專利名稱：活塞往復式內(nèi)燃機的變壓縮比裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活塞往復式內(nèi)燃機的變壓縮比裝置，特別是一種通過曲柄銷偏心環(huán)來實現(xiàn)變壓縮比的裝置。
背景技術(shù)：
目前，公知的在活塞往復式內(nèi)燃機上通過曲柄銷偏心環(huán)來實現(xiàn)變壓縮比的裝置，偏心環(huán)的控制方法大致有以下兩類。 I)偏心環(huán)上設有齒輪，通過與之嚙合的一組齒輪系來“遠程”調(diào)節(jié)偏心環(huán)與曲柄銷的相位關(guān)系，從而達到改變壓縮上止點時連桿-活塞在汽缸內(nèi)的高度即改變壓縮比的目的。典型代表如TK設計股份公司的中國專利96192219. 2、荷蘭戈梅克塞斯股份有限公司PCT 專利 W02009/101173 等。2)連桿上設有鉗位銷，偏心環(huán)上設有鉗位凹坑。鉗位銷與鉗位凹坑組成的鎖定裝置，控制著偏心環(huán)與連桿的關(guān)系，或固定為一體，或放開偏心環(huán)令其自由旋轉(zhuǎn)直到指定位置再次固定為一體。典型代表如日本三菱公司專利US5146879。以上第I類控制方法，通過齒輪來調(diào)節(jié)曲柄銷偏心環(huán)相位，存在結(jié)構(gòu)復雜、調(diào)節(jié)過程須與汽缸爆發(fā)壓力對抗、占用空間大、反應速度慢等缺陷，得不償失，實用性不足。以上第2類控制方法，雖然解決了第I類方法中的不足，但其鉗位銷設置于連桿上，增加的質(zhì)量產(chǎn)生了額外的往復慣性力；US5146879專利中，偏心環(huán)順時針和逆時針兩個轉(zhuǎn)動方向并存，偏心環(huán)轉(zhuǎn)動方向有不確定性，且偏心環(huán)轉(zhuǎn)動速度很快，鉗位銷來不及進入鉗位凹坑。因此變壓縮比過程控制不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
為克服以上缺陷與不足，本發(fā)明提供一種活塞往復式內(nèi)燃機變壓縮比裝置，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、控制穩(wěn)定、不增加往復慣性且易于產(chǎn)品化。本發(fā)明實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案。基于常規(guī)活塞-連桿-曲軸機構(gòu)下，介于曲軸曲柄銷和連桿大端孔之間設置一偏心環(huán)，偏心環(huán)內(nèi)孔柱面和外圓柱面分別與曲軸曲柄銷和連桿大端孔構(gòu)成旋轉(zhuǎn)運動副，偏心環(huán)內(nèi)孔柱面與外圓柱面為偏心設置，偏心量決定最大可變壓縮比幅度。在曲軸上設置有兩個鉗位銷，相對應地在偏心環(huán)上設置一個鉗位凹坑。偏心環(huán)的轉(zhuǎn)動由鉗位銷控制鉗位銷可沿其軸向滑動進入鉗位凹坑，某一鉗位銷處于鉗位凹坑中時，該鉗位銷、鉗位凹坑、偏心環(huán)和曲軸曲柄銷被固定為一體，處于鉗位狀態(tài)；任何時候，只有一個鉗位銷處于鉗位狀態(tài)；變壓縮比時，原處于鉗位狀態(tài)的鉗位銷退出，另一鉗位銷則由非鉗位狀態(tài)進入鉗位等待狀態(tài)，偏心環(huán)在活塞-連桿-曲軸機構(gòu)自身的慣性力、摩擦力和汽缸壓力合力作用下自由轉(zhuǎn)動，當鉗位凹坑跟隨偏心環(huán)旋轉(zhuǎn)至所述另一鉗位銷位置時，處于鉗位等待狀態(tài)的該鉗位銷進入鉗位凹坑中，偏心環(huán)和曲軸曲柄銷再次被固定為一體，即再次進入鉗位狀態(tài)；兩個鉗位銷各自的鉗位狀態(tài)，對應地使內(nèi)燃機獲得兩種不同的壓縮比。
