CN209369929U - 一种可变压缩比发动机的长度可变连杆机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，包括连杆体、偏心环、偏心环支架、连接支架和液压柱塞，连杆体中部设有柱塞孔，液压柱塞设于柱塞孔内，偏心环连接偏心环支架，连接支架铰接于偏心环支架边缘和液压柱塞之间，偏心环的转动通过连接支架带动液压柱塞的竖直移动。本实用新型可以通过液压控制实现连杆长度变化，从而调节发动机压缩比；液压腔设置在连杆体中心，加工工艺性好；两个液压腔共用一个液压柱塞，加工简单，密封容易保证；液压腔容积大，泄漏对压缩比的影响小；机构运动关节处均为圆柱销铰接，承力均匀，可靠性好。

Description

一种可变压缩比发动机的长度可变连杆机构

技术领域

本实用新型涉及发动机领域，尤其是涉及一种可变压缩比发动机的长度可变连杆机构。

背景技术

一般发动机的压缩比是不可变动的，因为燃烧室容积及气缸工作容积都是固定的参数，在设计中已经定好。不过，为了使得现代发动机能在各种变化的工况中发挥更好的效率，以变对变来改善发动机的运行性能。其中气门可变驱动技术早已实现，做为重要参数的压缩比也有人尝试由固定不变改为"随机应变"，但由于涉及压缩比必然要涉及到整个发动机结构的改变，牵一而动百，难度很大，长期没有进展。近年来油耗法规逐渐加严，新技术不断涌现，发动机变得越来越智能，出现了许多可变技术，如可变气门正时VVT，可变气门升程VVL，可变进气滚流PDA，可变截面增压器VGT等来兼顾发动机低速的和高速的动力性和经济性，热效率提升的空间也越来越小。而可变压缩比(Variable Compression Ratio)技术相对其他可变技术对热效率的贡献是最大的，一般可以降低CO2排放5％～8％，业内堪称“内燃机的最后一次革命”。虽然该技术很早就有人开始研究，但是大都因结构复杂，控制困难，可靠性差而没有得到广泛应用。近几年，很多高校、研究机构、企业和个人又开始投入大量精力研究可变压缩比(VCR)技术，以应对即将实施的四阶段油耗法规。

汽油机VCR技术研究成果比较多的主要集中在国外，如FEV，Gomecsys，IWIS，Nissan，MCE-5等，这些公司的VCR方案大致可分为几类：连杆小头偏心、连杆大头偏心、主轴承偏心、连杆长度可变、多连杆机构等，基本都完成了概念设计，有的试制了样件，开展了功能验证。有些方案对原发动机改动很大，不利于发动机升级改造；有些方案控制比较复杂，可靠性较差；有些方案工艺性不好，不适合大批量生产。

发明内容

有鉴于此，本实用新型旨在提供一种可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，能够解决上述问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，包括连杆体、偏心环、偏心环支架、连接支架和液压柱塞，所述连杆体的两端分别为大头孔和小头孔，偏心环安装于小头孔内，曲轴曲拐安装于大头孔内，连杆体中部设有柱塞孔，液压柱塞设于柱塞孔内，并在大头孔和小头孔之间往复移动，柱塞孔为台阶孔，所述柱塞孔和大头孔之间固定有液压腔堵头，偏心环连接偏心环支架，连接支架铰接于偏心环支架边缘和液压柱塞之间，偏心环的转动通过连接支架带动液压柱塞的竖直移动；

液压柱塞在柱塞孔内移动形成容积可变的第一液压腔和第二液压腔，连杆体上设有第一油道和第二油道，第一液压腔连通第一油道，第二液压腔连通第二油道，第一油道和第二油道均设有液压控制阀控制油道的通断。

进一步，所述液压柱塞通过圆柱销铰接于连接支架。

进一步，所述液压柱塞包括一体成型的导向部和挤压部，导向部和挤压部均为柱体，挤压部的外径大于导向部的外径，挤压部的长度小于导向部的长度；柱塞孔包括相通的挤压孔和导向孔，挤压部在挤压孔内移动，当液压柱塞移动到顶端时，导向部完全占满导向孔，此时挤压部位于挤压孔的顶端，当液压柱塞移动到底端时，挤压部顶住液压腔堵头。

