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CN112145307A - 可变压缩比内燃机及其汽车 - Google Patents

可变压缩比内燃机及其汽车 Download PDF

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CN112145307A
CN112145307A CN202010918221.2A CN202010918221A CN112145307A CN 112145307 A CN112145307 A CN 112145307A CN 202010918221 A CN202010918221 A CN 202010918221A CN 112145307 A CN112145307 A CN 112145307A
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internal combustion
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李志敏
姚克甫
黄家贵
单文强
刘涛
钟俊夫
石黄涛
潘海杰
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Dongfeng Liuzhou Motor Co Ltd
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Dongfeng Liuzhou Motor Co Ltd
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    • F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/24—Cylinder heads
    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Abstract

本发明公开了一种可变压缩比内燃机及汽车，包括缸体、缸盖、活塞、活塞销、连杆、进气道、进气门、排气道和排气门；缸盖安装在缸体上，缸盖、缸体和活塞形成燃烧室；连杆的一端与活塞销转动连接，连杆的另一端与发动机的曲轴转动连接；进气道和排气道开设于缸盖上，进气门设于进气道上，排气门设于排气道上；其中，还包括调节气道和调节气门；调节气道设于缸盖上且与燃烧室相连通；调节气门设于调节气道与燃烧室的连接处，用于调节调节气道的开启程度。本发明解决现有内燃机无法连续调节压缩比的问题，并且其结构简单、可靠性高。

Description

可变压缩比内燃机及其汽车
技术领域
本发明涉及内燃机技术领域，特别是涉及一种可变压缩比内燃机及包括其的汽车。
背景技术
压缩比是内燃机最直观的参数之一，指的是混合气体被压缩的程度，可用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸总容积之比来表示，可作为选用汽油标号的重要参数。而一般内燃机的压缩比是不可改变的，因为燃烧室容积和气缸工作容积都是不变的参数，在生产设计的时候就已经固定下来了。
随着汽车产业的不断发展，为了使得内燃机发挥更好的效率和改善内燃机的性能，出现了VCR(中文全称：可变压缩比，英文全称：Variable compression ratio)，该项技术可解决爆震问题，并且可以在不同的应用场合采用不同的压缩比，如在低载荷时使用高压缩比来提高效率。
现有技术中的第一种技术方案：如图1所示，在内燃机缸盖2和缸体1之间设置相对位置调节机构3，在运转时，通过相对位置调节机构3调整缸体1和缸盖2之间的位置，从而改变燃烧室5的体积，达到改变内燃机的压缩比的目的。
现有技术中的第二种技术方案：如图2所示，在连杆4的小头端设置偏心机构7，在运转时，通过调节偏心机构7的位置状态，改变连杆4工作时实际的长度，从而改变燃烧室5的体积，达到改变内燃机的压缩比的目的。
现有技术中的第三种技术方案：如图3所示，在内燃机缸盖2上设置有副活塞8，副活塞8可以在缸盖2内做直线运动，通过控制副活塞8直线运动的规律，改变燃烧室5的容积，达到改变内燃机的压缩比的目的。
以上三种技术方案都存在不足之处：
