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CN101333970A - 一种可变压缩比发动机 - Google Patents

一种可变压缩比发动机 Download PDF

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Abstract

本发明所充分公开的是一种可变压缩比发动机，包括缸盖、缸体、动力输出轴和曲轴箱。所述缸盖固定在缸体的上面，所述曲轴箱与所述缸体一体成型。在所述缸体内活塞通过连杆与曲轴联接。所述动力输出轴安装在曲轴箱上，动力输出轴和曲轴的曲轴颈上分别有动力输出齿轮和输入齿轮，所述的动力输出齿轮和输入齿轮啮合。在所述的曲轴箱内还设置支承臂，所述曲轴铰接在该支承臂上。所述支承臂的一端与曲轴箱铰接，铰接轴为动力输出轴。所述支承臂的另一端为控制端，所述的控制端联接可使支承臂绕动力输出轴旋转控制机构。由于利用控制机构对支承臂的控制端进行位移控制，可以使发动机的压缩比与发动机工况相吻合，以提高效率和减少排放。

Description

一种可变压缩比发动机
技术领域
本发明涉及发动机领域，尤其涉及一种汽车发动机，该发动机的压缩比是可变和可控的。
背景技术
目前，大多数发动机压缩比是不可变动的，然而在不同工况下要同时达到降低燃油消耗、提高发动机性能和降低排放的目的，则要根据不同的工况灵活地改变其压缩比。同时，当前的灵活燃料发动机其压缩比为定值，无法同时适应不同燃料的燃烧特性。燃料更换后热效率降低，且易发生爆震等异常燃烧现象；在行驶过程中更换燃料还易导致发动机运行不稳定等异常现象。因此可变压缩比发动机成为当前研究的新方向。中国专利申请号88101975.5公开了一种内燃机变连杆长度可变压缩比装置，该装置能使内燃机的压缩比变化，但由于其变化是通过弹簧受力形变而改变连杆长度进而使内燃机的压缩比变化，该变化反映在内燃机几个冲程之间，且不可控，不能为灵活燃料发动机提供适应不同燃料的压缩比。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可变压缩比的发动机，该发动机的压缩比可通过对其结构的变化进行控制而改变。
为解决上述技术问题，本发明的解决方案为：
一种可变压缩比发动机，包括缸盖、缸体、动力输出轴和曲轴箱。所述缸盖固定在缸体的上面。所述曲轴箱与所述缸体一体成型。在所述缸体内活塞通过连杆与曲轴联接。所述动力输出轴安装在曲轴箱上，动力输出轴上有动力输出齿轮，曲轴的曲轴颈上有输入齿轮，所述的动力输出齿轮和输入齿轮啮合。在所述的曲轴箱内还设置支承臂，所述曲轴铰接在该支承臂上；所述支承臂的一端与曲轴箱铰接，铰接轴为动力输出轴；所述支承臂的另一端为控制端，所述的控制端联接可使支承臂绕动力输出轴旋转控制机构。
本发明提供的可变压缩比发动机，由于发动机分成两部分，上部分为缸盖，下部分为缸体和曲轴箱。上部分保持不变，下部分内借助杠杆原理利用一个支承臂调整曲轴中心的位置，通过控制机构控制支承臂绕其与缸体铰接处旋转而实现曲轴中心位置相对于缸体发生微小的移动，从而使发动机的上止点位置发生改变，因而实现压缩比随之变化。该可变压缩比发动机的压缩比是可控的，在不同工况下可以通过控制机构实现最能适合该工况的压缩比。
作为本发明的进一步改进，所述的控制机构包括控制电机、控制电机齿轮、偏心轴、滑块、偏心轴齿轮。所述的控制电机齿轮安装在滑块上，偏心轴齿轮安装在偏心轴一端正中心轴上，并与控制电机齿轮始终保证啮合。偏心轴另一端正中心轴上联接滑块；偏心轴的偏中心轴与所述支承臂的控制端铰接。
所述的控制机构是采用偏心原理，通过电机带动偏心轴旋转，使支承臂的控制端可上下运动，从而实现曲轴中心位置相对于缸体发生微小的移动实现发动机的压缩比变化。采取上述技术方案后，当需要改变压缩比时，通过操控电机带动偏心轴转动，改变曲轴中心与缸体的距离。从而在不同的工况下都能以最优的压缩比使发动机达到最优燃油经济性及动力性能。
以下将结合附图，对本发明的各较佳实施例进行较为详细的说明。
附图说明
图1是本发明构造示意图；
图2为图1中A向局部视图；
图3和图4是本发明构造原理图。示意发动机压缩比(活塞位置)变化。
图中：1、缸体，2、活塞，3、连杆，4、支承臂，5、偏心轴，6、滑块，7、电机齿轮，8、偏心轴齿轮，9、曲轴，10、输入齿轮，11、输出齿轮，12、动力输出轴，13、电机轴。
具体实施方式