這樣，偏心環(huán)與曲柄銷的相位關(guān)系得以改變，從而達到改變活塞-連桿在汽缸內(nèi)的高度即改變壓縮比的目的。正常運轉(zhuǎn)中，鉗位銷與鉗位凹坑增加的重量往復運動分量為零，因此不增加額外的往復慣性。然而，在調(diào)節(jié)壓縮比的過程中，偏心環(huán)轉(zhuǎn)動是處于自由狀態(tài)進行的，與前述背景技術(shù)2 —樣存在轉(zhuǎn)動方向不確定性，以及轉(zhuǎn)動速度過快而鉗位銷來不及進入鉗位凹坑的情形，大大降低了控制穩(wěn)定性和可靠性。為避免該不穩(wěn)定性，可以采取以下措施。措施一單向轉(zhuǎn)動。偏心環(huán)和/或曲軸上設置有單向止轉(zhuǎn)裝置，偏心環(huán)與曲軸曲柄銷之間僅能實現(xiàn)單一方向相對旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反。即便當偏心環(huán)未能在慣性力、摩擦力和汽缸壓力合力方向發(fā)生改變之前到達下一個鉗位位置，合力方向發(fā)生改變也不會導致偏心環(huán)回轉(zhuǎn)，偏心環(huán)仍將停留在原位等待下一次適當?shù)暮狭Ψ较虺霈F(xiàn)后繼續(xù)朝下一個鉗位位置轉(zhuǎn)動。措施二 鉗位凹坑的一側(cè)設有止位突臺，處于鉗位等待狀態(tài)的鉗位銷到達鉗位凹坑位置時，鉗位銷與止位突臺碰觸，所述偏心環(huán)受限停止轉(zhuǎn)動，繼而鉗位銷進入鉗位凹坑，即進入鉗位狀態(tài)。該止位突臺有效避免了鉗位銷來不及進入鉗位凹坑的情形?？刂沏Q位銷動作的方法可以是液壓式，也可以是機械式。采用液壓式時，鉗位銷的一端設有液壓缸和彈簧，液壓油通過曲軸強制潤滑油道，將液壓力輸送到液壓缸，鉗位銷在液壓油壓力與彈簧的共同作用下實現(xiàn)動作。液壓油壓力可通過外置的液壓閥進行控制，不同的液壓油壓力與彈簧作用力配置，對應地控制各鉗位銷處于不同的狀態(tài)，實現(xiàn)間接“遠程”調(diào)節(jié)偏心環(huán)與曲柄銷的相位關(guān)系。采用機械式時，機械控制臂安裝于曲軸上，機械控制臂一端設置一滑桿，隨曲軸或者連桿一同旋轉(zhuǎn)，在滑桿頭部的轉(zhuǎn)動軌跡上，設置一 V形導向槽，該滑桿頭部總是從V形導向槽的寬口進、從窄口出，從而被V形導向槽強制導向。V形導向槽可在滑桿頭部的轉(zhuǎn)動軌跡垂直的方向即曲軸軸向滑動，V形導向槽位置改變時，機械控制臂滑竿滑過V形導向槽后曲軸軸向位置也被改變，從而實現(xiàn)控制鉗位銷動作，實現(xiàn)“遠程”調(diào)節(jié)偏心環(huán)與曲柄銷的相位關(guān)系。如果給每個汽缸設置兩組上述兩個鉗位銷和一個鉗位凹坑構(gòu)成的組合，則共計可最多得到四種不同的內(nèi)燃機壓縮比變化。綜上所述，本專利區(qū)別當前公知技術(shù)最根本的新穎之處，就是既避免了調(diào)節(jié)過程與汽缸爆發(fā)壓力對抗，又不增加額外的往復慣性力，且控制過程穩(wěn)定。其最顯著的有益效果就是簡單輕巧、穩(wěn)定快速地實現(xiàn)內(nèi)燃機壓縮比可變。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。圖I是第一個實施例的構(gòu)造軸側(cè)爆炸圖。圖2是第一個實施例的偏心環(huán)軸側(cè)圖
圖3是第一個實施例的變壓縮比過程及效果示意圖。圖4是第二個實施例的構(gòu)造圖。圖5是第三個實施例的構(gòu)造圖。圖6是第三個實施例的變壓縮比過程及效果示意圖。
具體實施例方式本專利給出了三個實施例。該三個實施例具有的共同結(jié)構(gòu)特征活塞(I)、連桿(2a，2b)、曲軸(4)和曲軸曲柄銷(4c)組成常規(guī)的活塞-連桿-曲軸機構(gòu)，介于曲軸曲柄銷(4c)和連桿(2a，2b)大端孔之間由上瓦(3a)和下瓦(3b)組成的偏心環(huán)(3a，3b)，偏心環(huán)(3a，3b)內(nèi)孔柱面和外圓柱面分別與曲軸曲柄銷(4c)和連桿(2a，2b)大端孔構(gòu)成旋轉(zhuǎn)運動畐O,偏心環(huán)(3a，3b)內(nèi)孔柱面軸心線與外圓柱面軸心線為偏心結(jié)構(gòu)，偏心量決定最大可變壓縮比幅度。