CN115217639A - 发动机、发动机总成、汽车及压缩比调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发动机、发动机总成、汽车及压缩比调整方法，发动机包括机体、活塞、控制轴以及限位器；控制轴转动连接在机体上，活塞工作时，能够带动控制轴转动，控制轴转动至不同相位时，能够改变发动机的压缩比；限位器与控制轴连接，限位器具有第一储液腔和第二储液腔，通过调整第一储液腔和第二储液腔内的液体的压力，使控制轴能够保持在不同的相位。本发明中，通过限位器的设置可以实现通过液压系统驱动控制轴转动并保持在相应相位，或者通过活塞驱动控制轴转动，并保持在相应相位，实现发动机处于不同目的压缩比，使得发动机总成的性能更加高效稳定，同时，这样设置还可以使发动机总成的结构更加简单，并降低其成本以及对安装空间要求。

Description

发动机、发动机总成、汽车及压缩比调整方法

技术领域

本发明属于发动机技术领域，尤其涉及一种发动机、发动机总成、汽车及压缩比调整方法。

背景技术

可变压缩比技术是发动机革命性技术，通过该技术能够大大提高发动机的性能，如在发动机中低负荷时，采用高压缩比能够提高发动机热效率，降低油耗，在高负荷采用低压缩比能够提高发动机功率和扭矩，满足动力性要求。但是现有技术中的可变压缩比发动机的多连杆方案(比如日产的VC-Turbo可变压缩比发动机)结构复杂、对安装空间要求高，而且这些可变压缩比发动机中还需要增加电机和减速器等，造成整个发动机的价格昂贵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有的可变压缩比的发动机构结构复杂、价格昂贵、安装空间要求高等问题，提供一种发动机、发动机总成、汽车及压缩比调整方法。

为了解决上述问题，本发明实施例提供一种发动机，包括机体、活塞、控制轴以及限位器；所述控制轴转动连接在所述机体上，所述活塞工作时，能够带动所述控制轴转动，所述控制轴转动至不同相位时，能够改变所述发动机的压缩比；所述限位器与所述控制轴连接，所述限位器具有第一储液腔、第二储液腔、第一连接孔以及第二连接孔；所述第一连接孔与所述第一储液腔连通，所述第二连接孔与所述第二储液腔连通，通过与所述第一连接孔和所述第二连接孔连接的液压系统能够调整所述第一储液腔和所述第二储液腔内的液体容量，使所述控制轴能够保持在不同的相位。

可选的，所述限位器包括相互配合的定子和转子，所述转子转动连接在所述定子内，所述定子和所述转子之间围合形成所述第一储液腔和所述第二储液腔；所述定子连接在所述机体上，所述转子与所述控制轴连接；所述第一连接孔和所述第二连接孔设置在所述定子或转子上，或者，所述定子和所述转子上分别设有所述第一连接孔和所述第二连接孔。

可选的，所述定子和所述转子中的其中一个上设有凸起，另一个上设有凹槽，所述凸起位于所述凹槽内，以将所述凹槽分割形成所述第一储液腔和所述第二储液腔。

可选的，所述凹槽设有多个，多个所述凹槽绕所述转子的轴线均匀排布；所述凸起设有多个，每一个所述凸起位于对应的所述凹槽内。

可选的，所述定子为环形结构，所述凹槽设置在所述定子的内表面上，所述凸起设置在所述转子上。

为了解决上述问题，本发明实施例还提供一种发动机总成，包括如上任意一项所述的发动机、角度传感器以及液压系统；所述角度传感与所述控制轴连接，用于监测所述控制轴的相位变化；所述液压系统与所述第一连接孔和所述第二连接孔连接，用于调整所述第一储液腔和所述第二储液腔内的液体容量。

可选的，所述液压系统安装在所述机体内。

可选的，所述液压系统包括电磁阀、油泵以及滤清器；所述电磁阀具有输入口、第一输出口、第二输出口、第一排液口以及第二排液口，所述输入口与所述油泵连通，所述第一输入口与所述第一连接孔连通，所述第二输出口与所述第二连接孔连通，所述滤清器设置在所述油泵和所述输入口之间；所述电磁阀具有第一状态、第二状态以及第三状态；其中，所述电磁阀处于第一状态时，所述输入口与所述第一输出口接通，所述第二输出口与所述第二排液口连通；所述电磁阀处于第二状态时，所述输入口与所述第二输出口接通，所述第一输出口与所述第一排液口连通；所述电磁阀处于第三状态时，所述输入口与所述第一输出口隔离，所述输入口与所述第二输出口隔离。

