專利名稱：可變壓縮比發(fā)動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機結(jié)構(gòu)，尤其是一種可變壓縮比發(fā)動機。
背景技術(shù)：
發(fā)動機的壓縮比是指活塞運動到下止點時的氣缸容積與活塞運動到上止點時的氣缸容積之比。一般而言，常見車用汽油發(fā)動機的壓縮比為9 11不等。而必須指出的是，渦輪增壓發(fā)動機和自然進氣發(fā)動機的壓縮比一般設(shè)置不同，自然進氣發(fā)動機為了提高進氣效率，壓縮比一般都較渦輪增壓發(fā)動機高一些。高壓縮比會帶來更好的動力性，但是也容易發(fā)生爆燃，因此，通過提高壓縮比來提升動力性，除了不斷提高燃油質(zhì)量和改進發(fā)動機制造工藝之外，一種壓縮比隨發(fā)動機工況改變而變化的可變壓縮比發(fā)動機也就呼之欲出了。當(dāng)前，已投產(chǎn)的發(fā)動機，受結(jié)構(gòu)上的限制，其壓縮比一般不可變。而在一些概念性可變壓縮比發(fā)動機中，一般多采用了調(diào)整氣缸蓋位置、使用高度可調(diào)式活塞或者在已有的曲柄連桿機構(gòu)中再增設(shè)一套連桿機構(gòu)等方案。總體而言，這些方案結(jié)構(gòu)均較復(fù)雜，而且對已有的發(fā)動機改動較大，因而加工難度高，不便于大量投產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可以通過曲軸軸心偏置的方式來實現(xiàn)發(fā)動機壓縮比可變，并且能夠避免現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺陷，僅需對原有發(fā)動機較小改動即可完成加工的可變壓縮比發(fā)動機。為解決上述問題，本發(fā)明的一種可變壓縮比發(fā)動機，包括至少一個氣缸以及在該氣缸內(nèi)往復(fù)運動的活塞，所述活塞通過連桿與曲軸相連，其特征在于所述可變壓縮比發(fā)動機還包括固定在發(fā)動機機殼上的至少一組直線滑軌；所述曲軸的至少一個軸頸通過滑塊安裝在對應(yīng)的直線滑軌上，并且該滑塊與控制桿相連，控制桿與驅(qū)動裝置相連，從而使曲軸的軸頸能夠在驅(qū)動裝置的作用下在直線滑軌上移動；所述曲軸的左右兩側(cè)分別設(shè)置有與軸頸相連的等速萬向節(jié)。所述直線滑軌與活塞運動方向相垂直面的夾角約為10 30°。所述驅(qū)動裝置的動力輸出方向與直線滑軌相平行。所述滑塊與直線滑軌直接接觸并受其導(dǎo)向。所述多個直線滑軌相互平行。所述控制桿為叉形控制桿。所述驅(qū)動裝置為至少一個液壓缸以及與所述液壓缸相連用于驅(qū)動液壓缸運動的液壓系統(tǒng)。采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的可變壓縮比發(fā)動機，通過驅(qū)動裝置帶動控制桿發(fā)生位移，由于控制桿與滑塊相連，曲軸的軸頸安裝在滑塊上，從而帶動曲軸進行徑向位移。同時，曲軸的徑向位移將受到直線滑軌的約束，使曲軸整體在控制桿和直線滑軌的共同作用下實現(xiàn)可控位移量的定向移動，從而改變活塞運動的上下止點，實現(xiàn)壓縮比無級可調(diào)的目的。而在曲軸的兩端，則使用一對等速萬向節(jié)分別連接正時鏈輪和離合器輸入端，以保證動力的定軸輸出。本發(fā)明的可變壓縮比發(fā)動機，相對于現(xiàn)有可變壓縮比技術(shù)而言，具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、控制精確的特點，在加工過程中只需對原有發(fā)動機進行較小改動即可完成，避免了現(xiàn)有技術(shù)中的可變壓縮比發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)均較為復(fù)雜的缺陷。

