CN112963243A - 一种发动机可变压缩比机构及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机可变压缩比机构及控制方法，涉及汽车发动机技术领域。该机构包括：连杆，其第一端设有圆形孔；偏心活塞销组件，为偏心结构，其可转动地插接于圆形孔内，沿偏心活塞销组件的周向，偏心活塞销组件上设有多个锁止孔，偏心活塞销组件与气缸活塞连接；弹性锁止组件，设于连杆上且能相对于偏心活塞销组件的径向移动，当发动机转速低于额定转速时，气缸活塞的加速度小于临界加速度，弹性锁止组件插接于锁止孔内以将连杆和偏心活塞销组件锁定；当发动机的转速增大到大于额定转速时，气缸活塞的加速度大于临界加速度，弹性锁止组件从锁止孔中脱出，连杆和偏心活塞销组件相对转动。本发明结构简单、经济成本低、应用范围广。

Description

一种发动机可变压缩比机构及控制方法

技术领域

本发明涉及汽车发动机技术领域，尤其涉及一种发动机可变压缩比机构及控制方法。

背景技术

发动机的压缩比是指发动机混合气体被压缩的程度，具体来说，可以用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积之比来表示，可变压缩比技术可提高发动机的工作效率，降低油耗和排放。

现有的可变压缩比机构主要有以下三种方式：第一种，通过支持活塞调整连杆小头偏心轮的旋转，从而调整连杆长度，实现发动机压缩比的变化。其中支持活塞的运动主要靠发动机爆发压力、惯性力及液压腔的单向阀液压保持来实现的。第二种，通过连杆大头轴瓦的偏心来实现压缩比的变化，压缩比切换是通过停机换上下轴瓦的形式实现。第三种，通过改变机油泵油压，控制锁销位移，在有油压时，锁销锁死，在油压为零时，偏心轴瓦和连杆脱离，使得偏心轴瓦旋转，从而使得连杆长度变化，实现可变压缩比。但第一种方式结构复杂，增加了可靠性风险；连杆小头尺寸大，使得活塞设计必须避开支撑杆摇臂，使得活塞的设计困难；成本高。第二种方式通过拆机实现压缩比切换，实用性较低。第三种方式控制不稳定，连杆在曲轴上的旋转转速达到一分钟几百到几千转，光靠油压差，不能稳定地控制锁销进入连杆阶梯孔。

基于此，亟需一种发动机可变压缩比机构及控制方法，用以解决如上提到的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发动机可变压缩比机构及控制方法，结构简单，减少了零件设置及油路供应成本，同时，本机构在切换压缩比时不需要拆机，扩大了应用范围。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种发动机可变压缩比机构，包括：

连杆，所述连杆的第一端设有圆形孔；

偏心活塞销组件，为偏心结构，所述偏心活塞销组件可转动地插接于所述圆形孔内，沿所述偏心活塞销组件的周向，所述偏心活塞销组件上设有多个锁止孔，所述偏心活塞销组件与气缸活塞连接；

弹性锁止组件，设置于所述连杆上且能够相对于所述偏心活塞销组件的径向移动，当发动机转速低于额定转速时，所述气缸活塞的加速度小于临界加速度，所述弹性锁止组件插接于所述锁止孔内以将所述连杆和所述偏心活塞销组件锁定；

当所述发动机的转速增大到大于所述额定转速时，所述气缸活塞的加速度大于临界加速度，所述弹性锁止组件从所述锁止孔中脱出，所述连杆和所述偏心活塞销组件发生相对转动。

可选地，所述弹性锁止组件包括锁止销和弹性件，所述锁止销能够沿所述偏心活塞销组件的径向移动并插接于所述锁止孔内，所述弹性件设置于所述连杆上且所述弹性件与所述锁止销连接。

可选地，所述连杆上设有限位导向孔，所述限位导向孔与所述圆形孔连通，所述锁止销和所述弹性件均设置于所述限位导向孔内，且所述锁止销能够伸出所述限位导向孔插接于所述锁止孔内。