1、三种技术方案都是通过调节机械结构相关件的尺寸或者相对位置来改变压缩比，其控制机构复杂；
2、通过调节机械结构相关件的尺寸不能保障能够连续调节压缩比，例如第二种技术方案无法做到连续调节压缩比，因此往往不能达到实际应用的需求；
3、三种技术方案的调节结构过于复杂，其调整压缩比的效果得不到保障，可靠性较低。
发明内容
本发明提供一种可变压缩比内燃机及其汽车，用于解决现有内燃机无法连续调节压缩比的问题，并且其结构简单、可靠性高。
为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种可变压缩比内燃机，包括缸体、缸盖、活塞、活塞销、连杆、进气道、进气门、排气道和排气门；缸盖安装在缸体上，缸盖、缸体和活塞形成燃烧室；连杆的一端与活塞销转动连接，连杆的另一端与发动机的曲轴转动连接；进气道和排气道开设于缸盖上，进气门设于进气道上，排气门设于排气道上；
其中，还包括调节气道和调节气门；调节气道设于缸盖上且与燃烧室相连通；调节气门设于调节气道与燃烧室的连接处，用于调节调节气道的开启程度。
优选地，进气道、排气道、调节气道独立设置，并通过燃烧室间接连通；进一步地，调节气道竖直设于缸盖上并位于燃烧室的中间位置，其一端与燃烧室连通，另一端与外界连通。
优选地，调节气道的一端与燃烧室连通，另一端连接至排气道上。进一步地，调节气道的一端垂直设于燃烧室的中间位置，另一端水平延伸至排气道以与排气道连接。
优选地，调节气道的一端与燃烧室连通，另一端连接至进气道上。进一步地，调节气道的一端垂直设于燃烧室的中间位置，另一端水平延伸至进气道以与进气道连接。
优选地，调节气门与内燃机配气机构连接。
本发明的另一目的还在于提供一种汽车，该汽车包括如上所述的可变压缩比内燃机。
实施本发明实施例的一种可变压缩比内燃机及其汽车，其有益效果在于：
本发明实施例的一种可变压缩比内燃机，包括缸体、缸盖、活塞、连杆、进气道、进气门、排气道和排气门；缸盖安装在缸体上，缸盖、缸体和活塞形成燃烧室；还包括调节气道和调节气门；调节气道设于缸盖上且与燃烧室相连通；调节气门设于调节气道与燃烧室的连接处，用于调节调节气道的开启程度；通过在缸盖上开设调节气道和设置调节气门，使得在工作的压缩进程中可以打开调节气门，从调节气道中排出一部分充量，从而改变充量被压缩前的体积，以此改变内燃机压缩比，具体方式为：通过改变调节气门的开启角度、开启持续角度、开启最大升程和关闭角度来调节内燃机的压缩比，实现了可连续地调节内燃机压缩比的目的，并且控制结构简单、调节可靠。
由此，本发明解决了现有内燃机无法连续调节压缩比的问题，并且其结构简单、可靠性高。
附图说明
图1是现有技术的第一种技术方案的结构示意图；
图2是现有技术的第二种技术方案的结构示意图；
图3是现有技术的第三种技术方案的结构示意图；
图4是本发明实施例一的一种可变压缩比内燃机的结构示意图；
图5是本发明实施例二的一种可变压缩比内燃机的结构示意图；
图6是本发明实施例三的一种可变压缩比内燃机的结构示意图；
图7是本发明实施例中的曲轴转角与调节气门升程的关系。
图中，
1、缸体，2、缸盖，
21、进气道，22、进气门，23、排气道，24、排气门，25、调节气道，26、调节气门，
3、活塞，4、连杆，5、燃烧室，6、相对位移调节机构，7、偏心机构，8、副活塞，9、活塞销。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
需要说明的是，本方案附图仅为原则性系统图，并没有全部表现出本发明的所有零部件，在本系统中增加零部件，其核心原理仍与本方案相同。
实施例一
结合图4所示，本发明实施例1优选的一种可变压缩比内燃机，其包括缸体1、缸盖2、活塞3、连杆4、活塞销9、进气道21、进气门22、排气道23和排气门24；缸盖2安装在缸体1上，缸盖2、缸体1和活塞3形成燃烧室5；连杆4的一端与活塞3通过活塞销9转动连接，连杆4的另一端与发动机的曲轴转动连接；进气道21和排气道23开设于缸盖上，进气门22设于进气道21上，排气门24设于排气道23上；
其中，还包括调节气道25和调节气门26；调节气道25设于缸盖2上且与燃烧室5相连通；调节气门26设于调节气道25与燃烧室5的连接处，用于调节调节气道25的开启程度。
