CN101701548B - 压缩比可调发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种压缩比可调发动机，包括有气缸、位于气缸内的活塞、以及上端头与活塞销铰接下端头与偏心销铰接的上连杆，所述的偏心销与固接有一个或两个辅助驱动轮的第一销一体形成，所述的辅助驱动轮与第一销同轴，还设置有摆杆，所述的摆杆的一端铰接在第一销上，另一端被支撑在发动机缸体上的第二销上并同轴连接有与辅助驱动轮平行且受控转动的一个或两个主动驱动轮；所述的主动驱动轮带动辅助驱动轮转动；所述的摆杆的中部设置有铰接点并铰接有与曲柄相连的下连杆。本发明发动机整机高度小，曲轴刚度好、寿命长，成本低，动力学特性好，压缩比调节简便，输出的低速转矩大、功率高，燃料消耗量和排放污染少。

Description

压缩比可调发动机

技术领域

本发明涉及一种发动机。特别是涉及一种可以保持传统发动机的高度和具有曲轴刚度特性更好的压缩比可调发动机。

背景技术

传统往复活塞式内燃机由于曲柄连杆机构的结构限制，压缩比不可调节，因此限制了其性能的提高。随着技术进步先后出现了申请号为EP-0292603，如图1的压缩比可调式内燃机，以及申请号为2007100567958，如图2所示的压缩比可调式内燃机。

其中申请号为2007100567958所公开的压缩比可调式内燃机的发动机活塞，是通过上下连杆和摆杆与曲柄连接，构成曲轴中心线与气缸中心线可具有偏心的内燃机。具体的构成是：连接活塞的上连杆的下端头与连接曲柄的下连杆的上端头通过一设有辅助驱动轮的偏心销铰接直接传递动力，该铰接销上还连接一摆杆，直接支撑在缸体上的摆杆另一端处设有可受控转动的主动驱动轮；曲轴中心线可与气缸中心线具有偏心。该机构的主要优点在于不用像已有报道的三连杆内燃机通过改变所加摆杆的支撑点位置来改变压缩比，因为那样会使机构动力学特性变坏，取而代之它是将摆杆的支撑点固定靠所布置的传动机构改变上连杆的长度从而改变压缩比。但其不足之处，首先在于该机构由于使用上下连杆和摆杆的结构，受机体结构以及曲柄滑块机构传动条件限制，下连杆不可能太短，所以不得不增加发动机的高度，这使发动机重量和尺寸明显加大、成本提高；其次，由于发动机曲轴布置在气缸中心线附近，使得曲柄长度大，刚性差；这些因素大大限制了其实际应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够使发动机曲柄长度大幅减小，并在其刚度增大的同时使发动机整体高度可以大幅度减小，发动机成本明显减小的压缩比可调发动机。

本发明所采用的技术方案是：一种压缩比可调发动机，包括有气缸、位于气缸内的活塞、以及上端头与活塞销铰接下端头与偏心销铰接的上连杆，所述的偏心销与固接有一个或两个辅助驱动轮的第一销一体形成，所述的辅助驱动轮与第一销同轴，还设置有摆杆，所述的摆杆的一端铰接在第一销上，另一端被支撑在发动机缸体上的第二销上并同轴连接有与辅助驱动轮平行且受控转动的一个或两个主动驱动轮；所述的主动驱动轮带动辅助驱动轮转动；所述的摆杆的中部设置有铰接点并铰接有与曲柄相连的下连杆。

在活塞处于上止点位置时所述的曲柄所连接的曲轴的轴心线的垂线与摆杆的铰接点的垂线偏心地设置。

所述的摆杆的中部铰接点的位置是在以摆杆的中点为对称正负1/4摆杆长度的范围内。

所述的曲轴的设置位置是，使通过该曲轴轴心线的垂线与在活塞处于上止点位置时摆杆的中点垂线具有偏心值e为：小于或等于正负1/2的气缸的中心轴线距摆杆支撑点之间的距离而设置。

