CN209369928U - 一种发动机的压缩容积可变控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃油发动机领域，该发动机的压缩容积可变控制系统由活塞与曲轴之间设置一套变矩装置和控制装置构成，活塞的下端设有变矩滑杆，变矩滑杆上设有滑套，滑套的上端设有销孔，活塞通过活塞连杆安装在滑套上端的销孔内，滑套的两侧设有拉杆销，滑套的两侧用拉杆连接U型连接头，U型连接头的下端用同步杆连接底部的同步轴，同步轴的一侧延伸出发动机外部连接变矩传动杆，由于变矩滑杆的前端固定，滑套在变矩滑杆的后端上下运动时产生的杠杆作用下活塞下降的行程位置既会随滑套的滑动位置而改变，由变矩电动推杆驱动使滑套的位置发生改变即可实现活塞行程的长短调节，从而改变气缸的吸气压缩容积，使其在动力输出或降低油耗下更适宜车辆运行。

Description

一种发动机的压缩容积可变控制系统

技术领域

本实用新型涉及燃油发动机领域，尤其是一种四冲程的汽油发动机。

背景技术

各种燃油发动机已成为汽车、轮船等交通工具的动力来源，特别是四冲程的活塞式发动机因其体积小动力大而被广泛应用，现在生活中的各种家用轿车配置的发动机其排量大部分在1.0至3.0之间，以一辆总重量两吨重的轿车为例，其正常驱动的动力来源用一部1.5升排量的发动机即可满足，但为了使其在起步或加速时获得较强的动力，各种厂家的车辆往往配置了2.4至4.0升之间的大排量发动机，动力的增加仅仅为了获得更快的加速体验，当车辆达到一定的速度后其余的动力处于无作用的状态，这对车辆来说既是动力的损失，且大排量的发动机又会增加大量的能源消耗，现有的发动机技术使发动机的排量容积不能在发动机成型后发生改变，各种车辆需要增加或减小动力时只能通过更换发动机来实现，这对车辆来说显然是不可取的，且操作麻烦，改变发动机后其电路及机械系统等均会造成安全隐患。

发明内容

为解决现有的四冲程燃油发动机存在的使用中不能改变其排量动力的不足，本实用新型提供了一种发动机的压缩容积可变控制系统，该系统由活塞与曲轴之间设置一套变矩装置和控制装置构成，活塞的下端设有变矩滑杆，变矩滑杆的前端用固定轴安装在机体上，后端用曲轴连杆连接曲轴，变矩滑杆的后端在固定轴的定位作用下可以上下运动，变矩滑杆上设有滑套，滑套的内孔与变矩滑杆实现静态接触，滑套在变矩滑杆上可前后滑动，滑套的上端设有销孔，活塞通过活塞连杆安装在滑套上端的销孔内，滑套的两侧设有拉杆销，两侧的拉杆销用拉杆连接U型连接头，U型连接头的下端用同步杆连接底部的同步轴，同步轴的一侧延伸出发动机外部，发动机外部的变矩传动杆下端与同步轴连接，上端连接变矩电动推杆，当变矩电动推杆驱动同步杆使其位置偏移时上端的U型连接头即可通过拉杆拉动滑套在变矩滑杆上前后滑动，曲轴旋转时通过曲轴连杆，变矩滑杆，滑套，活塞连杆的联动作用即可驱动上端的活塞上下运动，从而完成发动机的吸气、压缩、做功、排气等四个工作行程，由于变矩滑杆的前端固定，滑套在变矩滑杆的后端即可前后滑动和上下运动，在变矩滑杆后端产生的杠杆作用下变矩滑杆向上到达上止点时活塞的上顶点不变，活塞下降的行程位置既会随滑套的滑动位置而改变，滑套在变矩滑杆上越向前移，活塞下降的行程位置越短，滑套越向后移，活塞下降的行程位置越长，通过发动机外部的变矩电动推杆的运动使滑套的位置发生改变即可实现活塞行程的长短调节，从而改变气缸的吸气压缩容积，使发动机在运行或停止的状态下实现排量的自由改变，使其在动力输出或降低油耗下更适宜车辆运行。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详细的解释。