以下結(jié)合附圖分別描述每個實施例的具體實施方案。圖廣3所示為本專利第一個實施例。本實施例鉗位銷(9，9’)軸向設置于曲軸(4)曲拐側(cè)臂上，鉗位凹坑(3c)設置于偏心環(huán)(3a，3b)端面上，鉗位銷(9，9’)采用機械式控制方法。如圖I所示的構(gòu)造軸側(cè)爆炸圖。兩個鉗位銷(9，9 ’)設置于曲軸(4)靠近所述偏心環(huán)(3a，3b )端面的一個曲拐側(cè)臂上、分置于所述曲軸曲柄銷(4c)軸線的兩側(cè)，鉗位銷(9，9’)的軸線與曲軸曲柄銷(4c)軸線平行并呈180度對稱布置。鉗位凹坑(3c)設置于偏心環(huán)(3a，3b)的端面上，鉗位凹坑(3c)在偏心環(huán)(3a，3b)繞曲軸曲柄銷(4c)旋轉(zhuǎn)時，可分別與兩個鉗位銷(9，9’)對正耦合，并對應地使偏心環(huán)(3a，3b)處于最小或最大壓縮比位置。偏心環(huán)(3a，3b)上設置棘輪式單向止轉(zhuǎn)裝置(13)，使偏心環(huán)(3a，3b)僅能朝單向止轉(zhuǎn)裝置(13)允許的方向旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與曲軸(4)旋轉(zhuǎn)方向相反，以提高控制穩(wěn)定性和
可靠性。本實施例對鉗位銷(9，9’ )動作的控制方法采用機械式。曲軸(4)上設置一機械控制臂(6 )，機械控制臂(6 )可圍繞曲軸(4)上的轉(zhuǎn)軸(5 )做小幅偏轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸(5 )位于兩個鉗位銷(9，9 ’)的中間。對應兩個鉗位銷(9，9 ’)，機械控制臂
(6)上設有兩個撥銷(6b，6c)。鉗位銷(9，9’)設置為帶底的中空結(jié)構(gòu)，朝向機械控制臂(6)撥銷(6b，6c)的一面開有一腰形槽。鉗位銷(9，9’)內(nèi)裝有壓縮彈簧(8，8’)，壓縮彈簧(8，8’)一端與鉗位銷(9，9’)內(nèi)底部相抵。機械控制臂(6)上的撥銷(6b，6c)分別從徑向插入各自對應的鉗位銷(9，9’)腰形槽內(nèi)，撥銷(6b，6c)—側(cè)與腰形槽邊相抵，另一側(cè)與彈簧(8，8’)相抵。撥銷(6b，6c)隨著機械控制臂(6)偏轉(zhuǎn)時，撥銷(6b，6c)可以強制使鉗位銷(9，9 ’ )撥離偏心環(huán)(3a，3b )，或者壓迫彈簧(8，8 ’)使鉗位銷(9，9 ’)推向偏心環(huán)(3a，3b )。機械控制臂(6)的一端由彈簧(10)、鋼珠(11)和滾針(12)組成的裝置使機械控制臂(6)只能穩(wěn)定停留在小幅偏轉(zhuǎn)的兩個極限位置上。機械控制臂(6)處于某一極限位置時，一個鉗位銷(9或9’)處于強制撥離偏心環(huán)(3a，3b)、即非鉗位狀態(tài)，另一個鉗位銷(9’或9)則處于受彈簧(8’或8)壓迫并被推向偏心環(huán)(3a，3b)的狀態(tài)，鉗位凹坑(3c)隨偏心環(huán)(3a，3b)轉(zhuǎn)到對準鉗位銷(9’或9)時，則鉗位銷(9’或9)進入鉗位凹坑(3c)，將偏心環(huán)(3a, 3b)與曲軸(4)固定為一體，偏心環(huán)(3a, 3b)進入鉗位狀態(tài)。機械控制臂(6)的另一端設置一滑桿(6a)，滑桿(6a)隨曲軸(4)一同旋轉(zhuǎn)，在滑桿(6a)頭部的轉(zhuǎn)動軌跡上，設置一 V形導向槽(7)，該滑桿(6a)頭部總是從V形導向槽(7)的寬口進、從窄口出，從而被迫接受V形導向槽(7)的導向。V形導向槽(7)可在滑桿(6a)頭部的轉(zhuǎn)動軌跡垂直的方向，即曲軸(4 )軸向滑動。、