进一步，所述第一油道和第二油道分别位于挤压孔内的上下两端，第一液压腔和第二液压腔也位于挤压孔内，挤压部在挤压孔上方的部分为第一液压腔，挤压部在挤压孔下方的部分为第二液压腔。

进一步，所述第一液压腔位于导向孔的顶端，导向部在导向孔上方的部分为第一液压腔，挤压部在挤压孔下方的部分为第二液压腔。

进一步，所述偏心环和偏心环支架之间的连接方式为可拆卸固定或焊接固定。

进一步，所述圆柱销设于导向部的顶端。

进一步，所述偏心环支架和连接支架均为双片结构，偏心环支架分别固定连接于偏心环的两侧，连接支架通过圆柱销连接于液压柱塞的两侧。

进一步，所述偏心环支架和连接支架均为单片结构，偏心环支架固定连接在偏心环内部，连接支架通过圆柱销连接于液压柱塞的内部，连杆体的侧壁开有供偏心环支架和连接支架活动的槽体。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，具有以下有益效果：可以通过液压控制实现连杆长度变化，从而调节发动机压缩比；液压腔设置在连杆体中心，加工工艺性好；两个液压腔共用一个液压柱塞，加工简单，密封容易保证；液压腔容积大，泄漏对压缩比的影响小；机构运动关节处均为圆柱销铰接，承力均匀，可靠性好。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的内部结构示意图；

图3为本实用新型的主视图；

图4为本实用新型的右视图；

图5为本实用新型处于高压缩比(连杆长)状态的主视图；

图6为图5的内部结构示意图；

图7为本实用新型处于低压缩比(连杆短)状态的主视图；

图8为图7的内部结构示意图；

图9-10为连杆体的结构示意图；

图11为偏心环的结构示意图；

图12为偏心环支架的结构示意图；

图13为连接支架的结构示意图；

图14为液压柱塞的结构示意图；

图15为圆柱销的结构示意图；

附图标记说明：

1-连杆体；2-偏心环；3-偏心环支架；4-连接支架；5-圆柱销；6-液压柱塞；61-导向部；62-挤压部；7-液压腔堵头；8-第一液压腔；9-第二液压腔；10-第一油道；11-第二油道。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1-15所示，一种可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，包括连杆体1、偏心环2、偏心环支架3、连接支架4和液压柱塞6，所述连杆体的两端分别为大头孔和小头孔，偏心环2安装于小头孔内，曲轴曲拐安装于大头孔内，连杆体1中部设有柱塞孔，液压柱塞6设于柱塞孔内，并在大头孔和小头孔之间往复移动，柱塞孔为台阶孔，所述柱塞孔和大头孔之间固定有液压腔堵头7，偏心环2连接偏心环支架3，连接支架4铰接于偏心环支架3边缘和液压柱塞6之间，偏心环2的转动通过连接支架4带动液压柱塞6的竖直移动；

液压柱塞在柱塞孔内移动形成容积可变的第一液压腔8和第二液压腔9，连杆体1上设有第一油道10和第二油道11，第一液压腔8连通第一油道10，第二液压腔9连通第二油道11，第一油道10和第二油道11均设有液压控制阀控制油道的通断。

所述液压柱塞6通过圆柱销5铰接于连接支架4。所述圆柱销5设于导向部61的顶端。

所述液压柱塞6包括一体成型的导向部61和挤压部62，导向部61和挤压部62均为柱体，挤压部62的外径大于导向部61的外径，挤压部62的长度小于导向部61的长度；柱塞孔包括相通的挤压孔和导向孔，挤压部62在挤压孔内移动，当液压柱塞6移动到顶端时，导向部61完全占满导向孔，此时挤压部62位于挤压孔的顶端，当液压柱塞6移动到底端时，挤压部62顶住液压腔堵头7。