图1为该设备的发动机内部结构示意图，

图2为该设备的传动系统示意图，

图3为发动机的外部结构示意图，

图4为变矩滑杆和滑套运行图，

图5、6为变矩装置的活塞长、短行程运行图，

图7为该设备的电路结构示意图。

具体实施方式

通过图1可以看出，该设备由传统的四冲程活塞发动机在活塞与曲轴之间设置一套变矩装置构成，变矩装置由变矩滑杆、滑套、活塞连杆、曲轴连杆、拉杆、U型连接头、同步轴、变矩传动杆、变矩电动推杆等组成，发动机上设有缸体(1)，缸体的两侧分别设有进气管(2)和排气管(3)，缸体与发动机外壳之间设有冷却室(4)，缸体内部设有活塞(5)，在活塞(5)与曲轴(6)之间设有变矩滑杆(7)，变矩滑杆(7)为方形的长条弧型体，以活塞上的拉杆孔(8)为中心时，变矩滑杆的弧型角度与活塞上拉杆孔(8)的圆周角度相对应，变矩滑杆(7)的前端用固定轴(9)安装在支座(10)上，支座(10)固定在机体的外壳上成为整体，依靠支座和固定轴的固定作用变矩滑杆(7)的后端可上下摆动，变矩滑杆的后尾端设有销孔，曲轴连杆(11)利用曲轴连杆销(12)安装在变矩滑杆后尾端的销孔内，曲轴连杆的下端连接曲轴(6)，变矩滑杆(7)上设有滑套(13)，滑套的内孔与变矩滑杆的外形相同，两者保持静态密封接触，滑套在变矩滑杆上可前后滑动，滑套(13)的上端设有滑套销孔，活塞连杆(14)下端的连接头通过滑套销孔和销连接滑套(13)，活塞连杆(14)的上端连接活塞(5)，滑套的两侧设有拉杆销(15)，滑套(13)通过拉杆销和拉杆(16)连接U型连接头(17)上的U型头连接销(18)，U型连接头(17)的下端用同步杆(19)连接同步轴(20)，三者互相焊接为整体，同步轴(20)用轴套安装在机体的底部，同步轴的一端延伸出机体与外部相连接，同步轴与机体的接触面设有密封圈，当曲轴(6)旋转时曲轴连杆(11)驱动变矩滑杆(7)上下运动，变矩滑杆上的滑套(13)依靠活塞连杆(14)驱动活塞(5)在缸体内上下运动，从而进行发动机的吸气、压缩、做功、排气等工作行程，当机体外部的力量驱动同步轴(20)向一侧偏移时，依靠同步杆(19)、U型连接头(17)和拉杆(16)的推拉作用即可使滑套(13)在变矩滑杆(7)上前后滑动，滑套的滑动动作不受变矩滑杆的上下动作限制。

通过图2可以看出，发动机内部的曲轴(6)通过变速齿轮组(21)连接动力输出轴(22)，气门驱动装置(23)与变速齿轮组之间设有连接齿轮(24)，发动机工作时曲轴通过齿轮驱动气门驱动装置工作，该设备应用于单缸发动机时曲轴(6)和同步轴(20)独立配置，应用于多缸发动机时每个缸体之间的变矩装置独立工作，每个缸体之间的同步轴互相连接为整体，曲轴为多杠一体曲轴，当发动机工作时曲轴即可联动多个缸体同步工作，调节同步轴即可使多个缸体的变矩装置同步运行。