當需要改變壓縮比時，沿曲軸(4)軸向滑動V形導向槽(7)，滑桿(6a)頭部滑過V形導向槽(7)時，接受其強制導向后，機械控制臂(6)從一個極限位置偏轉(zhuǎn)至另一個極限位置。于是，原來處于鉗位凹坑(3c)中的那個鉗位銷(9或9’)被強制撥離偏心環(huán)(3a，3b)、進入非鉗位狀態(tài)，而原來處于非鉗位狀態(tài)的鉗位銷(9’或9)受彈簧(8’或8)壓迫被推向偏心環(huán)(3a，3b)，此時該鉗位銷(9’或9)進入鉗位等待狀態(tài)，偏心環(huán)(3a，3b)在活塞-連桿-曲軸機構(gòu)自身的慣性力、摩擦力和汽缸壓力合力作用下自由轉(zhuǎn)動。當鉗位凹坑(3c)隨偏心環(huán)(3a，3b)轉(zhuǎn)過180度時，那個處于鉗位等待狀態(tài)的鉗位銷(9’或9)與止位突臺(3d)碰觸，所述偏心環(huán)(3a，3b)受限停止轉(zhuǎn)動，繼而鉗位銷(9或9’)被彈簧(8’或8)推入鉗位凹坑(3c),即進入鉗位狀態(tài)。此時偏心環(huán)(3a, 3b)已經(jīng)轉(zhuǎn)過180度。本實施例中，當V形導向槽
(7)處于圖I所示左側(cè)位置時得到低壓縮比，處于右側(cè)時得到高壓縮比。如圖2所示的偏心環(huán)構(gòu)造軸側(cè)圖，偏心環(huán)(3a，3b)上鉗位凹坑(3c)外端面的一側(cè)平面高于另一側(cè)，較低的一側(cè)為過渡面(3e )，是鉗位銷(3a，3b )進入鉗位凹坑(3c )必須經(jīng)過的路徑，較高的一側(cè)端面與鉗位凹坑(3 c )交會的邊沿構(gòu)成所述止轉(zhuǎn)突臺(3 d )。
如圖3所示的變壓縮比過程及效果示意圖，說明了從低壓縮比到高壓縮比的變化過程。圖(A)部所示，V形導向槽(7)滑處于下方(即圖I所示左側(cè)位置)，機械控制臂(6)所處的極限位置使左側(cè)鉗位銷(9)處于鉗位凹坑(3c)中，偏心環(huán)(3a，3b)被鉗位，此時內(nèi)燃機處于低壓縮比狀態(tài)。圖(B)部所示，V形導向槽(7)滑從下方滑向上方(即圖I所示從左側(cè)滑向右側(cè))，機械控制臂(6)滑桿(6a)頭部滑過V形導向槽(7)滑后，機械控制臂(6)偏轉(zhuǎn)到另一個極限位置，撥銷(6b)強制使左側(cè)鉗位銷(9)撥離偏心環(huán)(3a，3b)，同時撥銷(6c)壓迫彈簧(8’)使右側(cè)鉗位銷(9’)推抵偏心環(huán)(3a，3b)過渡面(3e)，進入鉗位等待狀態(tài)。此時偏心環(huán)(3a，3b)脫離鉗位，在慣性力、摩擦力和汽缸壓力合力作用、以及在棘輪止轉(zhuǎn)裝置(13)限定下，偏心環(huán)(3a，3b)可相對于曲軸曲柄銷(4c)朝逆時針方向半自由轉(zhuǎn)動。圖(C)部所示，偏心環(huán)(3a，3b)在慣性力、摩擦力和汽缸壓力合力作用下相對于曲軸曲柄銷(4c)朝逆時針方向轉(zhuǎn)動，鉗位凹坑(3c)向正處于鉗位等待狀態(tài)的右側(cè)鉗位銷(9’)方向轉(zhuǎn)動。圖(D)部所示，偏心環(huán)(3a，3b)已轉(zhuǎn)過180度，右側(cè)鉗位銷(9’)與止位突臺(3d)碰觸，偏心環(huán)(3a，3b)受限停止轉(zhuǎn)動，繼而該鉗位銷(9’ )進入鉗位凹坑(3c)，偏心環(huán)(3a，3b)再次被鉗位，此時內(nèi)燃機處于高壓縮比狀態(tài)。對比圖(A)部和(D)部所示的偏心環(huán)(3a，3b)位置，已經(jīng)發(fā)生了 ΛΗ尺寸的變化，正是這個尺寸變化，實現(xiàn)了內(nèi)燃機的壓縮比的變化。圖4所示為本專利第二個實施例。本實施例與第一個實施例類似，但鉗位銷(9，9’)采用液壓式控制方法。如圖4所示的構(gòu)造圖。左側(cè)鉗位銷(9)背離偏心環(huán)(3a，3b)的一端設有液壓缸(4f)和拉簧(8)，液壓缸(4f)內(nèi)的壓力使左側(cè)鉗位銷(9)推向偏心環(huán)(3a，3b)，而拉簧(8)的拉力使左側(cè)鉗位銷(9)拉離偏心環(huán)(3a，3b)。右側(cè)鉗位銷(9’)背離偏心環(huán)(3a，3b)的一端設有液壓缸(4f’)和彈簧(8’)，液壓缸(4f’)內(nèi)的壓力使右側(cè)鉗位銷(9’)推離偏心環(huán)(3a，3b)，而彈簧(8’)的推力使右側(cè)鉗位銷(9 ’)推向偏心環(huán)(3a，3b )。