为了解决上述问题，本发明实施例还提供一种汽车，包括如上任一项所述的发动机总成。

为了解决上述问题，本发明实施例还提供一种压缩比调整方法，用于调整如上所述的发动机总成的压缩比，包括以下步骤：控制活塞工作，以驱动控制轴转动；通过液压系统向第一储液腔和第二储液腔中的其中一个供油，并使第一储液腔和第二储液腔中的另一个排油；在控制轴的相位改变满足预定需求时，通过液压系统使第一储液腔和第二储液腔内的压力保持不变。

本发明中，通过限位器的设置可以实现通过液压系统驱动控制轴转动并保持在相应相位，或者通过活塞驱动控制轴转动，并保持在相应相位，实现发动机处于不同目的压缩比，使得发动机总成的性能更加高效稳定。同时，这样设置还可以使发动机总成的结构更加简单，并降低发动机总成的成本和发动机总成对安装空间要求。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的发动机的结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的限位器与液压系统配合的示意图一；

图3是本发明一实施例提供的限位器与液压系统配合的示意图二；

图4是本发明一实施例提供的限位器与液压系统配合的示意图三。

说明书中的附图标记如下：

10、发动机；1、活塞；2、曲轴；3、控制轴；4、限位器；41、第一储液腔；42、第二储液腔；43、第一连接口；44、第二连接口；45、定子；46、转子；47、凹槽；48、凸起；49、转轴；5、驱动机构；6、调节机构；7、电磁阀；71、阀体；72、阀芯；73、内腔；74、输入口；75、第一输出口；76、第二输出口；77、第一排液口；78、第二排液口；8、油泵；9、滤清器。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，发动机总成包括发动机10、角度传感器以及液压系统20。其中，发动机10包括机体、活塞1、曲轴2、控制轴3、限位器4、驱动机构5以及调节机构6；曲轴2、控制轴3均可以转动地连接在机体上；活塞1工作时(通常情况下活塞1工作时是在活塞缸内上下往复运动)，能够带动控制轴3转动，控制轴3转动至不同相位时，能够改变发动机的压缩比。具体的，活塞1通过驱动机构5实现与曲轴2和调节机构6连接，调节机构6与控制轴3连接。活塞1工作时，能够通过驱动机构5带动曲轴2转动；同时，活塞1工作时还能够通过驱动机构5和调节机构6带动控制轴3转动，控制轴3转动至不同相位时，能够改变活塞1的压缩比(其中，活塞1的压缩比即为发动机10和发动机总成的压缩比)；角度传感器连接在控制轴3上，用于监测控制轴3的相位变化。

限位器4与控制轴3连接，限位器4具有第一储液腔41、第二储液腔42、第一连接孔43以及第二连接孔44；第一连接孔43与第一储液腔41连通，第二连接孔44与第二储液腔42连通。组装后，液压系统20可以通过第一连接孔43和第二连接孔44能够调整第一储液腔41和第二储液腔42内的液体容量，使控制轴3能够保持在不同的相位。其中，液体通常为油液，比如机油等。

如图2所示，在一实施例中，限位器4包括定子45和转子46，转子46可以转动地安装在定子45内，定子45和转子46之间围合形成第一储液腔41和第二储液腔42，第一连接孔43和第二连接孔44均设置在定子45上。组装后，定子45连接在机体上，转子46与控制轴3连接；通过对第一储液腔41和第二储液腔42内的液体流量进行控制，可以使转子46保持在相应相位，进而使控制轴保持在相应相位。其中，定子45可以通过螺栓等固定在机体上，转子46可以通过轴套等与控制轴3固定连接。

如图2所示，在一实施例中，定子45大致为环形结构，定子45的内表面设有凹槽47，转子46上设有凸起48，组装后，转子46位于定子45内，且凸起48位于凹槽47内，通过凸起48将凹槽47分割形成第一储液腔41和第二储液腔42。

