出轴中轴线之间的间距，α为所述摆杆(14)的摆动角度；α的确定方法如下：sin(α/2)＝(e/2)/l，e为活塞上止点高度差值，l为控制轴偏心轴颈偏心量；单缸最大燃烧室容积-单缸最小燃烧室容积＝单缸排量/(最小压缩比-1)-单缸排量/(最大压缩比-1)＝0.25*π*D2*e，单缸排量及缸径D为已知量，最大压缩比及最小压缩比为目标值；所述导向槽(14.1)的槽底至所述摆杆(14)旋转中心的间距L4＜L1-(L2+d/2)，d为所述连接销(17)的直径；发动机压缩比从大到小比压缩比从小到大所需的时间更短，电机输出轴及驱动杆(15)偏心轴逆时针旋转、转速为n，则压缩比从大到小的时间t1为(180-α)/(n*360)、压缩比从小到大的时间t2为(180+α)/(n*360)，由于α＜180°，故t1＜t2。
2.根据权利要求1所述的可变压缩比机构的驱动连接结构，其特征在于：所述摆杆(14)上的导向槽(14.1)的端部为敞口。
3.根据权利要求1所述的可变压缩比机构的驱动连接结构，其特征在于：L1根据发动机布置需求设定为一定值。
4.根据权利要求1所述的可变压缩比机构的驱动连接结构，其特征在于：所述电机输出轴与所述驱动杆(15)通过花键传动连接，所述偏心轴(4)与所述摆杆(14)通过花键传动连接。
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