所述的主动驱动轮与辅助驱动轮之间通过齿轮系驱动或通过链条、摩擦轮、皮带方式驱动。

所述的摆杆两端设置的具有相转动配合的辅助驱动轮和主动驱动轮，当辅助驱动轮和主动驱动轮各设置一个时均设置在摆杆的同侧；当辅助驱动轮和主动驱动轮各设置两个时，其中的一组辅助驱动轮和主动驱动轮与另一组辅助驱动轮和主动驱动轮对称地设置在摆杆的两侧。

所述的偏心销的轴线与第一销的轴线之间的距离，使发动机压缩比的最大调整范围在6到23之间。

其特征在于，所述的主动驱动轮由电控涡轮蜗杆机构或齿轮机构驱动。

本发明的压缩比可调发动机具有如下的特点：发动机整机高度小，曲轴刚度好、寿命长，成本低，动力学特性好，压缩比调节简便，输出的低速转矩大、功率高，燃料消耗量和排放污染少。车用机常用工况的经济性和动力性好。与点火或喷油提前角调节、EGR、HCCI、增压以及其他可变技术等相结合，既可降低排放又可保持良好的经济性、动力性和较高的升功率并缩小排量。在本发明基础上可应用现有的任何内燃机先进技术。

附图说明

图1是现有技术的压缩比可调式内燃机结构示意图；

图2是另一现有技术的压缩比可调式内燃机结构示意图；

图3是本发明的压缩比可调发动机结构示意图。

其中：

1：活塞                              2：上连杆

3：活塞销                            4：摆杆

5.下连杆                             6：曲柄

7：偏心销                            8：第一销

9：辅助驱动轮                        10：缸体销

11：主动驱动轮                       12：铰接点

13：曲柄销                           14：曲轴

15：曲柄销与曲轴主轴承销重叠部分     16：气缸

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的压缩比可调发动机做出详细说明。

本发明的压缩比可调发动机是在申请号为2007100567958所公开的技术基础上进行的改进，提供一种既可保留上述机构的优点又能规避其缺点的压缩比可调式发动机。该发动机可以保持传统发动机的高度和比传统曲轴更好的刚度特性和与传统发动机接近的动力学特性的一种新型压缩比可调发动机。本发明除同样具有可随工况变化调节压缩比，从而可提高发动机循环热效率，与增压等其他技术相结合，还可明显改善发动机燃油经济性，提高动力性能，缩小排量，降低排气污染。在发动机曲柄长度可以大幅减小，而曲轴刚度增大的同时使发动机整体高度可以大幅度减小，发动机成本明显降低。

为达到上述目的，本发明是通过下述技术加以实现的。主要包括直列式和V型内燃机，至少一个气缸、气缸内的活塞，活塞通过上连杆、摆杆和下连杆与曲柄连接，构成内燃机。

本发明的压缩比可调发动机，主要是指直列式和V型内燃机，至少有一个气缸。如图3所示，包括有气缸16、位于气缸16内的活塞1、以及上端头与活塞销3铰接下端头与偏心销7铰接的上连杆2，所述的偏心销7与固接有一个或两个辅助驱动轮9的第一销8一体形成，所述的辅助驱动轮9与第一销8同轴，还设置有摆杆4，所述的摆杆4的一端铰接在第一销8上，另一端被支撑在发动机缸体上的缸体销10上并同轴连接有与辅助驱动轮9平行且受控转动的一个或两个主动驱动轮11；所述的主动驱动轮11带动辅助驱动轮9转动；所述的摆杆4的中部设置有铰接点12并铰接有与曲柄6相连的下连杆5。

所述的主动驱动轮11与辅助驱动轮8之间通过齿轮系驱动或通过链条、摩擦轮、皮带方式驱动。

所述的主动驱动轮11根据发动机工况信息由电控涡轮蜗杆机构或齿轮机构驱动。

本发明的压缩比可调发动机各部件的设置条件是：

在活塞1处于上止点位置时所述的曲柄6所连接的曲轴14的轴心线的垂线与摆杆4的铰接点12的垂线偏心地设置。

所述的摆杆4的中部铰接点12的位置是在以摆杆4的中点为对称正负1/4摆杆长度的范围内。

所述的曲轴14的设置位置是，使通过该曲轴14轴心线的垂线与在活塞1处于上止点位置时摆杆4的中点垂线具有偏心值e为：小于或等于正负1/2的气缸6的中心轴线距摆杆4支撑点之间的距离而设置。