具体的，如图2所示，转子46除了具有凸起48之外还包括转轴49，其中，凸起48设置在转轴49外表面上，转轴49可以在定子45内转动，并与控制轴3连接。组装后，在定子45的径向上，凸起48与凹槽47的底部密封接触，转轴49的外表面与定子45的内表面密封接触，在定子45的轴向上，凸起48的两端分别与凹槽47的侧壁密封接触，此时，凸起48两侧的腔体便分别为第一储液腔41和第二储液腔42。

如图2所示，在一实施例中，凹槽47和凸起48均设置有多个，多个凸起48和多个凹槽47均绕着转子46的轴线均匀排布，其中，凹槽47的数量等于凸起48的数量，一个凸起48对应设置在一个凹槽47内，以形成一个第一储液腔41和一个第二储液腔42。这样设置可以使限位器4受力更均匀，提高限位器4的使用寿命。可以理解的，此时同样可以通过第一连接孔43和第二连接孔44来调整第一储液腔41和第二储液腔42内的油压。比如，每一个第一储液腔41都对应设有一个第一连接孔43，每一个第二储液腔42都对应设有一个第二连接孔44。或者各第一储液腔41均与一个第一连接孔43连通，各第二储液腔42均与一个第二连接孔44连通。

在一实施例中，驱动机构5与活塞1转动连接，并偏心且可转动地连接在曲轴2上；调节结构与驱动机构5转动连接，并偏心且可转动地在所述控制轴3上。其中，在本申请中“A偏心且可转动地连接在B上”是指A可转动地连接在B上，且A相对B做旋转运动的中轴线与B自身相对支撑其的零部件C做旋转运动的中轴线间隔设置，其中二者的中轴线可以是平行设置。比如“驱动机构5偏心且可转动地连接在曲轴2上”是指驱动机构5可转动地连接在曲轴2上，驱动机构5相对曲轴2做旋转运动的中轴线与曲轴2相对于机体做旋转运动的中轴线间隔一定距离，其中二者的中轴线可以是平行设置。

如图1所示，在一实施例中，驱动机构5包括第一连杆51、第二连杆52，调节机构6为第三连杆。其中，第一连杆51的一端与活塞1转动连接，第一连杆51的另一端与第二连杆52的一端转动连接，第二连杆52的中间部位与曲轴2偏心且可转动连接，第二连杆52的另一端与第三连杆的一端转动连接，第三连杆的另一端偏心且可转动地连接在控制轴3上。可以理解的，活塞1、曲轴2、控制轴3、驱动机构5以及调节机构6均的结构设计以及相应连接关系均可以是现有技术，本实施例在此不做过多说明。

如图2所示，在一实施例中，液压系统20包括电磁阀7、油泵8以及滤清器9。电磁阀7包括阀体71和阀芯72，阀体71上设有内腔73、输入口74、第一输出口75、第二输出口76、第一排液口77以及第二排液口78，其中，输入口74、第一输出口75、第二输出口76、第一排液口77以及第二排液口78均与内腔73连通，阀芯72安装在内腔73中。组装后，输入口74通过供油管道与油泵8连通，第一输出口75通过供油管道与第一连接孔43连通，第二输出口76通过供油管道与第二连接孔44连通。另外，滤清器9设置在油泵8和输入口74之间，用于过滤输入电磁阀7的油液。

在一实施例中，电磁阀7可以是现有技术中的三位五通电磁阀，电磁阀7具有第一状态、第二状态以及第三状态；其中，电磁阀7处于第一状态时(如图3示出的状态)，阀芯72位于内腔73的右侧部位，此时输入口74与所述第一输出口75接通，第二输出口76与第二排液口78连通，此时可以向第一储液腔41内供油，并排出第二储液腔42内的油液；电磁阀7处于第二状态时(如图4示出的状态)，阀芯72位于内腔73的左侧部位，此时输入口74与第二输出口76接通，第一输出口75与第一排液口77连通，此时可以向第二储液腔42内供油，并排出第一储液腔41内的油液；电磁阀7处于第三状态时(如图2示出的状态)，阀芯72位于内腔73的中间部位，此时输入口74与第一输出口75隔离，输入口74与第二输出口76隔离，第一连接孔43和第二连接孔44相当于是被封闭，使第一储液腔41和第二储液腔42内的流量保持不变。此时由于第一储液腔41和第二储液腔42内的液体无法泄露，可以使转子46保持在相应的相位，进而使控制轴3保持在相应的相位。

