CN114198213A - 一种集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，它包括一个类似现有内燃机曲轴但可切换成偏心轴或对称轴的曲轴，通过改变曲轴的偏心度，以杠杆原理将活塞的做功进行扭矩放大或增速，为车辆行驶提供无级变速的动力，活塞的下止点变化而上止点不变可以改变气缸排量及气体的压缩比。通过采用上述集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，可以直接驱动车辆行驶，无需再安装变速箱总成，达到增扭矩变速的目的，还可以在起步时以大排量增加扭矩获得高加速能力，在较高速度匀速行驶时以小排量为车辆保持速度。以上特征可获得较好的驾驶体验、节能减排、减重以及节约成本。

Description

一种集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机

技术领域

本发明技术属于动力设备中的内燃机领域，主要涉及的是一种集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机。

背景技术

自内燃机发明以来其优异的性能使其迅速取代了蒸汽机，成为交通及运输领域中动力的最佳提供者。更是在之后社会的发展中起到推动作用，但是用于车辆的内燃机在车辆起步、加速及匀速行驶的不同工况下，对内燃机的性能需求不同。例如车辆在起步及加速阶段需要发动机提供大扭矩，车辆在匀速行驶阶段需要发动机提供低扭矩。只有车辆与发动机的工作状态配合好才能达到节能减排目的。以上的性能需求在现阶段都是通过变速箱匹配发动机实现的。但是变速箱总成作为一个独立的整体其体积以及重量都是一个消极的存在，还有复杂的传动结构势必会降低传动效率。

为了解决这一问题，设计了一种集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，利用杠杆原理可以使内燃机直接输出无级变速的动力，以及实现内燃机的排量与压缩比的可变调节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，该发动机为车辆提供动力，通过调节机构适应车辆在不同工况下的速比、排量及压缩比。为了实现上述技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，它包括一个类似现有内燃机曲轴的曲轴，所述曲轴可视为一根直轴通过在同一平面进行四次90度弯折，形成三个平行段与两个与之垂直的节段共五个节段在同一平面首尾相连的曲轴，所述曲轴的轴向剖面近似于“己”字形。所述曲轴的三个平行节段轴是为曲轴的曲柄，与三段曲柄垂直的两个节段是为曲轴的连杆颈，所述曲轴的三段曲柄中的外侧两段曲柄分别设有滑道，所述滑道为设置在曲柄外侧的纵贯沟槽，沟槽的两端设有滑道堵头以螺栓固定，所述滑道与连杆颈之间设有曲轴油道连通，所述两个滑道各设有一个可滑动的支点，所述支点实为曲轴以其旋转的轴端，所述支点为一根垂直于曲柄的短轴，所述短轴一端设置在滑道内可滑动，另一端安装在支点轴孔内旋转，所述两个支点轴孔分别设置在支架的两个平行夹板，所述曲轴在两个平行夹板的夹持中旋转，所述支架安装在发动机缸体可延活塞的运动方向移动，所述支点设有支点油道，机油经油泵压入夹板中的油道流向支点轴孔再经支点油道流向夹板与滑道形成的腔室流向曲轴油道对所经的支点与连杆颈进行润滑。所述曲轴的两个连杆颈节段分别安装在活塞连杆与螺母连杆的一端，所述活塞连杆的另一端安装在气缸内的活塞，所述螺母连杆的另一端安装在双向螺纹管内啮合的下单向螺母与上单向螺母。所述下单向螺母与上单向螺母可视为外圈外侧各设有单向螺纹但二者螺纹方向相反且内圈相连一体但有各自滚动体的单向轴承，所述下单向螺母与上单向螺母二者锁止的旋转方向相同。所述下单向螺母与上单向螺母二者的外圈设置单侧的外圈挡边且二者挡边相靠安装，所述下单向螺母与上单向螺母二者的内圈设置单侧的内圈挡边且二者挡边相离安装。所述滚动体被内圈挡边和外圈挡边所夹持，在下单向螺母与上单向螺母中滚动。所述下单向螺母与上单向螺母二者的内圈相连处端面各设置有半圆形切面的单向螺母销压槽。所述下单向螺母与上单向螺母二者的内圈通过连接处设置的台阶确定同心，以设置在二者内圈内壁的螺栓将单向螺母销固定在单向螺母销压槽中，螺母连杆与下单向螺母上单向螺母通过单向螺母销连接。所述双向螺纹管为左旋螺纹与右旋螺纹交织的内螺纹管，将其设置在发动机缸体可旋转但不可轴向移动。所述双向螺纹管设有齿轮，发动机的动力由齿轮经主轴输出，主轴设有飞轮提供回转惯性。