所述的摆杆4两端设置的具有相转动配合的辅助驱动轮9和主动驱动轮11，当辅助驱动轮9和主动驱动轮11各设置一个时均设置在摆杆的同侧；当辅助驱动轮9和主动驱动轮11各设置两个时，其中的一组辅助驱动轮9和主动驱动轮11与另一组辅助驱动轮9和主动驱动轮11对称地设置在摆杆的两侧。

所述的偏心销7的轴线与第一销的轴线之间的距离，使发动机压缩比的最大调整范围在6到23之间。

对照图3进行分析，本发明与对比发动机的明显区别在于：

连接活塞的上连杆2下端头与连接曲柄6的下连杆5的上端头通过带偏心销7的第一销8将活塞动力先传给摆杆4的一端，然后再经起杠杆作用、一端支撑在缸体上的摆杆通过在其中部设置的下连杆铰接点，将作用力加大然后再传给与气缸中心可具有偏心设置的曲轴而传递动力。在摆杆4缸体销10上布置的可受控旋转的主动驱动轮11可通过链条、齿轮等机械传动部件驱动与其平行设置在摆杆另一端头的与第一销8固接并可带动偏心销旋转的辅助驱动轮。一般情况下，当曲柄旋转时，上连杆2和下连杆5受摆杆4控制，使发动机运转；当需要调整压缩比时，可以由常规的控制机构，如涡轮蜗杆或齿轮系等控制机构根据工况信息通过调控主动驱动轮的转动使装置在第一销8上的辅助驱动轮转动，从而带动偏心销7转动，使活塞位置发生变化改变发动机的压缩比。

经上述改进后的发动机，结合附图进行说明有以下优点：

经上述改进后的发动机，如图3所示，由于下连杆在摆杆上的位置，从摆杆的上连杆端头改为摆杆的中部，首先保持了原有机构的优点，譬如简便的压缩比调节带来的好处：活塞在上止点时的位置可通过上连杆2和摆杆4相互连接的端头处所设置的第一销上一体设置的偏心销7的位置所控制，而且与第一销固接的辅助驱动轮9，同样可由与缸体销10同轴铰接在缸体上的主动驱动轮11所控制。因此在活塞运动过程中，不需要改变压缩比时，主动驱动轮的位置不变，这时偏心销位置不变，保证了活塞在上止点时的位置不变从而确保了发动机在保持一个恒定的压缩比下稳定运转。当需要改变发动机压缩比情况下，可由控制机构根据发动机工况需要对受控的主动驱动轮11实施转动，并同时也使受控的辅助驱动轮9转动，改变了与其固接的第一销的位置使偏心销7的旋转，从而使活塞上止点的位置发生变化并改变了发动机的压缩比。这样就可做到根据发动机工况的需要调节发动机的压缩比，从而确保发动机经常在较高的循环热效率下工作，大大提高燃油效率和动力性又兼顾具有较低的排放污染。此外由于压缩比的提高，使热功转换效率提高，同样的燃料消耗下可做更多的功。因此提高发动机的压缩比会同时改善发动机的动力性能，在输出同样动力情况下，可以减小发动机的排量，进一步降低发动机机械损失，提高发动机的升功率。

