CN201301750Y - 变排量发动机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型针对现有技术中存在的汽车发动机的排量无法改变，从而造成能源浪费的问题，提出一种变排量发动机，把发动机上的整体曲轴系进行拆分，按每个汽缸的曲轴段为一个拆分单元，这样便得到了与气缸数相同的小曲轴，各个小曲轴之间用单向锁定装置连接。曲轴系动力系统的启动方式与单个普通汽缸的启动方式相同，各个汽缸的小曲轴统一归ECU调配，实现每一个小曲轴逐个启动，由于每一个小曲轴都是顺序单向锁定的，所以能实现动力的合成并集中在一处输出。这样在ECU的控制下，能以每个气缸的排量为最小变化单位，近而实现发动机排量的智能变化。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种发动机，尤其是变排量发动机，具体地说，通过改进曲轴结构从而改进发动机汽缸工作状态，实现变排量。
背景技术
在当今节能环保的世界趋势以及当前能源紧张的形势下，开发低能耗的发动机，既符合国家利益，又对消费者有利，同时还可以降低发动机对大气环境所造成的污染和减少温室气体的排放量，而现有发动机总排量都是按最大额定负荷设计的，而最大额定负荷实际使用往往并不多，由于各曲轴连杆机构一体成型，一个曲轴转动必然带动其他曲轴转动，因而发动机工作时所有气缸必须都参与工作，不能根据需要选择减少参与工作的气缸数量，这就会造成巨大的能源浪费。
在一个最省油的输出功率范围下，即平均燃油消耗量为设定值，假设发动机启动时需要克服3P的阻力，加荷载运行需要克服2P的阻力，空荷载载运行时需要克服P的阻力，车的行驶速度V，根据以上设定值，车在行驶速度V的下，汽车在加载荷与空载荷时所需的功率分别为PV2t和PVt，而这时发动机的排量没有发生变化，这就需要调整燃油的浓度来调整发动机输出功率，进而来节省燃油，但这种调整后的燃油浓度已不能满足最佳燃烧效率的需求，所以燃油经济性随之降低。
因而为了保证输出功率的变化同时气缸内空燃比为一定值，只有改变排量来提高燃油经济性，所以如何改变发动机各工况下的排量成为本实用新型所面临的一个课题。
发明内容
本实用新型针对现有技术中存在的汽车发动机的排量无法改变，从而造成能源浪费的问题，提出一种变排量发动机。
为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
一种变排量发动机，包括ECU(电控单元)、汽缸以及连接汽缸中活塞杆的曲轴系，其特征在于：所述曲轴系包括N段小曲轴，其中N与汽缸数相同，所述小曲轴通过轴瓦固定，各小曲轴之间通过单向锁定装置连接。
进一步地，本实用新型还包括如下技术特征：所述单向锁定装置包括左曲轴及右曲轴，所述右曲轴端部具有一渐开螺旋凹槽，所述左曲轴顶端固定连接一短管状接头，所述接头内嵌有一定位轴，所述定位轴上套有定位卡块，定位卡块位于定位卡块活动槽内，所述定位轴的轴心偏离所述定位卡块的重心，随着左、右曲轴的转动，所述定位卡块或嵌入到所述渐开螺旋凹槽中，或被所述渐开螺旋凹槽顶出。
进一步地，本实用新型还包括如下技术特征：所述发动机主体上靠近接头处设有启动器，所述启动器与电机相连，所述电机接收所述ECU信号，控制所述启动器启动所述左曲轴转动。
进一步地，本实用新型还包括如下技术特征：所述启动器与所述接头之间通过齿轮啮合。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：
本实用新型把发动机上的整体曲轴系进行拆分，按每个汽缸的曲轴段为一个拆分单元，这样便得到了与气缸数相同的小曲轴，各个小曲轴之间用单向锁定装置连接。单向锁定装置位于两个小曲轴连接处，它包括卡块与渐变螺旋凹槽组合成的单向锁，此卡块在离心力作用下会逐渐嵌入凹槽。