可选地，所述弹性锁止组件还包括衬垫，所述衬垫设于所述限位导向孔内，且所述弹性件抵接设置于所述衬垫与所述锁止销之间。

可选地，所述连杆上还设有泄油孔，所述泄油孔与所述限位导向孔连通以将所述限位导向孔内的油排出。

可选地，所述偏心活塞销组件包括活塞销和偏心轴环，所述活塞销插接于所述圆形孔内并与所述气缸活塞连接，所述偏心轴环呈偏心结构并套设于所述活塞销与所述连杆之间，所述锁止孔开设于所述偏心轴环上。

可选地，多个所述锁止孔沿所述偏心轴环的周向等间隔设置。

可选地，所述发动机可变压缩比机构还包括连杆套，所述连杆套与所述连杆的第二端可拆卸连接形成安装孔，曲轴插装于所述安装孔内。

可选地，所述发动机可变压缩比机构还包括连杆螺栓，所述连杆螺栓与所述连杆套和所述连杆均固定连接。

本发明还提供了一种发动机可变压缩比机构的控制方法，采用如上所述的可变压缩比机构，所述控制方法包括如下步骤：

增大发动机转速到大于额定转速，使气缸活塞的加速度大于临界加速度，弹性锁止组件从锁止孔中脱出，连杆和偏心活塞销组件发生相对转动；

判定所述发动机是否达到目标压缩比；

当达到所述目标压缩比时，降低所述发动机转速至所述额定转速以下，使所述气缸活塞的加速度小于临界加速，所述弹性锁止组件在自身弹力下再次插接于所述锁止孔中将所述连杆和所述偏心活塞销组件锁定；

当未达到所述目标压缩比时，保持所述发动机转速，使所述连杆和所述偏心活塞销组件继续相对转动直至所述发动机达到所述目标压缩比，降低所述发动机转速至所述额定转速以下。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种发动机可变压缩比机构及控制方法，当需要调节发动机的压缩比时，增大发动机的转速到大于额定转速，使气缸活塞的加速度大于临界加速度，弹性锁止组件从锁止孔中脱出，连杆和偏心活塞销组件发生相对转动，当发动机达到目标压缩比时，降低发动机转速至额定转速以下，使气缸活塞的加速度小于临界加速度，弹性锁止组件在自身弹力下插接于锁止孔内以将连杆和偏心活塞销组件锁定，从而实现发动机压缩比的切换。

整体而言，该发动机可变压缩比机构结构简单，零部件设置少，无需借用油液进行控制，减少了油路供应成本，同时，本机构在切换压缩比时不需要拆机，扩大了应用范围。

附图说明

图1是本发明实施例提供的发动机可变压缩比机构的部分结构示意图一；

图2是本发明实施例提供的发动机可变压缩比机构的部分结构示意图二；

图3是本发明实施例提供的发动机可变压缩比机构中的偏心轴环的结构示意图。

图中：

1、连杆；11、圆形孔；12、安装孔；13、限位导向孔；14、泄油孔；

2、偏心活塞销组件；21、活塞销；22、偏心轴环；221、锁止孔；

3、弹性锁止组件；31、锁止销；32、弹性件；33、衬垫；

4、连杆套；

5、连杆螺栓。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明实施例提供了一种发动机可变压缩比机构，如图1-图3所示，该发动机可变压缩比机构包括连杆1、偏心活塞销组件2和弹性锁止组件3，连杆1与偏心活塞销组件2和弹性锁止组件3均连接。可选地，连杆1的第一端设有圆形孔11。偏心活塞销组件2为偏心结构，偏心活塞销组件2可转动地插接于圆形孔11内，沿偏心活塞销组件2的周向，偏心活塞销组件2上设有多个锁止孔221，偏心活塞销组件2与气缸活塞连接。弹性锁止组件3设置于连杆1上且能够相对于偏心活塞销组件2的径向移动。

当发动机转速低于额定转速时，气缸活塞的加速度小于临界加速度，弹性锁止组件3插接于锁止孔221内以将连杆1和偏心活塞销组件2锁定；当发动机的转速增大到大于额定转速时，气缸活塞的加速度大于临界加速度，弹性锁止组件3从锁止孔221中脱出，连杆1和偏心活塞销组件2发生相对转动。