除此之外，由于下连杆在摆杆上的位置变化，使得原有技术中只起摆动作用的摆杆，成了名副其实的杠杆，它带来了以下优点：其一，由于下连杆与摆杆铰接点12的位置可以在以摆杆4的中点为对称正负1/4摆杆长度的范围内变化，一方面使活塞的位移随该铰接点12的位置而变化；另一方面下连杆驱动曲轴做功的驱动力将增加；其二，由于下连杆驱动力增加，如果保持同样的输出力矩，就可以把曲柄6的长度同比例缩小，这样既可以减轻曲柄的旋转质量，又可使发动机高度大大降低，整机质量减小，发动机成本下降；其三，由于曲轴14的设置位置是，使通过该曲轴14轴心线的垂线与在活塞1处于上止点位置时摆杆4的中点垂线具有偏心值e，所以与在活塞在上止点位置时摆杆的下连杆铰接点正心布置曲轴的情况相比，下连杆的长度可以增大，从机械原理上讲，对改善发动机曲柄动力学特性有利；其四，由于摆杆支撑点移向摆杆中部使曲柄长度大大缩短，附图3中曲柄销13与曲轴主轴承销14重叠部分15明显加大，这就使曲轴刚度大大增强，有可能使用较宽而直径较小的曲柄销，既减轻惯性质量又有利于尽可能满足曲轴的轻量化、小惯量、高速化、长寿命设计的宗旨，有利于延长其使用寿命。

综上所述，本发明提供的一种压缩比可调发动机有如下主要优点：

发动机整机高度小，曲轴刚度好、寿命长，成本低，动力学特性好，压缩比调节简便、输出的低速转矩大、功率高，燃料消耗量和排放污染少。车用机常用工况的经济性和动力性好。与点火或喷油提前角调节、EGR、HCCI、增压以及其他可变技术等相结合，既可降低排放又可保持良好的经济性、动力性和较高的升功率并缩小排量。在本发明基础上可应用现有的任何内燃机先进技术。

Claims (5)

1.一种压缩比可调发动机，包括有气缸(16)、位于气缸(16)内的活塞(1)、以及上端头与活塞销(3)铰接下端头与偏心销(7)铰接的上连杆(2)，所述的偏心销(7)与固接有一个或两个辅助驱动轮(9)的第一销(8)一体形成，所述的辅助驱动轮(9)与第一销(8)同轴，还设置有摆杆(4)，所述的摆杆(4)的一端铰接在第一销(8)上，另一端被支撑在发动机缸体上的第二销(10)上并同轴连接有与辅助驱动轮(9)平行且受控转动的一个或两个主动驱动轮(11)；所述的主动驱动轮(11)带动辅助驱动轮(9)转动；其特征在于，所述的摆杆(4)的中部设置有铰接点(12)并铰接有与曲柄(6)相连的下连杆(5)，在活塞(1)处于上止点位置时所述的曲柄(6)所连接的曲轴(14)的轴心线的垂线与摆杆(4)的铰接点(12)的垂线偏心地设置，所述的摆杆(4)的中部铰接点(12)的位置是在以摆杆(4)的中点为对称正负1/4摆杆长度的范围内，所述的曲轴(14)的设置位置是，使通过该曲轴(14)轴心线的垂线与在活塞(1)处于上止点位置时摆杆(4)的中点垂线具有偏心值e为：小于或等于正负1/2的气缸(6)的中心轴线距摆杆(4)支撑点之间的距离而设置。

2.根据权利要求1所述的压缩比可调发动机，其特征在于，所述的主动驱动轮(11)与辅助驱动轮(9)之间通过齿轮系驱动或通过链条、摩擦轮、皮带方式驱动。

3.根据权利要求1所述的压缩比可调发动机，其特征在于，所述的摆杆(4)两端设置的具有相转动配合的辅助驱动轮(9)和主动驱动轮(11)，当辅助驱动轮(9)和主动驱动轮(11)各设置一个时均设置在摆杆的同侧；当辅助驱动轮(9)和主动驱动轮(11)各设置两个时，其中的一组辅助驱动轮(9)和主动驱动轮(11)与另一组辅助驱动轮(9)和主动驱动轮(11)对称地设置在摆杆的两侧。

4.根据权利要求1所述的压缩比可调发动机，其特征在于，所述的偏心销(7)的轴线与第一销的轴线之间的距离，使发动机压缩比的最大调整范围在6到23之间。

5.根据权利要求1所述的压缩比可调发动机，其特征在于，所述的主动驱动轮(11)由电控涡轮蜗杆机构或齿轮机构驱动。

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