如图1、2所示，一种可变压缩比发动机，包括缸盖和缸体1、曲轴箱和动力输出轴12。所述缸盖固定在缸体1的上面，所述曲轴箱与所述缸体1一体成型。在所述缸体1内活塞2通过连杆3与曲轴9连接。动力输出轴12安装在曲轴箱上，动力输出轴12和曲轴9的曲轴颈上分别有动力输出齿轮11和输入齿轮10。所述的动力输出齿轮11和输入齿轮10啮合。在所述的曲轴箱内还有一支承臂4，所述曲轴9安装在该支承臂4上，所述支承臂4的一端与缸体1铰接，铰接的铰轴为动力输出轴12，另一端为控制端，通过一个控制机构可使支承臂4绕动力输出轴12旋转。
如图1和图2所示，本实施例中所述的控制机构包括控制电机(图中未画出)、控制电机齿轮7、偏心轴5、滑块6、偏心轴齿轮8。控制电机安装在曲轴箱外，通过电机轴13将所述的控制电机齿轮7安装在滑块上。偏心轴齿轮8安装在偏心轴5一端正中心轴上，并与控制电机齿轮7始终保证啮合。偏心轴5另一端正中心轴上联接滑块6；偏心轴5的偏中心轴与所述支承臂4的控制端铰接。所述的控制电机安装在缸体外面。为永磁步进电机。当电机带动偏心轴5旋转到一定角度时，偏心轴5的偏中心轴带动支承臂4围绕支承臂4与发动机曲轴箱的铰接点移动一定距离，通过杠杆原理，在支承臂4中心处的曲轴9的中心也移动一定距离。本实施例中，偏心轴5的偏心量为2mm，即偏心轴的正中心轴与偏中心轴偏心量为2mm。通过杠杆支承机构，可以使曲轴9中心上下移动1mm，使压缩比在8∶1～20∶1之间变化，就是说，当偏心轴齿轮8旋转到偏心轴偏中心轴到下面最大行程时，曲轴9中心向下移动了1mm，曲轴9中心与汽缸1中心的距离增加了1mm，此时汽缸1上面燃烧室的容积增加了1mm×汽缸面积，压缩比为最小，本实施例中为8∶1。当偏心轴齿轮8旋转到偏心轴输出轴到上面最大行程时，曲轴9中心向上移动了1mm(相对上面例子中当偏心轴齿轮在下面最大行程时移动了2mm)，曲轴9中心与汽缸1中心的距离增加了1mm(相对上面例子中当偏心轴齿轮在下面最大行程时增加了2mm)，此时汽缸1上面燃烧室的容积减小了1mm×汽缸面积(相对上面例子中当偏心轴齿轮在下面最大行程时减小了2mm×汽缸面积)，压缩比为最大，即20∶1。
现有技术中由于曲轴9是固定在曲轴箱内，因此曲轴通过主轴颈伸出曲轴箱的曲轴前端就是发动机的输出轴。本实施例由于曲轴9中心要移动，其前端不能伸出曲轴箱直接作为输出轴，因此在曲轴箱内还需要设置动力输出轴12，输出轴安装在曲轴箱上，一端伸出曲轴箱，其上有一输出齿轮11，在曲轴9的曲轴颈上安装一动力输入齿轮10，动力输出齿轮11与输入齿轮10啮合。在实施例中，动力输出轴12还是支承臂4的铰接点。
本发明的工作过程如图1、图2、图3及图4所示，活塞2外圆柱面被套在缸体1的汽缸内，使活塞2只能在汽缸内沿其轴线上下运动，活塞2中的径向孔通过活塞销以销钉的方式与连杆3连接，使连杆3只能相对活塞2在一个平面上来回摆动，如在图1所示的平面上来回摆动。曲轴9的曲柄与连杆3以销钉方式铰接，使连杆3的摆动幅度只能是曲轴9的曲柄臂的长度，曲轴9与支承臂4铰接，可以在支承臂4上旋转。支承臂4的一端为支点通过固定轴(在本实施例中固定轴为动力输出轴12)与曲轴箱铰接，另一端为控制端，控制端通过偏心轴5与滑块6联接。偏心轴齿轮8固定在偏心轴5正中心轴上，与电机齿轮7相啮合。电机齿轮7在滑块6上，随滑块6同步移动。输入齿轮10固定在曲轴9上，其中心与曲轴9的旋转中心重合，同时与输出齿轮11相啮合。输出齿轮11的中心与输出轴12的中心重合，输出轴12联接在缸体上，用于动力输出。
如图3所示，此时发动机活塞正处于上止点位置，偏心轴5的偏中心轴偏向正下方，此时活塞2的上止点位置最低，发动机的燃烧室体积最大，即此刻发动机工作的压缩比最小。当需要调整压缩比时，控制电机逆时针旋转，其偏心轴的偏心中心逐步升高，从而带动支承臂4向上运动，于是曲轴9也同步向上运动，带动支承臂4的控制端以动力输出轴12为中心逆时针旋转，曲轴9的中心也同步旋转向上运动，于是曲轴9、连杆3及活塞2相对于缸体1整体向上移动。当偏心轴5转动到使其偏心轴9的偏中心轴位置移到正上方时，此时曲轴9、连杆3及活塞2相对于缸体1移动到最高点，因而活塞2的上止点也到了最高点，此时的燃烧室体积最小，故此刻发动机的压缩比最大。如图4所示，当需要降低压缩比时，则将电机反转，偏心轴5的偏心中心向下运动，即活塞2的上止点也同步向下移动，压缩比也就随之下降。当偏心轴5转动时，偏心轴5与动力输出轴12中心距离的变化，滑块6会同步左右滑动以补偿其距离的变动。另因压缩比在调节时曲轴9中心会变动，故增加了一对齿轮(输入齿轮10及输出齿轮11)转换输出。将轴心位置可变的曲轴中心输出转到中心位置不变输出轴12中心输出。
本实施例虽然是利用一个偏心轴的旋转带动支承臂上下移动，使发动机的曲轴中心到汽缸的距离发生变化，进而改变发动机燃烧室的容积，完成改变发动机的压缩比的任务，但是能够使本实施例中的支承臂上下运动的控制机构的结构不限如此，比如一个凸轮，在外力的作用下旋转，利用凸轮的外沿也可带动支承臂上下运动。