通过图3可以看出，发动机的缸体顶端设有进气管(2)和排气管(3)，机体的侧面设有启动马达(25)，机体的中部设有动力输出轴(22)，变矩传动杆(26)下端的连接头安装在同步轴(20)上，当变矩传动杆上端位置发生偏移时发动机内部的同步杆同步运动，变矩电动推杆(27)用安装螺栓(28)安装在机体上，变矩电动推杆与变矩传动杆的接触点设有连接销(29)，变矩电动推杆的推出轴上设有变矩传感器(30)，当变矩电动推杆(27)向外部推出时，依靠变矩传动杆(26)、同步轴(20)和发动机内部的同步杆、U型连接头和拉杆的共同联动下滑套在变矩滑杆上向前端滑动，变矩电动推杆向内部拉入时则使发动机内部的滑套滑向变矩滑杆的后端，变矩电动推杆的推出轴运动时其动作的行程被变矩传感器(30)探测，变矩传感器将探测到的位置信号输入控制器(31)，从而依靠活塞下降的工作行程计算出发动机内部气缸的容积，控制器为变矩装置的控制中心，用于对变矩电动推杆的工作程序以及对各种传感器探测到的信号等进行处理和控制，

通过图4可以看出，当同步杆(19)向左侧偏移时，通过拉杆(16)的联动作用即可将滑套(13)拉向变矩滑杆(7)的前端，由于变矩滑杆(7)的外形弧度与活塞(5)上拉杆孔(8)的圆周圆弧度相对应，所以滑套(13)在变矩滑杆(7)上前后滑动时顶部的活塞的位置不变，曲轴(6)旋转时依靠曲轴连杆(11)即可驱动变矩滑杆(7)和活塞(5)上下运动，在变矩滑杆上下运行时拉杆(16)对滑套(13)的推拉动作不受限制，所以当发动机处于运转状态时依然可以自由的通过拉杆改变滑套在变矩滑杆上的位置。

通过图5可以看出，当曲轴(6)旋转时，曲轴依靠曲轴连杆(11)将变矩滑杆(7)拉向下方，变矩滑杆上的滑套(13)随变矩滑杆向下运动，滑套依靠活塞连杆(14)拉动活塞(5)向下端运动，当曲轴继续旋转时，曲轴连杆将变矩滑杆(7)向上推动，活塞(5)在活塞连杆的推动作用下向上运动，由此使活塞在缸体内往复运行。

通过图6可以看出，当发动机外部的变矩电动推杆驱动同步杆(19)向前端偏移时，拉杆(16)即可将滑套(13)拉向变矩滑杆(7)的前端，由于变矩滑杆的前端利用固定轴(9)安装在支座(10)上，当变矩滑杆的后端上下运动时后端既会产生杠杆效应，滑套(13)在变矩滑杆(7)上的位置越向前端，其上下摆动的幅度越小，反之则增大，当曲轴(6)的位置处于最下端的下止点时，曲轴连杆将变矩滑杆拉向下止点，滑套(13)处于变矩滑杆的最后端时，滑套将活塞(5)向下拉动的行程达到最大，当滑套(13)处于变矩滑杆的最前端时，滑套将活塞下拉的行程达到最小(约为最大行程的五分之三)，依靠同步杆(19)和拉杆(16)的推拉作用即可使滑套(13)在变矩滑杆(7)上自由滑动，其活塞的下拉工作行程即可在最大行程和最小行程之间自由改变，从而通过改变活塞的行程即可使缸体内部吸气压缩容积发生改变，当曲轴(6)旋转至高位时，曲轴连杆将变矩滑杆推向上止点位置，此时以活塞和缸体的水平位置校准时，变矩滑杆(7)的前端固定轴(9)的水平位高于后端曲轴连杆连接处的水平位2至6厘米(高出的位置距离根据各种规格的缸体大小而发生改变)，当滑套在变矩滑杆上移向前端时在活塞连杆的推动作用下活塞的上止点位置随即升高，活塞上止点的升高变化距离为1至3毫米，使活塞的下拉行程缩短时上升后对空气的压缩比保持不变。