当需要调节发动机的压缩比时，增大发动机的转速到大于额定转速，使气缸活塞的加速度大于临界加速度，弹性锁止组件3从锁止孔221中脱出，连杆1和偏心活塞销组件2发生相对转动，当发动机达到目标压缩比时，降低发动机转速至额定转速以下，使气缸活塞的加速度小于临界加速度，弹性锁止组件3在自身弹力下插接于锁止孔221内以将连杆1和偏心活塞销组件2锁定，从而实现发动机压缩比的切换。

整体看来，该发动机可变压缩比机构结构简单，零部件设置少，无需借用油液进行控制，减少了油路供应成本，同时，本机构在切换压缩比时不需要拆机，扩大了应用范围。

于本实施例中，连杆1用于连接气缸活塞和曲轴，连杆1随曲轴的转动同步运动，从而带动气缸活塞往复运动，由于连杆1与气缸活塞和曲轴的配合关系为现有技术，此处不再赘述。进一步地，连杆1上设有限位导向孔13，限位导向孔13与圆形孔11连通以对弹性锁止组件3的运动导向。连杆1上还设有泄油孔14，泄油孔14与限位导向孔13连通以将限位导向孔13内的油排出，避免限位导向孔13内储油而妨碍弹性锁止组件3的运动。本实施例中，泄油孔14与限位导向孔13的底部连通以便于将限位导向孔13内的油排尽。

上述发动机可变压缩比机构还包括连杆套4，连杆套4与连杆1的第二端可拆卸连接形成安装孔12，曲轴插装于安装孔12内以实现连杆1与曲轴的连接。进一步地，发动机可变压缩比机构还包括连杆螺栓5，连杆螺栓5与连杆套4和连杆1均固定连接。具体地，连杆螺栓5穿设连杆套4螺纹固定于连杆1上，从而实现连杆1与曲轴的可拆卸连接，拆装便捷。需说明的是，本实施例中的连杆1的第一端指的是连杆1的小头端，连杆1的第二端指的是连杆1的大头端。

进一步地，偏心活塞销组件2包括活塞销21和偏心轴环22，活塞销21插接于圆形孔11内并与气缸活塞连接，偏心轴环22呈偏心结构并套设于活塞销21与连杆1之间，锁止孔221开设于偏心轴环22上。安装时，先将偏心轴环22套设于活塞销21上，再将偏心轴环22与活塞销21整体插装于圆形孔11，提高装配效率。于本实施例中，活塞销21和偏心轴环22之间采用过盈装配，以使活塞销21和偏心轴环22同步运动。在其他实施例中，活塞销21和偏心轴环22间也可以采用间隙装配，两者可以相对滑动，采用机油润滑。

可选地，偏心轴环22为一侧较薄、另一侧较厚的圆环，多个锁止孔221沿偏心轴环22的周向等间隔设置。本实施例中，锁止孔221设有六个，从而实现发动机压缩比的多级切换，在其他实施例中，锁止孔221的数量可根据需要设置，不以本实施例为限。

如图3所示，本实施例中的偏心轴环22的偏心量为L，偏心量L标定了连杆1长度的调节范围，即连杆1的有效长度能最多延长L，连杆1的有效长度能最大缩短L，L的具体取值可根据需要设置，本实施例不做具体限制。

于本实施例中，弹性锁止组件3包括锁止销31和弹性件32，锁止销31能够沿偏心活塞销组件2的径向移动并插接于锁止孔221内，弹性件32设置于连杆1上且弹性件32与锁止销31连接。具体地，原始状态时(发动机的转速小于额定转速)，锁止销31在弹性件32的弹力下插接于锁止孔221内对连杆1和偏心轴环22进行锁定，当需要调节发动机的压缩比时，增大发动机的转速到大于额定转速，气缸活塞的加速度大于临界加速度时，气缸活塞作用在锁止销31上的惯性力克服弹性件32弹力使锁止销31远离偏心轴环22运动，从而使锁止销31脱出锁止孔221，连杆1和偏心轴环22发生相对转动，从而实现发动机压缩比的切换。