曲軸(4)上設置有液壓主油道(4d)和過油道(4e)，液壓油通過主油道(4d)和過油道(4e )輸送到液壓缸(4f，4f ’)。當液壓油壓力為高壓時，液壓力大于拉簧(8)和彈簧(8’)力，左側(cè)鉗位銷(9)在液壓力作用下推向偏心環(huán)(3a，3b)并進入鉗位凹坑(3c)，處于鉗位狀態(tài)。右側(cè)鉗位銷(9’)在液壓力作用下遠離偏心環(huán)(3a，3b)，處于非鉗位狀態(tài)。此時，內(nèi)燃機獲得低壓縮比。當液壓油壓力為低壓時，拉簧(8)和彈簧(8’)力大于液壓力，左側(cè)鉗位銷(9)在拉簧(8)拉力作用下遠離偏心環(huán)(3a，3b)，處于非鉗位狀態(tài)；右側(cè)鉗位銷(9’)在彈簧(8’)推力作用下推向偏心環(huán)(3a，3b)并進入鉗位凹坑(3c)，處于鉗位狀態(tài)。此時，內(nèi)燃機獲得高壓縮比。
圖5飛所示為本專利第三個實施例。本實施例鉗位銷(9，9’)設置于曲軸曲柄銷(4c)內(nèi)，鉗位凹坑(3c)徑向設置于偏心環(huán)(3a，3b)內(nèi)孔，鉗位銷(9，9’)采用液壓式控制方法。如圖5所示的構(gòu)造圖。 兩個鉗位銷(9，9’)設置于曲軸曲柄銷(4c)中部，兩個鉗位銷(9，9’)呈同軸對置布置并結(jié)合為一體，軸線與曲軸(4)轉(zhuǎn)動圓周軌跡線相切；鉗位凹坑(3c)設置于偏心環(huán)(3a，3b)內(nèi)，軸線在偏心環(huán)(3a，3b)內(nèi)圓柱面徑向方向上、偏心環(huán)(3a，3b)中間壁厚處(相對于最厚與最薄壁);沿偏心環(huán)(3a, 3b)壁厚較厚的下瓦(3b)內(nèi)孔圓周面設置有過渡槽(3e),過渡槽(3e)的終端為鉗位凹坑(3c)和止位突臺(3d);變壓縮比時，處于鉗位狀態(tài)的鉗位銷(9或9’)退出所述鉗位凹坑(3c)并縮回曲軸曲柄銷(4c)內(nèi)，另一鉗位銷(9’或9)伸入所述過渡槽(3e)，進入鉗位等待狀態(tài)，并可以滑過過渡槽(3e)到達止位突臺(3d)并最終進入鉗位凹坑(3c)。曲軸曲柄銷(4c )遠離曲軸(4 )旋轉(zhuǎn)中心的一側(cè)外圓上，沿其向設有一摩擦式單向止轉(zhuǎn)裝置(13)，該單向止轉(zhuǎn)裝置(13)可使偏心環(huán)(3a，3b)僅能朝其允許的方向旋轉(zhuǎn)，該允許的旋轉(zhuǎn)方向與曲軸(4)旋轉(zhuǎn)方向相反。左側(cè)鉗位銷(9)背離偏心環(huán)(3a，3b)的一端設有液壓缸(4f)，右側(cè)鉗位銷(9’ )背離偏心環(huán)(3a，3b)的一端設有彈簧(8’);液壓缸(4f)內(nèi)的壓力和彈簧(8’)的推力分別使鉗位銷(9，9’)從各自一端向外伸出推向偏心環(huán)(3a，3b);曲軸(4)上設置有液壓主油道(4d)，液壓油通過主油道(4d)輸送到所述液壓缸(4f)。當液壓油壓力為高壓時，液壓力大于彈簧(8’)力，左側(cè)鉗位銷(9)在液壓力作用下推向偏心環(huán)(3a，3b)、右側(cè)鉗位銷(9’ )遠離偏心環(huán)(3a，3b)縮進曲軸曲柄銷(4c)內(nèi)。此時，左側(cè)鉗位銷(9)處于鉗位狀態(tài)，內(nèi)燃機獲得低壓縮比。當液壓油壓力為低壓時，彈簧(8’)力大于液壓力，左側(cè)鉗位銷(9)在彈簧(8’)力作用下遠離偏心環(huán)(3a，3b)縮進曲軸曲柄銷(4c)內(nèi)、右側(cè)鉗位銷(9’)推向偏心環(huán)(3a，3b)。此時，右側(cè)鉗位銷(9’)處于鉗位狀態(tài)，內(nèi)燃機獲得高壓縮比。如圖6所示的變壓縮比過程及效果示意圖，說明了從低壓縮比到高壓縮比的變化過程。圖(A)部所示，從主油道(4d)輸送到液壓缸(4f)的液壓力為高壓，液壓力大于彈簧(8’)力，左側(cè)鉗位銷(9)伸入鉗位凹坑(3c)中，偏心環(huán)(3a，3b)被左側(cè)鉗位銷(9)鉗位，此時內(nèi)燃機處于低壓縮比狀態(tài)。