所述第一油道10和第二油道11分别位于挤压孔内的上下两端，第一液压腔8和第二液压腔9也位于挤压孔内，挤压部62在挤压孔上方的部分为第一液压腔8，挤压部62在挤压孔下方的部分为第二液压腔9。可替代的方案是：第一液压腔8位于导向孔的顶端，导向部61在导向孔上方的部分为第一液压腔8，挤压部62在挤压孔下方的部分为第二液压腔9。

所述偏心环2和偏心环支架3之间的连接方式为通过销、螺钉可拆卸固定或焊接固定。

偏心环支架3和连接支架4都是由两片相同形状的支架通过连接板焊接在一起的，并且均对称分布在连杆体两侧，它们之间的连接都是圆柱销铰接，受力均匀，因此零件可靠性好。可替代的方案是：偏心环支架3和连接支架4均为单片结构，偏心环支架3固定连接在偏心环2内部，连接支架4通过圆柱销5连接于液压柱塞6的内部，连杆体1的侧壁开有供偏心环支架3和连接支架4活动的槽体。也可实现上述功能。

一种长度可变连杆机构的控制方法，应用上述长度可变连杆机构，偏心环2的内孔与活塞销连接，活塞销与活塞连接，连杆体1的大头孔跟曲轴曲拐相连，通过偏心环2的旋转改变活塞销跟曲拐之间的距离，即连杆体1的有效长度，从而改变发动机压缩比。连杆长度变化的源动力来源于发动机气缸内燃烧压力作用在活塞销上的力和活塞连杆组的惯性力的合力。

如图5、6所示，当连杆体1处于受压状态时，液压柱塞6顶面跟柱塞孔顶端接触，在压力的作用下，偏心环2有沿小头孔中心顺时针旋转的趋势，通过偏心环支架3、连接支架4、圆柱销5作用在液压柱塞6上，第二液压腔9中的机油受压，通过控制阀将第二油道11的末端封闭，第一油道10打开，第一液压腔8中的机油通过第一油道10被排出，液压支撑液压柱塞6处于图6所示位置，从而使连杆体1处于长的状态；当连杆体1处于受拉状态时，在拉力的作用下，偏心环2有沿小头孔中心逆时针旋转的趋势，液压柱塞顶面跟连杆体1柱塞孔端面接触，起到限位作用，由于控制阀中设置了单向阀，发动机每一个循环通过液压柱塞6间隙泄漏的机油会在下一个循环得到补充，因此能一直保持连杆体1处于长的状态；

如图7、8所示，当连杆体1处于受压状态时，在压力的作用下，偏心环2有沿小头孔中心顺时针旋转的趋势，通过偏心环支架3、连接支架4、圆柱销5作用在液压柱塞6上，此时第二液压腔9中的机油通过第二油道11排出，液压柱塞6的下端跟液压腔堵头7接触，起到限位作用，将力传递给液压腔堵头7；当连杆体1处于受拉状态时，在拉力的作用下，偏心环2有沿小头孔中心逆时针旋转的趋势，通过偏心环支架3、连接支架4、圆柱销5作用在液压柱塞6上，液压柱塞6向上压缩第一液压腔8中的机油，通过控制阀将第一油道10的末端封闭，液压支撑液压柱塞6处于图8所示位置，从而使连杆体1处于短的状态；由于控制阀中设置了单向阀，发动机每一个循环通过液压柱塞6间隙泄漏的机油会在下一个循环得到补充，因此能一直保持连杆体1处于短的状态。

当连杆体1处于受压状态时，在压力的作用下，偏心环2有沿小头孔中心顺时针旋转的趋势，由于液压腔堵头7的限位，使连杆体1处于短的状态；当连杆体1处于受拉状态时，在拉力的作用下，偏心环2有沿小头孔中心逆时针旋转的趋势，液压柱塞6向上压缩第一液压腔8中的机油，通过控制阀将第一油道10的末端打开，第二油道11关闭，第一液压腔8中的机油通过第一油道10被排出，液压柱塞6顶面跟柱塞孔顶端接触，液压支撑液压柱塞6，使连杆体1处于长的状态；由于控制阀中设置了单向阀，发动机每一个循环通过液压柱塞6间隙泄漏的机油会在下一个循环得到补充，因此能一直保持连杆体1处于长的状态。