这样曲轴系动力系统的启动方式与单个普通汽缸的启动方式相同，各个汽缸的小曲轴统一归ECU调配，实现每一个小曲轴逐个启动，由于每一个小曲轴都是顺序单向锁定的，所以能实现动力的合成并集中在一处输出。这样在ECU的控制下，能以每个气缸的排量为最小变化单位，近而实现发动机排量的智能变化。
附图说明
图1是直列四缸曲轴系结构示意图；
图2是小曲轴连接处单向锁定装置剖面结构示意图；
图3是图2所示A-A剖面图；
其中，1、小曲轴；1-1、右曲轴；1-2、左曲轴；2、单向锁定装置；3、接头；4、渐开螺旋凹槽；5、定位轴；6、定位卡块；7、定位卡块活动腔；8、轴瓦；9、启动器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
为了解决发动机排量变化问题，本实用新型通过改进汽车发动机上的曲轴结构，将大排量多缸的发动机上的曲轴改进成分缸组合式的曲轴系，在ECU的控制下发动机就能以每个气缸的排量为最小变化单位，实现发动机排量的智能变化。
本实用新型原理如下：
发动机工作过程能量守恒方程：L*P e0＝M*V*t，其中L：工作缸数；P e0：单缸经济功率；V：车速；M：车行使总阻力，M在一定行使时间内是不变的，V在行驶过程中是随时变化的，传感器和人分工来共同预知M和V的变化，通过借助传感器和电子控制系统再将M与V的变化事先通过传感器反馈给ECU，之后ECU分析数据，发出指令控制L的变化，来克服后续出现的阻力变化，从而实现阻力与工作缸数的动态平衡。
本实施例变排量发动机，包括ECU、汽缸以及连接汽缸中活塞杆的曲轴系，曲轴系是一个四缸曲轴包括四段小曲轴1，按图1所示，从右至左依次为第一曲轴、第二曲轴、第三曲轴、第四曲轴，小曲轴1通过轴瓦8固定，各小曲轴1之间通过单向锁定装置2连接。与各小曲轴相连的汽缸分别由ECU控制起动和点火，曲轴转角感应器监测曲轴转速，保证每一个汽缸都能在最佳的工作状态下运行。本实用新型涉及曲轴系结构的改进，与曲轴系相连的其他装置结构并没有改变，因而其他装置如曲轴转角感应器、汽缸等在图中没有示出。
如图2、3所示，单向锁定装置2包括左曲轴1-1及右曲轴1-2，右曲轴端部1-2具有一渐开螺旋凹槽4，左曲轴1-1顶端固定连接一短管状接头3，接头3内嵌有一定位轴5，定位轴5上套有定位卡块6，定位卡块6位于定位卡块活动槽7内，定位轴5的轴心偏离定位卡块6的重心，定位卡块6绕定位轴5在离心力作用下可自由转动，并且由于定位轴5的轴心偏离定位卡块6重心，随着左、右曲轴的转动，定位卡块6或嵌入到渐开螺旋凹槽4中，或被渐开螺旋凹槽4顶出。靠近接头3处的发动机主体上设置有启动器9，启动器9与接头3之间齿轮连接，本实施例启动器9与接头3之间通过齿轮啮合。启动器3与电机相连，电机接收ECU信号，控制所述启动器3启动所述左曲轴1-1转动。
当汽车启动或行驶时，在ECU控制下，曲轴系中的各小曲轴从右至左依次顺序启动，汽车启动时，先启动第一个汽缸，即第一曲轴转动，当第一曲轴转动时，定位卡块6在渐开螺旋凹槽4的作用下被顶出，由于汽车启动时需要较大的输出功率，需要增加汽缸，此时先由启动器9启动第二曲轴，由转速感应器测知的第二曲轴转速会随汽缸火花塞点火控制输出频率的增加和时间的推移而迅速增加，由于定位轴5的轴心不在定位卡块6的重心，定位卡块6-1的质量大于定位卡块6-2的质量，随着第二曲轴转速的增加，定位卡块6在离心力的作用下开始在定位卡块活动槽7内绕定位轴转动。当第二曲轴转速逐渐接近第一曲轴转速时，定位卡块6由于强大的离心力会在第二曲轴转速达到第一曲轴转速时实现单向咬合，即定位卡块6-2部分嵌入到渐开螺旋凹槽4中，实现两个曲轴的组合，从而第一曲轴及第二曲轴共同组成一个动力输出体，当还需要增加排量时，按上述方式逐渐启动第三、第四曲轴即可。
汽车启动至速度稳定后，此时输出功率减少，可通过改变排量来达到燃油经济性，在ECU控制下，曲轴系中的各小曲轴从左至右依次顺序选择停止，例如，当需要停止第四曲轴时，与第四曲轴相连的火花塞和喷油嘴接收ECU发来的控制信号，停止工作，此时，第四转轴的转速逐渐降低，定位卡块6在渐开螺旋凹槽的作用下被顶出，从而使得第三曲轴转动时不影响第四曲轴。