本发明的有益效果如下：

通过采用上述集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，可以直接驱动车辆行驶，无需再安装变速箱总成，达到增扭矩变速的目的，还可以在起步时以大排量增加扭矩获得高加速能力，在较高速度匀速行驶时以小排量为车辆保持速度。以上特征可获得较好的驾驶体验、节能减排、减重以及节约成本。

附图说明

图1是本发明的整体示图。

图2是本发明的整体剖示图。

图3是本发明的滑道示图。

图4是本发明的支点示图。

图5是本发明的支架示图。

图6是本发明的下单向螺母示图。

图7是本发明的上下单向螺母外圈示图。

图8是本发明的下单向螺母内圈示图。

图9是本发明的上单向螺母内圈示图。

图10是本发明的上下单向螺母内圈示图。

图11是本发明的上下单向螺母剖示图。

图12是本发明的支点移动到偏向双向螺纹管示图。

图中：曲轴1、支架2、支点轴孔3、单向螺母连杆4、双向螺纹管5、下单向螺母6、上单向螺母7、活塞连杆8、气缸9、活塞10、滑道11、支点12、齿轮13、内圈14、主轴15、连杆颈16、曲柄17、夹板18、单向螺母销19、单向螺母销压槽20、滚动体21、外圈22、内圈挡边23、外圈挡边24、台阶25、螺栓26、支点油道27、曲轴油道28、滑道堵头29。

具体实施方式

上文发明内容所述的一种集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，所述曲轴1的特征在于两个支点12作为曲轴1旋转轴的轴端，可在活塞10运行至上止点或下止点及二者附近时通过调节支架2在活塞10运动方向的位置。经过设置在两个夹板18的两个支点12在设置于曲柄17的滑道11之中滑动，可使曲轴1成为偏心轴或对称轴。所述曲轴1的这种特征是利用杠杆原理，可使活塞10与下单向螺母6上单向螺母7运行的上止点始终不变，而活塞10与下单向螺母6上单向螺母7运行的下止点随着支点12的移动呈现此消彼长的状态。处于偏心运动状态的曲轴1可以将活塞10的做功进行扭矩放大或增速输出，为车辆行驶提供无级变速的动力，活塞10的下止点位置变化而上止点位置不变可以改变气体的压缩比以及气缸9的容积即排量。上述活塞10与下单向螺母6上单向螺母7运行的上止点是以二者远离曲轴1的最大距离的位置定义，反之定义为下止点。

下面以活塞10的一个往复冲程来举例表述本发明的工作过程。当活塞10处于气缸9上止点时燃料爆燃形成高压燃气推动活塞10向曲轴1的方向下行，动力经过活塞连杆8传递至曲轴1，根据杠杆原理曲柄17作为杠杆支点12作为支点，进而得出与活塞连杆8相连的连杆颈16与支点12之间是为动力臂，与单向螺母连杆4相连的连杆颈16与支点12之间是为阻力臂，动力在曲轴1以支点12为杠杆的作用下传递至单向螺母连杆4，然后再经单向螺母销19传递给单向螺母销压槽20。上单向螺母7被单向螺母连杆4拉向曲轴1方向双向螺纹管5的下止点，此时向双向螺纹管5下止点运动的上单向螺母7的旋转趋势被锁止无法旋转，上单向螺母7的内圈14、滚动体21以及外圈22三者之间相对静止，因为上单向螺母7受到曲轴1方向的拉力，又因为与下单向螺母6的螺纹反向且二者锁止的旋转方向相同，因此动力经由上单向螺母7的内圈挡边23以滚动体21传递至外圈挡边24，上单向螺母7只能带动双向螺纹管5做旋转运动由齿轮13输出动力，而下单向螺母6只能打滑跟转。当活塞10过气缸9下止点转向上止点运行时，此时活塞10不但不做功，而且需要动能前进，这就需要设置在主轴15的飞轮在惯性的作用下带动双向螺纹管5继续旋转，此时向双向螺纹管5上止点运动的下单向螺母6的旋转趋势被锁止无法旋转，因为下单向螺母6受到双向螺纹管5的旋转力，又因为与上单向螺母7的螺纹反向且二者锁止的旋转方向相同，因此下单向螺母6只能带动螺母连杆4向上止点运动，而上单向螺母7只能打滑跟转，进而推动活塞10向气缸9上止点运动完成一个往复冲程。以上所述的一个往复冲程双向螺纹管5始终以同一个方向旋转，可在其两端设置止推轴承限制其轴向移动。本发明可单气缸工作也可两缸或多缸通过与齿轮13啮合的锥形齿轮带动主轴15输出动力，当两缸或多缸工作时两个相邻曲轴1的轴端即支点12可共用一个夹板18及其支点轴孔3。所述动力输出齿轮也可以设置在双向螺纹管5的管身外周由其输出动力。