通过图7可以看出，控制器(31)上设有接线端(32)，控制器的工作电源、变矩传感器(30)的连接导线，速度探测器(33)的连接导线、加速探测器(39)的连接导线，控制显示面板(34)的连接导线和变矩电动推杆(27)的连接导线通过接线端(32)输入控制器，控制器内部设有信号处理单元和驱动单元，信号处理单元用于对速度探测器(33)、变矩传感器(30)、加速探测器(39)和控制显示面板(34)输入的信号进行处理，驱动单元用于对信号处理单元输入的信号进行放大后变换为变矩电动推杆(27)的推出和拉入的工作电源，变矩传感器(30)安装在变矩电动推杆的推出杆上，用于对变矩电动推杆推出的位置进行探测，探测到的数据经过控制器计算后即可探测出发动机内部气缸的容积，速度探测器(33)安装在车辆变速器的输出轴上，用于对车速进行实时探测，加速探测器(39)安装在加速踏板的背面，用于对加速动作的探测，控制显示面板(34)安装在驾驶室内部易于操作的位置，面板上设有显示窗口(35)、手动和自动转换按钮(36)和加减排量控制按钮(37)，显示窗口用于对发动机内部活塞的行程改变后缸体的容积进行实时显示，手动和自动转换按钮用于对控制器工作程序的手动控制和自动控制的转换，当选择为“手动”时，控制器的自动控制程序停止工作，此时即可依靠加减排量控制按钮(37)对活塞的行程进行控制，当选择为“自动”时，控制器(31)通过速度探测器(33)和加速探测器(39)探测到的实时车速对活塞的行程进行控制，加减排量控制按钮为上升和下降两组按钮，当手动和自动转换按钮(36)选择为手动时，按下按钮的“上升”键时，变矩电动推杆向内部拉入，此时发动机内部的滑套滑向变矩滑杆的后端，活塞下降的行程即可增加，当按下“下降”键时，变矩电动推杆向外部推出，此时发动机内部的滑套滑向变矩滑杆的前端，活塞下降的行程即可减小，由此对活塞的行程进行控制，变矩电动推杆(27)的驱动动力为步进电机，其动作行程指令由控制器内部的驱动单元进行精确控制，控制器的工作程序与发动机的控制电脑兼容，控制器的工作程序为；

1，气缸的探测程序，对变矩传感器(30)探测到的发动机内部缸体容积的信号进行处理后将处理后的信号用连接线(38)输入发动机的控制电脑，由发动机的控制电脑将信号处理后根据气缸的容积变化而确定对发动机的喷油量(此程序用于直喷式的发动机，传统的化油器式发动机无需此程序)，

2，变矩电动推杆的工作程序，分为“手动”和“自动”的工作程序，1、将手动和自动转换按钮(36)选择为“手动”时，控制器的“自动”控制程序关闭，按下加减排量控制按钮上的“上升”键，控制器向变矩电动推杆(27)输出向内部拉入的工作电源，发动机内部活塞的行程增加，按下“下降”键时控制器向变矩电动推杆输出向外部推出的工作电源，发动机内部活塞的行程减小，按下按键后变矩电动推杆即可随相应的按钮启动，松开按键后变矩电动推杆即可停止在当前的位置，此时发动机即可在规定的活塞行程(排量)下运行。

2、将手动和自动转换按钮(36)选择为“自动”时，控制器将变矩电动推杆(27)启动并将推杆推出或拉入到预先设定的低位排量位置，低位排量位置的设定值通过加减排量控制按钮即可进行增加或减小，可在活塞的最大行程至最小行程之间自由设置，速度探测器(33)对车速进行实时的探测，当车速低于10公里每小时时控制器不动作，发动机即可在规定的低位排量下运行，当车速达到10公里每小时后踩下加速踏板时，加速探测器(39)探测到加速动作后将信号输入控制器，控制器向变矩电动推杆输出向内部拉入的电源，此时发动机内部活塞的行程达到最大，车辆即可以较大的动力实现加速动作，当踩下加速踏板后20秒或加速踏板复位后控制器向变矩电动推杆输出向外部推出的电源信号，变矩电动推杆推出使发动机内部的活塞行程恢复到设定值，此时车辆即可实现小排量高速行驶。