本实施例中，锁止销31设有一个，通过连杆1与偏心轴环22的相对转动锁止销31能够插接于不同的锁止孔221内，从而在发动机压缩比切换后对连杆1与偏心轴环22进行锁定，确保结构的稳定性。当然，在其他实施例中，锁止销31也可设为多个(少于锁止孔221的数量)，通过多个锁止销31分别同时插接至多个锁止孔221或其中一个锁止销31插接至其中一个锁止孔221即完成连杆1与偏心轴环22的锁定。

如图2所示，弹性件32为弹簧，锁止销31和弹性件32均设置于限位导向孔13内，且锁止销31能够伸出限位导向孔13插接于锁止孔221内，以对锁止销31及弹性件32的运动进行导向，提高运动的准确性。

进一步地，弹性锁止组件3还包括衬垫33，衬垫33设于限位导向孔13内，且弹性件32抵接设置于衬垫33与锁止销31之间以减少弹性件32的磨损，延长其使用寿命。

本发明还提供了一种发动机可变压缩比机构的控制方法，采用如上所述的可变压缩比机构，该控制方法包括如下步骤：

增大发动机转速到大于额定转速，使气缸活塞的加速度大于临界加速度，弹性锁止组件3从锁止孔221中脱出，连杆1和偏心活塞销组件2发生相对转动；

判定发动机是否达到目标压缩比；

当达到目标压缩比时，降低发动机转速至额定转速以下，使气缸活塞的加速度小于临界加速，弹性锁止组件3在自身弹力下再次插接于锁止孔221中将连杆1和偏心活塞销组件2锁定；

当未达到目标压缩比时，保持发动机转速，使连杆1和偏心活塞销组件2继续相对转动直至发动机达到目标压缩比，降低发动机转速至额定转速以下。

该控制方法能够实现对发动机压缩比的切换，整体看来，操作简单，零部件设置少，无需借用油液进行控制，减少油路供应成本，同时，本机构在切换压缩比时不需要拆机，扩大了应用范围。

可选地，随着发动机转速的提高，曲轴的转速也相应提高，设发动机的转速为ω，气缸活塞的加速度为α，α沿气缸轴线靠近气缸运动的方向为正值，远离气缸运动的方向为负值，则气缸活塞的加速度α的计算公式如下：

其中：r为曲轴半径；A为曲轴转过的角度；l为连杆1的长度。

可知，气缸活塞的加速度α随时间的变化曲线图类似正弦函数图，当气缸活塞的加速度α的正值大于临界加速度时，作用在锁止销31上的惯性力克服弹性件32的回位弹簧力运动，从而使锁止销31从锁止孔221内脱出，使得偏心轴环22与连杆1解耦，两者发生相对滑动，从而实现发动机压缩比的切换。

进一步地，在发动机曲轴转过A角，连杆1相对活塞销21转动，设转过角度为β，则：

通过上述公式可得出连杆1相对气缸活塞(即偏心轴环22)转过的角度β的值，随着曲轴的转动，连杆1也相对偏心轴环22发生转动，以对连杆1的长度实现调节，从而实现发动机压缩比的切换，当切换到目标压缩比后，降低发动机转速ω至额定转速以下，使锁止销31和偏心轴环22重新耦合实现锁定。当然，β还与偏心轴环22、连杆1之间的摩擦系数，活塞销21和气缸活塞之间的摩擦系数有关，此处不考虑摩擦因素。

综上，本发明实施例提供的一种发动机可变压缩比机构及控制方法，能够实现发动机压缩比的切换，整体看来，该发动机可变压缩比机构结构简单，零部件设置少，无需借用油液进行控制，减少了油路供应成本，同时，本机构在切换压缩比时不需要拆机，扩大了应用范围。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机可变压缩比机构，其特征在于，包括：