圖(B)部所示，液壓缸(4f)的液壓力變?yōu)榈蛪汉?，鉗位銷(9，9’)在彈簧(8’)力作用下滑向右側(cè)，左側(cè)鉗位銷(9)縮入曲軸曲柄銷(4c)內(nèi)，右側(cè)鉗位銷(9’)伸出到過渡槽(3d)中，進入鉗位等待狀態(tài)。此時偏心環(huán)(3a，3b)脫離鉗位，偏心環(huán)(3a，3b)可朝單向止轉(zhuǎn)裝置(13 )允許的方向自由轉(zhuǎn)動。圖(C)部所示，偏心環(huán)(3a，3b)受摩擦式單向止轉(zhuǎn)裝置(13)限制，在慣性力、摩擦力和汽缸壓力合力作用 下，相對與曲軸曲柄銷(4c)朝逆時針方向轉(zhuǎn)動。圖(D)部所示，偏心環(huán)(3a，3b)已轉(zhuǎn)過180度，右側(cè)鉗位銷(9’)與止位突臺(3d)碰觸，偏心環(huán)(3a，3b)受限停止轉(zhuǎn)動，繼而該鉗位銷(9’ )進入鉗位凹坑(3c)，偏心環(huán)(3a，3b)再次被鉗位，此時內(nèi)燃機處于高壓縮比狀態(tài)。對比圖(A)部和(D)部所示的偏心環(huán)(3a，3b)位置，已經(jīng)發(fā)生了 Λ H尺寸的變化，正是這個尺寸變化，實現(xiàn)了內(nèi)燃機的壓縮比的變化。
權(quán)利要求
1.一種活塞往復式內(nèi)燃機的變壓縮比裝置，包括活塞(I)、連桿(2a，2b)、曲軸(4)、介于曲軸曲柄銷(4c)和連桿(2a，2b)大端孔之間由上瓦(3a)和下瓦(3b)組成的偏心環(huán)(3a，3b )，偏心環(huán)(3a，3b )內(nèi)孔柱面和外圓柱面分別與曲軸曲柄銷(4c )和連桿(2a，2b )大端孔構(gòu)成旋轉(zhuǎn)運動副，偏心環(huán)(3a，3b)內(nèi)孔柱面軸心線與外圓柱面軸心線為偏心結(jié)構(gòu)，其特征是 在所述曲軸(4)上設置有兩個鉗位銷(9，9’)，相對應地在偏心環(huán)(3a，3b)上設置有一個鉗位凹坑(3c)，鉗位銷(9，9’)可沿其軸向滑動進入鉗位凹坑(3c); 某一鉗位銷(9或9’)處于鉗位凹坑(3c)中時，該鉗位銷(9或9’)、鉗位凹坑(3c)、偏心環(huán)(3a, 3b)和曲軸曲柄銷(4c)被固定為一體,處于鉗位狀態(tài)；任何時候，只有一個鉗位銷(9或9’)處于鉗位狀態(tài)； 變壓縮比時，原處于鉗位狀態(tài)的鉗位銷(9或9 ’)退出，另一鉗位銷(9 ’或9 )則由非鉗位狀態(tài)進入鉗位等待狀態(tài)，偏心環(huán)(3a，3b)在活塞-連桿-曲軸機構(gòu)(l，2a，2b，4)自身的慣性力、摩擦力和汽缸壓力合力作用下自由轉(zhuǎn)動，當鉗位凹坑(3c)跟隨偏心環(huán)(3a，3b)旋轉(zhuǎn)至所述另一鉗位銷(9’或9)位置時，處于鉗位等待狀態(tài)的該鉗位銷(9’或9)進入鉗位凹坑(3c)中，偏心環(huán)(3a，3b)和曲軸曲柄銷(4c)再次被固定為一體，即再次進入鉗位狀態(tài)； 兩個鉗位銷(9，9 ’)各自的鉗位狀態(tài)，對應地使內(nèi)燃機獲得兩種不同的壓縮比。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述偏心環(huán)(3a，3b )和/或所述曲軸(4)上設置有單向止轉(zhuǎn)裝置(13 )，偏心環(huán)(3a，3b )與曲軸曲柄銷(4c )之間僅能實現(xiàn)單一方向相對旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)方向與曲軸(4)旋轉(zhuǎn)方向相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述鉗位凹坑(3c)的一側(cè)設有止位突臺(3d)，處于鉗位等待狀態(tài)的鉗位銷(9，9’)到達鉗位凹坑(3c )位置時，鉗位銷(9，9 ’)與止位突臺(3d)碰觸，所述偏心環(huán)(3a，3b )受限停止轉(zhuǎn)動，繼而鉗位銷(9，9’)進入鉗位凹坑(3c)，即進入鉗位狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述兩個鉗位銷(9，9’)設置于曲軸(4)靠近所述偏心環(huán)(3a，3b)端面的一個曲拐側(cè)臂上、分置于所述曲軸曲柄銷(4c)軸線的兩側(cè)，鉗位銷(9，9’)的軸線與曲軸曲柄銷(4c)軸線平行并呈180度對稱布置； 所述鉗位凹坑(3c)設置于偏心環(huán)(3a，3b)的端面上，鉗位凹坑(3c)在偏心環(huán)(3a，3b)繞曲軸曲柄銷(4c)旋轉(zhuǎn)時，可分別與兩個鉗位銷(9，9’ )對正耦合，并對應地使偏心環(huán)(3a，3b)處于最小或最大壓縮比位置； 鉗位凹坑(3c)外端面的一側(cè)平面高于另一側(cè)，較低的一側(cè)為過渡面(3e)，是鉗位銷(3a, 3b)進入鉗位凹坑(3c)必須經(jīng)過的路徑，較高的一側(cè)端面與鉗位凹坑(3c)交會的邊沿構(gòu)成所述止轉(zhuǎn)突臺(3d)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述曲軸(4)上設置一機械控制臂(6)，所述機械控制臂(6)可圍繞曲軸(4)上的轉(zhuǎn)軸(5)做小幅偏轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)軸(5)位于所述兩個鉗位銷(9，9’)的中間； 對應所述兩個鉗位銷(9，9’)，所述機械控制臂(6)上設有兩個撥銷(6b，6c);所述鉗位銷(9，9’)設置為帶底的中空結(jié)構(gòu)，朝向機械控制臂(6)撥銷(6b，6c)的一面開有一腰形槽；鉗位銷(9，9’)內(nèi)裝有壓縮彈簧(8，8’)，壓縮彈簧(8，8’)一端與鉗位銷(9，9’)內(nèi)底部相抵；所述機械控制臂(6)上的所述撥銷(6b，6c)分別從徑向插入各自對應的所述鉗位銷(9，9’)腰形槽內(nèi)，撥銷(613，6(3)—側(cè)與腰形槽邊相抵，另一側(cè)與所述彈簧(8，8’)相抵； 所述撥銷(6b，6c)隨著所述機械控制臂(6)偏轉(zhuǎn)時，撥銷(6b，6c)可以強制使所述鉗位銷(9，9 ’)撥離所述偏心環(huán)(3a，3b )，或者壓迫所述彈簧(8，8 ’)使鉗位銷(9，9 ’)推向偏心環(huán)(3a,3b)o
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述機械控制臂(6)的一端由彈簧(10)、鋼珠(11)和滾針(12)組成的裝置使所述機械控制臂(6)只能穩(wěn)定停留在小幅偏轉(zhuǎn)的兩個極限位置上；所述機械控制臂(6)處于某一極限位置時，一個所述鉗位銷(9或9 ’)處于強制撥離所述偏心環(huán)(3a，3b )狀態(tài)，所述另一個鉗位銷(9’或9)則處于受所述彈簧(8’或8)壓迫并被推向偏心環(huán)(3a，3b)的狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述機械控制臂(6)的另一端設置一滑桿(6a)，滑桿(6a)隨所述曲軸(4) 一同旋轉(zhuǎn)；在滑桿(6a)頭部的轉(zhuǎn)動軌跡上，設置一 V形導向槽(7)，滑桿(6a)頭部總是從所述V形導向槽(7)的寬口進、從窄口出； 所述V形導向槽(7)可在所述滑桿(6a)頭部的轉(zhuǎn)動軌跡垂直的方向，即曲軸(4)軸向滑動。