Claims (5)

1、一种可变压缩比发动机，包括缸盖、缸体(1)、动力输出轴(12)和曲轴箱，所述缸盖固定在缸体(1)的上面，所述曲轴箱与所述缸体(1)一体成型，在所述缸体(1)内活塞(2)通过连杆(3)与曲轴(9)联接，所述动力输出轴(12)安装在曲轴箱上，动力输出轴(12)上有动力输出齿轮(11)，曲轴(9)的曲轴颈上有输入齿轮(10)，所述的动力输出齿轮(11)和输入齿轮(10)啮合；其特征在于：在所述的曲轴箱内还设置支承臂(4)，所述曲轴(9)铰接在该支承臂(4)上；所述支承臂(4)的一端与曲轴箱铰接，铰接轴为动力输出轴(12)；所述支承臂(4)的另一端为控制端，所述的控制端联接可使支承臂(4)绕动力输出轴(12)旋转控制机构。
2、根据权利要求1所述的可变压缩比发动机，其特征在于：所述的控制机构包括控制电机、控制电机齿轮(7)、偏心轴(5)、滑块(6)、偏心轴齿轮(8)；所述的控制电机齿轮(7)安装在滑块(6)上；偏心轴齿轮(8)安装在偏心轴(5)一端正中心轴上，并与控制电机齿轮(7)始终保证啮合；偏心轴(5)另一端正中心轴上联接滑块(6)；偏心轴(5)的偏中心轴与所述支承臂(4)的控制端铰接。
3、根据权利要求2所述的可变压缩比发动机，其特征在于：所述的控制电机安装在缸体外面。
4、根据权利要求3所述的可变压缩比发动机，其特征在于：所述的控制电机为永磁步进电机。
5、根据权利要求2所述的可变压缩比发动机，其特征在于：所述的偏心轴(5)的偏心量为2mm。
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