重复上述过程。

在连杆工作过程中，连杆体1承受拉压交变力，该交变力通过偏心环2、偏心环支架3、连接支架4、圆柱销5、液压柱塞6等传递，

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，其特征在于：包括连杆体(1)、偏心环(2)、偏心环支架(3)、连接支架(4)和液压柱塞(6)，所述连杆体的两端分别为大头孔和小头孔，偏心环(2)安装于小头孔内，曲轴曲拐安装于大头孔内，连杆体(1)中部设有柱塞孔，液压柱塞(6)设于柱塞孔内，并在大头孔和小头孔之间往复移动，柱塞孔为台阶孔，所述柱塞孔和大头孔之间固定有液压腔堵头(7)，偏心环(2)连接偏心环支架(3)，连接支架(4)铰接于偏心环支架(3)边缘和液压柱塞(6)之间，偏心环(2)的转动通过连接支架(4)带动液压柱塞(6)的竖直移动；

液压柱塞在柱塞孔内移动形成容积可变的第一液压腔(8)和第二液压腔(9)，连杆体(1)上设有第一油道(10)和第二油道(11)，第一液压腔(8)连通第一油道(10)，第二液压腔(9)连通第二油道(11)，第一油道(10)和第二油道(11)均设有液压控制阀控制油道的通断。

2.根据权利要求1所述的可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，其特征在于：所述液压柱塞(6)通过圆柱销(5)铰接于连接支架(4)。

3.根据权利要求1所述的可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，其特征在于：所述液压柱塞(6)包括一体成型的导向部(61)和挤压部(62)，导向部(61)和挤压部(62)均为柱体，挤压部(62)的外径大于导向部(61)的外径，挤压部(62)的长度小于导向部(61)的长度；柱塞孔包括相通的挤压孔和导向孔，挤压部(62)在挤压孔内移动，当液压柱塞(6)移动到顶端时，导向部(61)完全占满导向孔，此时挤压部(62)位于挤压孔的顶端，当液压柱塞(6)移动到底端时，挤压部(62)顶住液压腔堵头(7)。

4.根据权利要求3所述的可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，其特征在于：所述第一油道(10)和第二油道(11)分别位于挤压孔内的上下两端，第一液压腔(8)和第二液压腔(9)也位于挤压孔内，挤压部(62)在挤压孔上方的部分为第一液压腔(8)，挤压部(62)在挤压孔下方的部分为第二液压腔(9)。

5.根据权利要求3所述的可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，其特征在于：所述第一液压腔(8)位于导向孔的顶端，导向部(61)在导向孔上方的部分为第一液压腔(8)，挤压部(62)在挤压孔下方的部分为第二液压腔(9)。

6.根据权利要求1所述的可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，其特征在于：所述偏心环(2)和偏心环支架(3)之间的连接方式为可拆卸固定或焊接固定。

7.根据权利要求2所述的可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，其特征在于：所述圆柱销(5)设于导向部(61)的顶端。

8.根据权利要求2-7任一项所述的可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，其特征在于：所述偏心环支架(3)和连接支架(4)均为双片结构，偏心环支架(3)分别固定连接于偏心环(2)的两侧，连接支架(4)通过圆柱销(5)连接于液压柱塞(6)的两侧。

9.根据权利要求2-7任一项所述的可变压缩比发动机的长度可变连杆机构，其特征在于：所述偏心环支架(3)和连接支架(4)均为单片结构，偏心环支架(3)固定连接在偏心环(2)内部，连接支架(4)通过圆柱销(5)连接于液压柱塞(6)的内部，连杆体(1)的侧壁开有供偏心环支架(3)和连接支架(4)活动的槽体。