圖1為本發(fā)明可變壓縮比發(fā)動機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明可變壓縮比發(fā)動機的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明可變壓縮比發(fā)動機中直線滑軌及叉形控制桿的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明可變壓縮比發(fā)動機中曲軸軸頸的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明可變壓縮比發(fā)動機中叉形控制桿的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明可變壓縮比發(fā)動機中曲軸位移量與壓縮比變化曲線圖。圖7為本發(fā)明可變壓縮比發(fā)動機的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖8為本發(fā)明可變壓縮比發(fā)動機中曲軸偏心狀態(tài)的示意圖。圖中氣缸I ;活塞2 ;連桿3 ;曲軸4 ;軸頸401 ；曲拐402 ;直線滑軌5 ;滑塊6 ;叉形控制桿7 ;液壓缸8 ;等速萬向節(jié)9 ;緩沖橡膠墊10 ;曲軸軸心線11 ;大壓縮比時的活塞上止點位置a ;大壓縮比時的活塞下止點位置b ;大壓縮比時的曲軸回轉(zhuǎn)圓示意c ;大壓縮比時的曲軸圓心位置d ;小壓縮比時的活塞上止點位置e ;小壓縮比時的活塞下止點位置f ；小壓縮比時的曲軸回轉(zhuǎn)圓示意g ;小壓縮比時的曲軸圓心位置h ;曲軸位移軌跡i。
具體實施方式
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的詳細說明。在發(fā)動機氣缸工作時，壓力和溫度都很高，因此絕大部分的彈性元件都會在這種狀態(tài)下失效或者壽命不足。另外，活塞是高速運轉(zhuǎn)的部件，對于活塞進行運動狀態(tài)下的無級調(diào)控，一方面會增大活塞質(zhì)量，另一方面也會給控制系統(tǒng)造成很大困難。因此，本發(fā)明從曲軸入手，通過調(diào)整曲軸的位置來實現(xiàn)壓縮比的變化。如圖8所示，當(dāng)發(fā)動機工作在大壓縮比狀態(tài)時，曲軸對心工作，設(shè)計壓縮比值通常約為11 13，此時發(fā)動機工作狀態(tài)為傳統(tǒng)的直列形式發(fā)動機，在發(fā)動機結(jié)構(gòu)中活塞的上下止點位置均為最高，氣體壓縮量最大，故發(fā)動機氣缸的壓縮比最高。由于曲軸位置可以沿著設(shè)計軌跡發(fā)生改變，因此圖中給出了曲軸到達另一極限位置——曲軸偏移量最大且壓縮比最低位置時的狀態(tài)，此時活塞的上下止點處于最低位置，氣體壓縮量最小，故壓縮比最低。本發(fā)明的可變壓縮比發(fā)動機，以如下發(fā)動機數(shù)據(jù)為例曲軸回轉(zhuǎn)半徑35 45mm，連桿長度95 105mm，活塞直徑75 85mm，大壓縮比時的活塞頂端距氣缸頂端最小距離約6 10mm，該發(fā)動機排量約1. 5 1. 8L。以上數(shù)據(jù)不作為實際投產(chǎn)標(biāo)準，僅為便于說明而設(shè)定。如圖1至5所示，該可變壓縮比發(fā)動機包括四個直列式排列的氣缸I ;每個氣缸I內(nèi)設(shè)置有往復(fù)運動的活塞2，所述活塞2通過連桿3與曲軸4相連。所述可變壓縮比發(fā)動機還包括固定在發(fā)動機機殼上的直線滑軌5以及位于直線滑軌5上的滑塊6，直線滑軌5以及滑塊6共五組；所述曲軸4的軸頸401通過軸承安裝在滑塊6上，滑塊6同時起軸承套的作用，并且每個滑塊6與叉形控制桿7的端部相連，叉形控制桿7的尾部與兩個液壓缸8相連，所述兩個液壓缸8均勻設(shè)置在叉形控制桿7的尾部，通過液壓系統(tǒng)進行驅(qū)動。曲軸4的軸頸401能夠在液壓缸8的作用下在直線滑軌5上移動；所述曲軸4的左右兩側(cè)分別設(shè)置有與曲軸4兩端最外側(cè)軸頸相連的等速萬向節(jié)9，分別連接正時鏈輪和離合器輸入端，以保證動力的定軸輸出。