本实用新型对发动机的曲轴进行了分解，通过机械方法实现了发动机排量的变化。在两个小曲轴连接方式上也是采用靠离心力作用来迫使卡块逐渐嵌入螺旋凹槽的，这种机械结构上的改进能保证最低的故障发生率。
由于在一个汽缸起动后，ECU会逐渐的调解供油量和火花塞的点火时间，使转速快速而柔和的与上一个曲轴同步并且输出功率，因而在加减汽缸的过程中不会出现大的撞击声。本实用新型通过ECU分析汽车外部与内部各种信息进而控制增加或减少汽缸数。当外界因传感器无法测知的原因需要增加功率时，如汽车突然加速超车的需求，原来的油门踏板前半行程用来加大供油量，后半行程用来增加汽缸数。在需要微调车速但不需要增加汽缸的时候，采用油门踏板的前半行程调节供油量即可，油门踏板的后半行程用来控制增加或减少气缸起动数，这样就不至于过于频繁的启动汽缸变换排量。另外也可以增加一个控制纽由司机来控制需要启动几个气缸。由ECU控制的汽缸数的自动变化可适应传感器信息的变化以及由人预控的动力输出需求的变化，总之上述调解排量的变化方式只要控制好优先权就可以达到最佳的控制效果。
本实用新型适用于高档大排量轿车，也适用于大客车，大货车，特种机车等，既实现了大功率需求，也实现了小排量的节油效果。
当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。
Claims (4)
1、一种变排量发动机，包括ECU、汽缸以及连接汽缸中活塞杆的曲轴系，其特征在于：所述曲轴系包括N段小曲轴，其中N与汽缸数相同，所述小曲轴通过轴瓦固定，各小曲轴之间通过单向锁定装置连接。
2、根据权利要求1所述的变排量发动机，其特征在于：所述单向锁定装置包括左曲轴及右曲轴，所述右曲轴端部具有一渐开螺旋凹槽，所述左曲轴顶端固定连接一短管状接头，所述接头内嵌有一定位轴，所述定位轴上套有定位卡块，定位卡块位于定位卡块活动槽内，所述定位轴的轴心偏离所述定位卡块的重心，随着左、右曲轴的转动，所述定位卡块或嵌入到所述渐开螺旋凹槽中，或被所述渐开螺旋凹槽顶出。
3、根据权利要求2所述的变排量发动机，其特征在于：所述发动机主体上靠近接头处设有启动器，所述启动器与电机相连，所述电机接收所述ECU信号，控制所述启动器启动所述左曲轴转动。
4、根据权利要求3所述的变排量发动机，其特征在于：所述启动器与所述接头之间通过齿轮啮合。
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| CNU2008202258944U CN201301750Y (zh) | 2008-11-13 | 2008-11-13 | 变排量发动机 |
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| CNU2008202258944U CN201301750Y (zh) | 2008-11-13 | 2008-11-13 | 变排量发动机 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113294252A (zh) * | 2021-07-16 | 2021-08-24 | 杜福银 | 一种变排量发动机及控制方法 |
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2008
- 2008-11-13 CN CNU2008202258944U patent/CN201301750Y/zh not_active Expired - Fee Related
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