下面对本发明在车辆上的工作状态进行举例表述，当车辆处于怠速状态时可将支点12移动到滑道11的中点位置，此时曲轴1是为一个绕支点12对称旋转的轴其动力臂等于阻力臂，发动机处于一个相对中等排量中等压缩比以及中等扭矩的状态保持低转速运转。当车辆需要起步时可将支点12移动到滑道11中点偏向双向螺纹管5的位置，此时曲轴1是为一个绕支点12偏心旋转的轴其动力臂长于阻力臂，发动机处于一个相对较高排量较高压缩比以及较高扭矩输出的状态保持运转为车辆提供较高的加速动力。当车辆处于较高匀速行驶状态时可将支点12移动到滑道11中点偏向气缸9的位置，此时曲轴1是为一个绕支点12偏心旋转的轴其动力臂短于阻力臂，发动机处于一个较低排量较低压缩比以及较低扭矩输出的状态保持运转为车辆提供匀速行驶的动力。本发明可为车辆或其它走行类如火车轮船等设备以及需要调速的动力设备提供动力。以上实施例只是对本发明的简单列举，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围，对本发明做出的任何修改和改变，都将落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，其特征在于：它包括可切换成偏心轴或对称轴的曲轴（1），所述曲轴（1）的轴端由设置在其两端滑道（11）内的可延活塞（10）运动方向移动的支点（12）担任，所述支点（12）安装在支架（2）两个夹板（18）的支点轴孔（3）内，所述曲轴（1）的两个连杆颈（16）分别与活塞连杆（8）和单向螺母连杆（4）的一端连接，所述活塞连杆（8）另一端与发动机的活塞（10）连接，所述单向螺母连杆（4）另一端与下单向螺母（6）上单向螺母（7）的单向螺母销（19）连接，所述下单向螺母（6）与上单向螺母（7）可视为二者外圈（22）各设有单向螺纹但二者螺纹方向相反且二者内圈（14）相连但有各自滚动体（21）的单向轴承，所述下单向螺母（6）与上单向螺母（7）二者锁止的旋转方向相同，所述下单向螺母（6）上单向螺母（7）以螺纹啮合在双向螺纹管（5）内，所述双向螺纹管（5）为左旋螺纹与右旋螺纹交织的内螺纹管将活塞（10）提供的往复直线动力转变为旋转运动输出，将其安装在发动机缸体可旋转但不可轴向移动。

2.根据权利要求1所述的集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，其特征在于：所述支点（12）设有支点油道（27），机油经油泵压入夹板（18）中的油道流向支点轴孔（3），再经支点油道（27）流向夹板（18）与滑道（11）形成的腔室流向曲轴油道（28），对所经的支点（12）与连杆颈（16）进行润滑。

3.根据权利要求1所述的集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，其特征在于：所述支架（2）安装在缸体由调节机构延活塞（10）的运动方向平移调节位置。

4.根据权利要求1所述的集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，其特征在于：所述下单向螺母（6）与上单向螺母（7）二者的外圈（22）设置单侧外圈挡边（24）且二者挡边相靠安装，所述下单向螺母（6）与上单向螺母（7）二者的内圈（14）设置单侧内圈挡边（23）且二者挡边相离安装，所述滚动体（21）被内圈挡边（23）和外圈挡边（24）所夹持在下单向螺母（6）与上单向螺母（7）中滚动，所述下单向螺母（6）与上单向螺母（7）二者的内圈（14）相连处端面各设置有半圆形切面的单向螺母销压槽（20），所述下单向螺母（6）与上单向螺母（7）二者的内圈（14）通过连接处设置的台阶（25）确定同心，以设置在二者内圈内壁的螺栓（26）将单向螺母销（19）固定在单向螺母销压槽（20）中。

5.根据权利要求1所述的集成无级变速箱的可变排量及可变压缩比发动机，其特征在于：所述双向螺纹管（5）设有齿轮（13），发动机的动力由齿轮（13）经主轴（15）输出，主轴（15）设有飞轮提供惯性。

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