通過液壓缸8帶動叉形控制桿7發(fā)生位移，由于叉形控制桿7與滑塊6相連，曲軸4的軸頸401安裝在滑塊6上，從而帶動曲軸4進行徑向位移。同時，曲軸4的徑向位移將受到直線滑軌5的約束，從而使曲軸4整體在叉形控制桿7和直線滑軌5的共同作用下實現(xiàn)可控位移量的定向移動，從而改變活塞運動的上下止點，實現(xiàn)壓縮比無級可調(diào)的目的。常見的采用偏置曲軸技術(shù)的發(fā)動機，其曲軸偏置量多在5 IOmm之間。適度的曲軸偏置可以增加進氣和做功行程，以提高進氣效率和動力性。根據(jù)設(shè)計計算，本發(fā)明中曲軸 偏置量范圍可以在O 14_之間，若過大地超過此范圍的偏置量會給氣缸造成較大的側(cè)向力，從而導(dǎo)致氣缸偏磨。合理地設(shè)計曲軸軸心偏置角度，可以在曲軸偏置量不過大的前提下，實現(xiàn)壓縮比的有效變化。如圖2所示，所述直線滑軌5與活塞2運動方向相垂直面的夾角α為10 30°，便可實現(xiàn)壓縮比在較理想的范圍內(nèi)變化。本發(fā)明中壓縮比可在約8 12 :1范圍內(nèi)進行無級調(diào)控，基本滿足了現(xiàn)有發(fā)動機工況及燃油品質(zhì)的需要。為了便于控制，不給直線滑軌5產(chǎn)生額外的壓力，所述液壓缸8的動力輸出方向與直線滑軌5相平行。本發(fā)明中的曲軸4位置由于會發(fā)生變化，因此為了方便動力輸出，也為了能夠較好的控制曲軸4位置偏移，不使曲軸4發(fā)生太大震動，基于發(fā)動機曲軸設(shè)計的不同，將根據(jù)曲軸軸承軸瓦分布的情況確定叉形控制桿末端和曲軸軸頸連接的位置，上述結(jié)構(gòu)采用五個軸承固定的直列四缸發(fā)動機曲軸來說明。采用叉形控制桿7作為液壓缸8與曲軸4之間的傳動部件，能夠簡化發(fā)動機結(jié)構(gòu)，并且保證多段軸頸受力均勻。與叉形控制桿7相連的兩個液壓缸8應(yīng)采用相同規(guī)格，成對使用，使用同一套液壓系統(tǒng)進行驅(qū)動以實現(xiàn)二者的同步運動，從而保證曲軸4的各曲拐402和曲軸列兩端的等速萬向節(jié)9受力平衡。同時，叉形控制桿7和曲軸4的連接形式要根據(jù)發(fā)動機的設(shè)計情況確定，本實施例一中發(fā)動機采用了軸頸連續(xù)配合的方式，即每個軸頸上都有設(shè)置有軸承，因而叉形控制桿7和曲軸軸頸一一配合；如果發(fā)動機的設(shè)計為曲軸的某段軸頸存在懸空，即該軸頸處沒有設(shè)置軸承，則叉形控制桿7與設(shè)置了軸承的軸頸一一配合，而不與懸空的軸頸相配合。另外，液壓缸8的數(shù)量和位置應(yīng)根據(jù)實際的設(shè)計情況進行設(shè)計，不應(yīng)拘泥于本例中采用該位置的兩個液壓缸。在控制方式上，本發(fā)明采用如圖7所示的控制系統(tǒng)進行閉環(huán)自動控制。其中傳感器包括爆燃傳感器、排氣溫度傳感器、氣缸溫度傳感器、進排氣量傳感器、缸內(nèi)壓力傳感器等與發(fā)動機壓縮比控制有關(guān)的監(jiān)控數(shù)據(jù)所使用的傳感器。E⑶中將預(yù)存一組或幾組控制策略，當(dāng)發(fā)動機工作在不同的工況下時，傳感器將采集相關(guān)數(shù)據(jù)并反饋給ECU，ECU經(jīng)過數(shù)據(jù)處理分析后得出當(dāng)前工況下最合適的壓縮比，并藉由控制液壓裝置來控制發(fā)動機壓縮比。本發(fā)明的可變壓縮比發(fā)動機在進行壓縮比改變過程時，首先由發(fā)動機上的各傳感器收集發(fā)動機的工況數(shù)據(jù)，并反饋給ECU，由ECU中預(yù)設(shè)好的控制策略來判斷是否需要進行壓縮比的調(diào)節(jié)。如果需要進行，則由ECU向控制液壓缸進排油路上的電磁閥發(fā)出指令，使油液以適當(dāng)?shù)膲毫斎肟刂埔簤焊?，以控制其?nèi)部的活塞進行位移，從而驅(qū)動叉形控制桿帶動曲軸徑向移動至目標(biāo)位置，實現(xiàn)壓縮比的調(diào)節(jié)。