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述一鉗位銷(9)背離所述偏心環(huán)(3a，3b)的一端設有液壓缸(4f)和拉簧(8)，所述液壓缸(4f)內(nèi)的壓力使鉗位銷(9)推向偏心環(huán)(3a，3b)，而所述拉簧(8)的拉力使鉗位銷(9)拉離偏心環(huán)(3a，3b );所述另一鉗位銷(9 ’)背離偏心環(huán)(3a，3b )的一端設有液壓缸(4f ’)和彈簧(8’)，液壓缸(4f’)內(nèi)的壓力使鉗位銷(9’)推離偏心環(huán)(3a，3b)，而彈簧(8’)的推力使鉗位銷(9 ’)推向偏心環(huán)(3a，3b )； 所述曲軸(4)上設置有液壓主油道(4d)和過油道(4e)，液壓油通過主油道(4d)和過油道(4e )輸送到所述液壓缸(4f，4f ’)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述兩個鉗位銷(9，9’)設置于曲軸曲柄銷(4c)中部，兩個鉗位銷(9，9’)呈同軸對置布置并結(jié)合為一體，軸線與曲軸(4)轉(zhuǎn)動圓周軌跡線相切； 所述鉗位凹坑(3c)設置于偏心環(huán)(3a，3b)內(nèi)，軸線在偏心環(huán)(3a，3b)內(nèi)圓柱面徑向方向上、偏心環(huán)(3a，3b)中間壁厚處(相對于最厚與最薄壁)； 沿偏心環(huán)(3a，3b)壁厚較厚的下瓦(3b)內(nèi)孔圓周面設置有過渡槽(3e)，過渡槽(3e)的終端為鉗位凹坑(3c)和止位突臺(3d);變壓縮比時，處于鉗位狀態(tài)的鉗位銷(9或9’)退出所述鉗位凹坑(3c )并縮回曲軸曲柄銷(4c )內(nèi)，另一鉗位銷(9 ’或9 )伸入所述過渡槽(3e )，進入鉗位等待狀態(tài)，偏心環(huán)(3a，3b)旋轉(zhuǎn)時，該鉗位銷(9’或9)滑過過渡槽(3e)到達止位突臺(3d)并最終進入鉗位凹坑(3c)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述一鉗位銷(9)背離所述偏心環(huán)(3a，3b)的一端設有液壓缸(4f)，所述另一鉗位銷(9’)背離偏心環(huán)(3a，3b)的一端設有彈簧(8’)；所述液壓缸(4f)內(nèi)的壓力和彈簧(8’)的推力分別使鉗位銷(9,9’)從各自一端向外伸出推向偏心環(huán)(3a, 3b);曲軸(4)上設置有液壓主油道(4d)，液壓油通過主油道(4d)輸送到所述液壓缸(4f)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述曲軸曲柄銷(4c)遠離曲軸(4)旋轉(zhuǎn)中心的一側(cè)外圓上，沿其軸向設有一摩擦式單向止轉(zhuǎn)裝置(13)，該單向止轉(zhuǎn)裝置(13)可使偏心環(huán)(3a，3b)僅能朝其允許的方向旋轉(zhuǎn)，該允許的旋轉(zhuǎn)方向與曲軸(4)旋轉(zhuǎn)方向相反。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變壓縮比裝置，其特征是 所述的每兩個鉗位銷(9，9’)和一個鉗位凹坑(3c)構(gòu)成的這種組合有兩組，共計可最多得到四種不同的內(nèi)燃機壓縮比。
全文摘要
一種活塞往復式內(nèi)燃機的變壓縮比裝置?；诔Ｒ?guī)活塞-連桿-曲軸機構(gòu)下，介于曲軸曲柄銷和連桿大端孔之間設置一偏心環(huán)，在曲軸上設置一組鉗位銷，相對應地在偏心環(huán)上設置鉗位凹坑。鉗位銷處于鉗位凹坑中時，偏心環(huán)與曲軸固定為一體；鉗位銷脫離鉗位凹坑時，偏心環(huán)在活塞-連桿-曲軸機構(gòu)自身慣性力、摩擦力和汽缸壓力合力作用下自由轉(zhuǎn)動。需要改變壓縮比時，鉗位銷釋放偏心環(huán)并在下一個位置等待它的到來。設置偏心環(huán)單向轉(zhuǎn)動裝置和鉗位凹坑一側(cè)止位突臺，大大降低了控制穩(wěn)定性和可靠性?？刂沏Q位銷動作的方法可以是機械式或者是液壓式。該裝置結(jié)構(gòu)簡單小巧、控制力小但穩(wěn)定可靠、反應速度快且易于產(chǎn)品化。
文檔編號F02B75/04GK102705086SQ20121023417
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月8日
發(fā)明者袁輝 申請人:袁輝