基于以上技术方案：通过在缸盖2上开设调节气道25和设置调节气门26，使得在工作的压缩进程中可以打开调节气门26，从调节气道25中排出一部分充量，通过改变调节气门26的开启时间和开启升程从而改变充量被压缩前的体积，以此改变内燃机压缩比，具体方式为：通过改变调节气门26的开启角度、开启持续角度、开启最大升程和关闭角度来调节内燃机的压缩比，实现了可连续地调节内燃机压缩比的目的，并且控制结构简单、调节可靠。
优选地，进气道21、排气道23、调节气道25独立设置，并通过燃烧室5间接连通，使得三个气道之间的工作过程相互独立，结构设计简单；进一步地，调节气道25竖直设于缸盖2上并位于燃烧室5的中间位置，并且调节气道25的一端与燃烧室5连通，另一端与外界连通，有利于排出的充量直接排放出去。
优选地，调节气门26与内燃机配气机构(图中未示出)连接，使得可通过内燃机配气凸轮(图中未示出)来控制该调节气门26开启或关闭或者开启的程度，该控制结构简单且压缩比的调节可靠。
实施例二
结合图5所示，本发明实施例2优选的一种可变压缩比内燃机，其包括缸体1、缸盖2、活塞3、活塞销9、连杆4、进气道21、进气门22、排气道23和排气门24；缸盖2安装在缸体1上，缸盖2、缸体1和活塞3形成燃烧室5；连杆4的一端与活塞3通过活塞销9转动连接，连杆4的另一端与发动机的曲轴转动连接；进气道21和排气道23开设于缸盖上，进气门22设于进气道21上，排气门24设于排气道23上；
其中，还包括调节气道25和调节气门26；调节气道25设于缸盖2上且与燃烧室5相连通；调节气门26设于调节气道25与燃烧室5的连接处，用于调节调节气道25的开启程度。
基于以上技术方案：通过在缸盖2上开设调节气道25和设置调节气门26，使得在工作的压缩进程中可以打开调节气门26，从调节气道25中排出一部分充量，通过改变调节气门26的开启时间和开启升程从而改变充量被压缩前的体积，以此改变内燃机压缩比，具体方式为：通过改变调节气门26的开启角度、开启持续角度、开启最大升程和关闭角度来调节内燃机的压缩比，实现了可连续地调节内燃机压缩比的目的，并且控制结构简单、调节可靠。
优选地，调节气道25的一端与燃烧室5连通，另一端连接至排气道23上，进一步地，调节气道25的一端垂直设于燃烧室5的中间位置，另一端水平延伸至排气道23以与排气道23连接，通过设计调节气道25和排气道23相通的方式，使得内燃机的整体结构紧凑、简单，可减少内燃机上的气门数目。
优选地，调节气门26与内燃机配气凸轮(图中未示出)连接，使得可通过内燃机配气机构(图中未示出)来控制该调节气门26开启或关闭或者开启的程度，该控制结构简单且压缩比的调节可靠。
实施例三
结合图6所示，本发明实施例3优选的一种可变压缩比内燃机，其包括缸体1、缸盖2、活塞3、活塞销9、连杆4、进气道21、进气门22、排气道23和排气门24；缸盖2安装在缸体1上，缸盖2、缸体1和活塞3形成燃烧室5；连杆4的一端与活塞3通过活塞销9转动连接，连杆4的另一端与发动机的曲轴转动连接；进气道21和排气道23开设于缸盖上，进气门22设于进气道21上，排气门24设于排气道23上；
其中，还包括调节气道25和调节气门26；调节气道25设于缸盖2上且与燃烧室5相连通；调节气门26设于调节气道25与燃烧室5的连接处，用于调节调节气道25的开启程度。
基于以上技术方案：通过在缸盖2上开设调节气道25和设置调节气门26，使得在工作的压缩进程中可以打开调节气门26，从调节气道25中排出一部分充量，通过改变调节气门26的开启时间和开启升程从而改变充量被压缩前的体积，以此改变内燃机压缩比，具体方式为：通过改变调节气门26的开启角度、开启持续角度、开启最大升程和关闭角度来调节内燃机的压缩比，实现了可连续地调节内燃机压缩比的目的，并且控制结构简单、调节可靠。
优选地，调节气道25的一端与燃烧室5连通，另一端连接至进气道21上，进一步地，调节气道25的一端垂直设于燃烧室5的中间位置，另一端水平延伸至进气道21以与进气道21连接，通过设计调节气道25和进气道21相通的方式，使得内燃机的整体结构紧凑、简单，可减少内燃机上的气门数目，并且从调节气道25排出来的充量可通过进气道21进入到内燃机的下一个工作进程中，提高充量的利用率。
优选地，调节气门26与内燃机配气凸轮(图中未示出)连接，使得可通过内燃机配气凸轮(图中未示出)来控制该调节气门26开启或关闭或者开启的程度，该控制结构简单且压缩比的调节可靠。