該結(jié)構(gòu)的直線滑軌5要保證受力不會過于集中，叉形控制桿7用軸承和曲軸4的軸頸401連接，不約束曲軸4的旋轉(zhuǎn)，但是會帶動曲軸4進行徑向移動，同時由直線滑軌5來約束曲軸4位移的軌跡。直線滑軌5是承受燃燒室壓力的重要部件，同時還要保證其與滑塊6之間的潤滑，保證在叉形控制桿7的作用下實現(xiàn)曲軸4的徑向位移，因此直線滑軌5和滑塊6應(yīng)采用高性能減摩材料制造，并且在直線滑軌5內(nèi)部使用油潤滑。當(dāng)然，本發(fā)明中的直線滑軌5不限于上述結(jié)構(gòu)的限定，任何可同時實現(xiàn)曲軸導(dǎo)向、抗壓作用的機構(gòu)也均可使用在這一位置上。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種可變壓縮比發(fā)動機，包括至少一個氣缸以及在該氣缸內(nèi)往復(fù)運動的活塞，所述活塞通過連桿與曲軸相連，其特征在于所述可變壓縮比發(fā)動機還包括固定在發(fā)動機機殼上的至少一組直線滑軌；所述曲軸的至少一個軸頸通過滑塊安裝在對應(yīng)的直線滑軌上，并且該滑塊與控制桿相連，控制桿與驅(qū)動裝置相連，從而使曲軸的軸頸能夠在驅(qū)動裝置的作用下在直線滑軌上移動；所述曲軸的左右兩側(cè)分別設(shè)置有與軸頸相連的等速萬向節(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征在于所述直線滑軌與活塞運動方向相垂直面的夾角約為10 30°。
3.如權(quán)利要求2所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征在于所述驅(qū)動裝置的動力輸出方向與直線滑軌相平行。
4.如權(quán)利要求1至3任一項所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征在于所述滑塊與直線滑軌直接接觸并受其導(dǎo)向。
5.如權(quán)利要求1至3任一項所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征在于所述多個直線滑軌相互平行。
6.如權(quán)利要求1至3任一項所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征在于所述控制桿為叉形控制桿。
7.如權(quán)利要求1至3任一項所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征在于所述驅(qū)動裝置為至少一個液壓缸以及與所述液壓缸相連用于驅(qū)動液壓缸運動的液壓系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型公開了一種可變壓縮比發(fā)動機，包括至少一個氣缸以及在該氣缸內(nèi)往復(fù)運動的活塞，所述活塞通過連桿與曲軸相連，所述可變壓縮比發(fā)動機還包括固定在發(fā)動機機座上的至少一組直線滑軌；所述曲軸的至少一個軸頸通過滑塊安裝在對應(yīng)的直線滑軌上，并且該滑塊與控制桿相連，控制桿與驅(qū)動裝置相連，從而使曲軸的軸頸能夠在驅(qū)動裝置的作用下在直線滑軌上移動；所述曲軸的左右兩端分別設(shè)置有與曲軸相連的等速萬向節(jié)。本實用新型的可變壓縮比發(fā)動機，相對于現(xiàn)有可變壓縮比技術(shù)而言，具有結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、控制精確的特點，在加工過程中只需對原有發(fā)動機進行較小改動即可完成，避免了現(xiàn)有技術(shù)中的可變壓縮比發(fā)動機原理和結(jié)構(gòu)均較復(fù)雜的缺陷。
文檔編號F02D15/02GK202851165SQ20122053236
公開日2013年4月3日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月17日
發(fā)明者趙立軍, 劉亦然 申請人:趙立軍, 劉亦然