在一实施例中，液压系统20可以是设置在机体内，此时液压系统20可以是发动机10内部原本用于输送机油的液压系统20，这样可以极大地降低发动机总成的安装空间。实际产品中，发动机10内部的液压系统20的压力相对较小，不足以驱动轴转动，故本发明还提供了一种压缩比调整方法，详述如下：控制活塞1工作，以驱动控制轴3转动；通过液压系统20向第一储液腔41和第二储液腔42中的其中一个供油，并使第一储液腔41和第二储液腔42中的另一个排油；在控制轴3的相位改变满足预定需求时，通过液压系统20使第一储液腔41和第二储液腔42内的流量保持不变，进而以使转子46和控制轴3保持在相应的相位。即在本方法中，通过活塞1作为动力源来驱动控制轴3转动，以调整第三连杆的高度，进而实现对发动机10的压缩比进行调整，限位器4作为限位元件，用于使控制轴3保持在相应的相位，液压系统20起辅助作用，以便对限位器4的第一储液腔41和第二储液腔42进行供油或排出油液。

以下以降低发动机10的压缩比为例，对上述实施例的原理进行描述：

当控制器给出降低压缩比指令后，电磁阀7的阀芯72右移，使电磁阀7处于第一状态，此时液压系统20持续向第一储液腔41内供油，并持续排出第二储液腔42内的油液。当活塞1向下运动时，通过驱动机构5和调节机构6对控制轴3施力，使控制轴3有顺时针旋转的趋势，进而带动转子46瞬时针旋转，使第一储液腔41的体积逐渐增大，第二储液腔42的体积逐渐减小。

当活塞1向上运动时，控制轴3有逆时针旋转的趋势，此时，第一储液腔41受到压缩，当第一储液腔41内的油压小于供油管道的压力时，液压系统20还会对第一储液腔41供油，使第一储液腔41的体积继续增大；当第一储液腔41内的油压大于供油管道的压力时，第一储液腔41内的油压会回流至供油管道，且第一储液腔41的体积减小。值得说明的是，虽然当第一储液腔41内的油压大于供给油管道的压力时，第一储液腔41内的油液会回流至供给油管道，但是由于供给油管道原本就有油压(即存在压阻)，而且回流时间也很短，因此实际上，第一储液腔41内的油液回流非常少，在此过程中，第一储液腔41的体积缩小的程度也非常低，可以忽略不计。

因此，当电磁阀7处于第一状态时，在活塞1整个工作循环中，第一储液腔41的体积逐渐增多，第二储液腔42的体积逐渐减小，限位器4的转子46会一直带动控制轴3顺时针旋转，使发动机10的压缩比逐渐降低。当压缩比降低至目标值时，也即控制轴3的相位满足预定需求时，控制电磁阀7转变为第三状态，使发动机10保持在目标压缩比值。

同理，当需要增大发动机10的压缩比时，控制阀芯72左移，使电磁阀7处于第二状态，直至控制轴3的相位满足预定需求时，控制电磁阀7由第二状态转变为第三状态。

应当理解的，上述相应设置也可以采用其他方式进行替换，比如：

在其他实施例中，第一连接孔43和第二连接孔44也都可以是设置在转子46上。或者，第一连接孔43和第二连接孔44分别设置在定子45和转子46上，比如第一连接孔43设置在定子45上，第二连接孔44设置在转子46上。

在其他实施例中，凹槽47也可以是设置在转子46上，凸起48设置在定子45上，比如，凹槽47设置在转轴49的外表面上，凸起48设置在定子45的内表面上。

在其他实施例中，也可以采用液压系统20作为控制轴3相位改变的动力源，即通过液压系统20使第一储液腔41和第二储液腔42提供不同的压力，以驱动限位器4的转子46转动进而带动控制轴3转动。此时，液压系统20需要提供较大的压力，发动机10内原有的液压系统无法满足该需要，故此时需要在发动机10外重新安装相应的液压系统以用于驱动控制轴3转动。