该发动机运行时，由发动机外部的启动马达将其启动，曲轴(6)旋转时依靠曲轴连杆(11)、变矩滑杆(7)、滑套(13)和活塞连杆(14)的联动下驱动活塞(5)在缸体内往复运动，变速齿轮组(21)和连接齿轮(24)连接气门驱动装置(23)，使其实现发动机的正常工作程序，发动机旋转时产生的动力由动力输出轴(22)输出，车辆正常行驶时，可将驾驶室内部的控制显示面板(34)上的手动和自动转换按钮(36)进行选择，当选择为“手动”时，变矩电动推杆(27)的位置依靠加减排量控制按钮(37)进行调节，当按下“上升”键时，控制器(31)向变矩电动推杆(27)输出向内部拉入的工作电源，此时依靠变矩传动杆(26)、同步轴(20)、同步杆(19)和拉杆(16)的联动作用下滑套(13)被推向变矩滑杆(7)的后端，活塞(5)下降的工作行程达到最长，气缸的吸气压缩容积达到最大后发动机即可已全马力进行功率输出，当按下“下降”键时，控制器向变矩电动推杆(27)输出向外部推出的工作电源，推杆推出后发动机内部滑套(13)即可在拉杆(16)的拉力下滑向变矩滑杆(7)的前端，此时活塞(5)下降的工作行程达到最短，通过调节上升和下降按钮即可使气缸的吸气压缩容积发生改变，当自动手动选择按钮选择为“自动”时，控制器(31)依靠速度探测器(33)和加速探测器(39)探测到的信号对变矩电动推杆(27)进行控制，当车速达到每小时10公里后踩下加速踏板时，控制器向变矩电动推杆输出向内部拉入的工作电源，此时发动机内部活塞的工作行程达到最大，发动机对外输出最大的动力后使车辆进行加速动作，当踩下加速踏板20秒后或加速踏板复位时控制器向变矩电动推杆输出向外部推出的电源，此时发动机内部活塞的工作行程降低，达到高速运行的车辆即可依靠小排量和低油耗继续行驶，从而对发动机内部活塞的行程和气缸吸气压缩的容积进行自动控制，变矩传感器(30)将探测到的气缸的容积信号输入发动机的控制电脑，由控制电脑精确计算后确定对发动机的喷油量，该系统应用于传统的化油器式汽油发动机和天然气发动机时，由于发动机进行吸气动作时气缸吸入的是油气混合气或燃气与空气的混合气体，活塞对气体进行压缩后即可进行点火燃烧，不受气缸容积的改变和限制，故无需变矩传感器等设备和相应的程序即可工作。