此外，本发明实施例还提供了一种汽车，该汽车包括如上所述的可变压缩比内燃机。
综上，本发明提出了一种可变压缩比内燃机，通过在缸盖2上开设调节气道25和设置调节气门26，使得在工作的压缩进程中可以打开调节气门26，从调节气道25中排出一部分充量，通过改变调节气门26的开启时间和开启升程从而改变充量被压缩前的体积，以此改变内燃机压缩比，具体方式为：通过改变调节气门26的开启角度、开启持续角度、开启最大升程和关闭角度来调节内燃机的压缩比；实现了可连续地调节内燃机压缩比的目的；同时通过设置进气道21、排气道23、调节气道25的连通方式，使得内燃机的整体结构更为紧凑，而利用内燃机配气凸轮(图中未示出)控制调节气门26的方式使得控制结构简单且压缩比的调节可靠。
如图7所示，调节气门26的相关参数对压缩比的调整影响如下：其中，气门开启角指气门开始打开瞬间对应的曲轴转角，气门关闭角指气门完全关闭瞬间对应的曲轴转角。在气门开启角与气门关闭角之间，气门是处于开启的状态，其对应的曲轴转过的角度为气门持续角。气门升程指气门在某一曲轴转角时刻对应的位移，气门开启的最大位移称为最大气门升程。气门升程曲线指的是气门升程随着曲轴转角的变化而变化的曲线。气门升程曲线，包括：开启角、开启持续角、最大气门升程、关闭角等参数，这些参数可以在设计中确定，并在内燃机运转过程中进行调整。
理论上气门的升程曲线最好是矩形，即从开启时刻就达到最大升程，然后一直保持最大升程，到关闭时马上关闭，实际上气门开启关闭是要有一个缓冲渐变的过程的，类似于抛物线的形状气门升程曲线，气门升程曲线包含的面积除以矩形的面积就是丰满系数。丰满系数越大说明越接近矩形。
(1)开启持续角：在开启角、最大气门升程、丰满系数一致的情况下，开启持续角越大，排出的冲量越多，实际压缩比越小，反之越大。
(2)最大气门升程：在开启角、关闭角、丰满系数一致的情况下，最大气门升程越大，排出的冲量越多，实际压缩比越小，反之越大。
(3)开启角：在气门升程曲线一致的条件下，开启角越晚，排出的冲量越多，实际压缩比越小，反之越大。
(4)关闭角：在气门升程曲线一致的条件下，关闭角越晚，排出的冲量越多，实际压缩比越小，反之越大。
(5)丰满系数：在开启角、关闭角、最大气门升程一致的条件下，丰满系数越大，能够排除的冲量越多，实际压缩比越小，反之越大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种可变压缩比内燃机，包括缸体、缸盖、活塞、活塞销、连杆、进气道、进气门、排气道和排气门；所述缸盖安装在所述缸体上，所述缸盖、缸体和活塞形成燃烧室；所述连杆的一端与所述活塞销转动连接，所述连杆的另一端与发动机的曲轴转动连接；所述进气道和所述排气道开设于所述缸盖上，所述进气门设于所述进气道上，所述排气门设于所述排气道上；
其特征在于，还包括调节气道和调节气门；
所述调节气道设于所述缸盖上且与所述燃烧室相连通；
所述调节气门设于所述调节气道与所述燃烧室的连接处，用于调节所述调节气道的开启程度。
2.如权利要求1所述的可变压缩比内燃机，其特征在于，所述进气道、排气道、调节气道独立设置，并通过所述燃烧室间接连通。
3.如权利要求2所述的可变压缩比内燃机，其特征在于，所述调节气道竖直设于所述缸盖上并位于所述燃烧室的中间位置，其一端与所述燃烧室连通，另一端与外界连通。
4.如权利要求1所述的可变压缩比内燃机，其特征在于，所述调节气道的一端与所述燃烧室连通，另一端连接至所述排气道上。
5.如权利要求4所述的可变压缩比内燃机，其特征在于，所述调节气道的一端垂直设于所述燃烧室的中间位置，另一端水平延伸至所述排气道以与所述排气道连接。
6.如权利要求1所述的可变压缩比内燃机，其特征在于，所述调节气道的一端与所述燃烧室连通，另一端连接至所述进气道上。
7.如权利要求6所述的可变压缩比内燃机，其特征在于，所述调节气道的一端垂直设于所述燃烧室的中间位置，另一端水平延伸至所述进气道以与所述进气道连接。
8.如权利要求1所述的可变压缩比内燃机，其特征在于，所述调节气门与内燃机配气机构连接。
9.一种汽车，其特征在于，包括根据权利要求1-8任一项所述的可变压缩比内燃机。
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