在其他实施例中，当液压系统20设置在发动机10外侧，作为是独立于发动机10之外动力系统时，也可以采用活塞1作为动力源来驱动控制轴3转动。

在其他实施例中，限位器4也可以是采用类似于双作用液压缸的结构设计。

本发明实施例还提供了一种汽车，该汽车包括如上任一实施例所述的发动机总成，这样可以使汽车从性能更加稳定。另外，上述对发动机总成的控制均可以是通过汽车内的控制器进行控制，以实现对发动机的压缩比的自动调整。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机，其特征在于，包括机体、活塞、控制轴以及限位器；

所述控制轴转动连接在所述机体上，所述活塞工作时，能够带动所述控制轴转动，所述控制轴转动至不同相位时，能够改变所述发动机的压缩比；

所述限位器与所述控制轴连接，所述限位器具有第一储液腔、第二储液腔、第一连接孔以及第二连接孔；所述第一连接孔与所述第一储液腔连通，所述第二连接孔与所述第二储液腔连通，通过与所述第一连接孔和所述第二连接孔连接的液压系统能够调整所述第一储液腔和所述第二储液腔内的液体容量，使所述控制轴能够保持在不同的相位。

2.根据权利要求1所述的发动机，其特征在于，所述限位器包括相互配合的定子和转子，所述转子转动连接在所述定子内，所述定子和所述转子之间围合形成所述第一储液腔和所述第二储液腔；所述定子连接在所述机体上，所述转子与所述控制轴连接；

所述第一连接孔和所述第二连接孔设置在所述定子或转子上，或者，所述定子和所述转子上分别设有所述第一连接孔和所述第二连接孔。

3.根据权利要求2所述的发动机，其特征在于，所述定子和所述转子中的其中一个上设有凸起，另一个上设有凹槽，所述凸起位于所述凹槽内，以将所述凹槽分割形成所述第一储液腔和所述第二储液腔。

4.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述凹槽设有多个，多个所述凹槽绕所述转子的轴线均匀排布；

所述凸起设有多个，每一个所述凸起位于对应的所述凹槽内。

5.根据权利要求3所述的发动机，其特征在于，所述定子为环形结构，所述凹槽设置在所述定子的内表面上，所述凸起设置在所述转子上。

6.一种发动机总成，其特征在于，包括角度传感器、液压系统及权利要求1-5任意一项所述的发动机；

所述角度传感与所述控制轴连接，用于监测所述控制轴的相位变化；

所述液压系统与所述第一连接孔和所述第二连接孔连接，用于调整所述第一储液腔和所述第二储液腔内的液体容量。

7.根据权利要求6所述的发动机总成，其特征在于，所述液压系统安装在所述机体内。

8.根据权利要求6所述的发动机总成，其特征在于，所述液压系统包括电磁阀、油泵以及滤清器；

所述电磁阀具有输入口、第一输出口、第二输出口、第一排液口以及第二排液口，所述输入口与所述油泵连通，所述第一输入口与所述第一连接孔连通，所述第二输出口与所述第二连接孔连通，所述滤清器设置在所述油泵和所述输入口之间；

所述电磁阀具有第一状态、第二状态以及第三状态；其中，所述电磁阀处于第一状态时，所述输入口与所述第一输出口接通，所述第二输出口与所述第二排液口连通；所述电磁阀处于第二状态时，所述输入口与所述第二输出口接通，所述第一输出口与所述第一排液口连通；所述电磁阀处于第三状态时，所述输入口与所述第一输出口隔离，所述输入口与所述第二输出口隔离。

9.一种汽车，其特征在于，包括权利要求7或8所述的发动机总成。

10.一种压缩比调整方法，其特征在于，用于调整权利要求7或8所述的发动机总成的压缩比，包括以下步骤：

控制活塞工作，以驱动控制轴转动；

通过液压系统向第一储液腔和第二储液腔中的其中一个供油，并使第一储液腔和第二储液腔中的另一个排油；

在控制轴的相位改变满足预定需求时，通过液压系统使第一储液腔和第二储液腔内的压力保持不变。

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