连杆(1)，所述连杆(1)的第一端设有圆形孔(11)；

偏心活塞销组件(2)，为偏心结构，所述偏心活塞销组件(2)可转动地插接于所述圆形孔(11)内，沿所述偏心活塞销组件(2)的周向，所述偏心活塞销组件(2)上设有多个锁止孔(221)，所述偏心活塞销组件(2)与气缸活塞连接；

弹性锁止组件(3)，设置于所述连杆(1)上且能够相对于所述偏心活塞销组件(2)的径向移动，当发动机转速低于额定转速时，所述气缸活塞的加速度小于临界加速度，所述弹性锁止组件(3)插接于所述锁止孔(221)内以将所述连杆(1)和所述偏心活塞销组件(2)锁定；

当所述发动机的转速增大到大于所述额定转速时，所述气缸活塞的加速度大于临界加速度，所述弹性锁止组件(3)从所述锁止孔(221)中脱出，所述连杆(1)和所述偏心活塞销组件(2)发生相对转动。

2.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比机构，其特征在于，所述弹性锁止组件(3)包括锁止销(31)和弹性件(32)，所述锁止销(31)能够沿所述偏心活塞销组件(2)的径向移动并插接于所述锁止孔(221)内，所述弹性件(32)设置于所述连杆(1)上且所述弹性件(32)与所述锁止销(31)连接。

3.根据权利要求2所述的发动机可变压缩比机构，其特征在于，所述连杆(1)上设有限位导向孔(13)，所述限位导向孔(13)与所述圆形孔(11)连通，所述锁止销(31)和所述弹性件(32)均设置于所述限位导向孔(13)内，且所述锁止销(31)能够伸出所述限位导向孔(13)插接于所述锁止孔(221)内。

4.根据权利要求3所述的发动机可变压缩比机构，其特征在于，所述弹性锁止组件(3)还包括衬垫(33)，所述衬垫(33)设于所述限位导向孔(13)内，且所述弹性件(32)抵接设置于所述衬垫(33)与所述锁止销(31)之间。

5.根据权利要求3所述的发动机可变压缩比机构，其特征在于，所述连杆(1)上还设有泄油孔(14)，所述泄油孔(14)与所述限位导向孔(13)连通以将所述限位导向孔(13)内的油排出。

6.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比机构，其特征在于，所述偏心活塞销组件(2)包括活塞销(21)和偏心轴环(22)，所述活塞销(21)插接于所述圆形孔(11)内并与所述气缸活塞连接，所述偏心轴环(22)呈偏心结构并套设于所述活塞销(21)与所述连杆(1)之间，所述锁止孔(221)开设于所述偏心轴环(22)上。

7.根据权利要求6所述的发动机可变压缩比机构，其特征在于，多个所述锁止孔(221)沿所述偏心轴环(22)的周向等间隔设置。

8.根据权利要求1所述的发动机可变压缩比机构，其特征在于，所述发动机可变压缩比机构还包括连杆套(4)，所述连杆套(4)与所述连杆(1)的第二端可拆卸连接形成安装孔(12)，曲轴插装于所述安装孔(12)内。

9.根据权利要求8所述的发动机可变压缩比机构，其特征在于，所述发动机可变压缩比机构还包括连杆螺栓(5)，所述连杆螺栓(5)与所述连杆套(4)和所述连杆(1)均固定连接。

10.一种发动机可变压缩比机构的控制方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的可变压缩比机构，所述控制方法包括如下步骤：

增大发动机转速到大于额定转速，使气缸活塞的加速度大于临界加速度，弹性锁止组件(3)从锁止孔(221)中脱出，连杆(1)和偏心活塞销组件(2)发生相对转动；

判定所述发动机是否达到目标压缩比；

当达到所述目标压缩比时，降低所述发动机转速至所述额定转速以下，使所述气缸活塞的加速度小于临界加速，所述弹性锁止组件(3)在自身弹力下再次插接于所述锁止孔(221)中将所述连杆(1)和所述偏心活塞销组件(2)锁定；

当未达到所述目标压缩比时，保持所述发动机转速，使所述连杆(1)和所述偏心活塞销组件(2)继续相对转动直至所述发动机达到所述目标压缩比，降低所述发动机转速至所述额定转速以下。

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