该发动机在活塞与曲轴之间设置一套变矩装置，通过调节变矩滑杆上滑套的位置即可改变活塞下降时的工作行程，从而对车辆发动机吸气压缩的容积(排量)实现自由的改变，当车辆需要加速时控制器自动将活塞的工作行程增加以实现大动力驱动，当车辆加速后车辆行驶的阻力变小时控制器自动将活塞的工作行程降低，从而使车辆在需要加速或超车时能获得较大的动力以实现加速功能，待车辆达到高速后自动将动力和发动机的油耗降低，从而使小排量汽车的油耗和大排量汽车的动力相结合，极大程度的对发动机的动力实现最大的利用率和降低车辆行驶时的燃料消耗，当车辆处于爬坡时即可将控制按钮选择为“手动”，将活塞的工作行程设置为最大时即可获得较大的动力，在城市道路或需要低速行驶时将活塞的工作行程降低，即可避免车辆低速大马力驱动时对燃油的浪费。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种发动机的压缩容积可变控制系统，由活塞与曲轴之间设置一套变矩装置和控制装置构成，其特征在于；发动机上设有缸体(1)，缸体的两侧分别设有进气管(2)和排气管(3)，缸体与发动机外壳之间设有冷却室(4)，缸体内部设有活塞(5)，在活塞(5)与曲轴(6)之间设有变矩滑杆(7)，变矩滑杆(7)的前端用固定轴(9)安装在支座(10)上，支座(10)固定在机体的外壳上成为整体，依靠支座和固定轴的固定作用变矩滑杆(7)的后端可上下摆动，变矩滑杆的后尾端设有销孔，曲轴连杆(11)利用曲轴连杆销(12)安装在变矩滑杆后尾端的销孔内，曲轴连杆的下端连接曲轴(6)，变矩滑杆(7)上设有滑套(13)，滑套的内孔与变矩滑杆的外形相同，两者保持静态密封接触，滑套在变矩滑杆上可前后滑动，滑套(13)的上端设有滑套销孔，活塞连杆(14)下端的连接头通过滑套销孔和销连接滑套(13)，活塞连杆(14)的上端连接活塞(5)，滑套的两侧设有拉杆销(15)，滑套(13)通过拉杆(16)连接U型连接头(17)上的U型头连接销(18)，U型连接头(17)的下端用同步杆(19)连接同步轴(20)，三者互相焊接为整体，同步轴(20)用轴套安装在机体的底部，同步轴的一端延伸出机体与外部相连接，同步轴与机体的接触面设有密封圈，变矩传动杆(26)下端的连接头安装在同步轴(20)上，变矩电动推杆(27)用安装螺栓(28)安装在机体上，变矩电动推杆与变矩传动杆的接触点设有连接销(29)，变矩电动推杆的推出轴上设有变矩传感器(30)，变矩电动推杆(27)、变矩传感器(30)、速度探测器(33)、加速探测器(39)、控制显示面板(34)分别用导线连接控制器(31)，控制器用信号连接线(38)连接发动机的控制电脑。

2.根据权利要求1所述的一种发动机的压缩容积可变控制系统，其特征在于；变矩滑杆(7)为方形的长条弧型体，以活塞上的拉杆孔(8)为中心时，变矩滑杆的弧型角度与活塞上拉杆孔(8)的圆周角度相对应。

3.根据权利要求1所述的一种发动机的压缩容积可变控制系统，其特征在于；以活塞和缸体的水平位置校准时，变矩滑杆(7)的前端固定轴(9)的水平位高于后端曲轴连杆连接处的水平位2至6厘米。

4.根据权利要求1所述的一种发动机的压缩容积可变控制系统，其特征在于；活塞上止点的升高变化距离为1至3毫米。

5.根据权利要求1所述的一种发动机的压缩容积可变控制系统，其特征在于；控制器(31)上设有接线端(32)，控制器的工作电源、速度探测器(33)的连接导线、加速探测器(39)的连接导线，控制显示面板(34)的连接导线和变矩电动推杆(27)的连接导线通过接线端(32)输入控制器，控制器内部设有信号处理单元和驱动单元。

6.根据权利要求1所述的一种发动机的压缩容积可变控制系统，其特征在于；变矩传感器(30)安装在变矩电动推杆的推出杆上，用于对变矩电动推杆推出的位置进行探测，速度探测器(33)安装在车辆变速器的输出轴上，用于对车速进行实时探测，加速探测器(39)安装在加速踏板的背面，用于对加速动作的探测，控制显示面板(34)安装在驾驶室内部易于操作的位置，面板上设有显示窗口(35)、手动和自动转换按钮(36)和加减排量控制按钮(37)。

7.根据权利要求1所述的一种发动机的压缩容积可变控制系统，其特征在于；该设备应用于单缸发动机时曲轴(6)和同步轴(20)独立配置，应用于多缸发动机时每个缸体之间的变矩装置独立工作，每个缸体之间的同步轴互相连接为整体，曲轴为多杠一体曲轴。

8.根据权利要求1所述的一种发动机的压缩容积可变控制系统，其特征在于；该系统应用于传统的化油器式汽油发动机和天然气发动机时，无需变矩传感器(30)和相应的喷油程序。