CN101936229A - 可变容积压缩比发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变容积压缩比发动机，包括ECU、曲轴、连杆和活塞等组成，曲轴上套装有曲轴套，所述曲轴套由两个曲柄套和一个轴颈套组成，连杆的一端与轴颈套转动连接，另一端通过活塞销与活塞连接，每组曲轴套上的两个曲柄套分别安装在两个操控套上的操控孔内，通过调节机构调节操控套来控制曲轴套，沿缸体中心线向下或向上运动来改变活塞在上止点时主轴颈与轴颈套的距离。从而改变活塞在上止点时不同的压缩高度来实现不同的压缩比。采用本技术方案可根据进气充量和各种负荷工况下以及根据各种燃料所需压缩比的不同来进行控制，使发动机的压缩比最符合当前情况。来达到燃油经济性、动力性以及排放的最佳效果。并能使一台发动机对燃料的选择性更加广泛。

Description

可变容积压缩比发动机
技术领域
本发明涉及发动机的可变压缩比技术，可以允许通过控制活塞在上止点时不同的压缩高度来实现不同的压缩比。
背景技术
随着排放法规的日益严格和顾客对发动机经济性的要求，改善发动机的排放性能和燃油经济性能已是传统内燃机所面临的最大困难。现在发动机改变排放主要采用三元催化剂，提高燃油经济性能主要采用缸内直喷和可变气门技术。为了进一步减少排放，现在出现了多种新的燃烧模式。这些新的燃烧模式主要是追求低温燃烧和均质混合气的形成，即要求低的充量温度和均匀的混合气，还有较低的压缩比，以降低NOX和PM排放。为了能使低温燃烧技术在全负荷工况范围内实现，可变压缩比技术的应用是非常有必要的。另一方面为了提高燃油经济性能和在各种转速负荷工况下平顺的动力输出，可变压缩比技术的应用也是非常有必要的。
现在大部分发动机的压缩比是固定的，在低转速时进气充量少，实际压缩比低于设计的压缩比，不能使燃油充分雾化和燃烧。在高转速或涡轮增压器介入时，缸内充气量大于缸内容积，实际压缩比高于设计的压缩比，这时容易产生爆震和提前燃烧，大大减小了动力输出和加大对发动机的损害。可变压缩比技术能根据进气充量的改变而改变压缩比，使燃油能充分燃烧和避免爆震。在低负荷时适当的降低压缩比，能有效减少排放。
目前对可变压缩比发动机的研究在国外已经比较普遍，但是能实现可变压缩比功能的成果比较少，且结构复杂，不易量产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可连续改变活塞在上止点时不同压缩高度的可变压缩比机构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：可变容积压缩比发动机，包括ECU、曲轴、连杆和活塞等组成。曲轴上套装有曲轴套，所述曲轴套由两个曲柄套和一个轴颈套组成，连杆的一端与轴颈套转动连接，另一端通过活塞销与活塞连接，每组曲轴套上的两个曲柄套分别安装在两个操控套上的操控孔内，所述两个操控套安装在曲轴箱滑槽内，并且与升降器固定连接，曲轴与曲轴套组成可变压缩比机构，，所述曲轴上的轴颈与曲柄可在曲轴套上的滑动槽内上下滑动，可变压缩比机构是通过安装在曲轴箱上的操控套来控制的；所述曲轴通过整体固定架固定在曲轴箱上，所述整体固定架上设置有液压调节机构或螺旋调节机构，通过调节机构调节升降器来操控操控套、曲轴套向下或向上运动，所述操控孔与曲柄套之间可采用滑动轴承或滚动轴承。
在采取上述技术方案后，本发明是由连杆驱动曲轴套，通过曲轴套来带动曲轴旋转的。通过调节机构调节操控套来控制曲轴套，沿缸体中心线向下或向上运动来改变活塞在上止点时主轴颈与轴颈套的距离。从而改变活塞在上止点时不同的压缩高度来实现不同的压缩比。当降低压缩比时，活塞上止点时主轴颈与轴颈套距离缩短，由于轴颈套和曲柄套是整体，曲柄套是在操控孔内作旋转运动，不以曲轴中心作旋转运动，由于这种可变容积压缩比发动机的特殊结构，膨胀做功时，有效做功压力逐渐减小，做功半径却逐渐增加，这样就使得上止点到下止点时发动机扭力均衡，可有效降低发动机震动和提高旋转惯性，活塞连杆驱动的轴颈套是沿操控孔作旋转运动，活塞上止点降低时，活塞冲程没有改变，这样就提高了发动机缸内容积。
本发明的有益效果可归纳为以下几点：
1、结构简单设计合理可安装在直立发动机或V型发动机上，并能实现压缩比的完全可变。
2、发动机在工作过程中，根据进气充量和各种负荷工况下以及根据各种燃料所需压缩比的不同来进行控制，使发动机的压缩比最符合当前情况。来达到燃油经济性、动力性以及排放的最佳效果。并能使一台发动机对燃料的选择性更加广泛。
3本发明可在全工况下实现米勒循环进一步提高燃油经济性和动力性。这种可变容积压缩比发动机的特殊机构，在降低压缩比时，可有效降低发动机震动和提高旋转惯性，并提高发动机缸内容积。如配合涡轮增压器，那么将大大提高进气充量，可把发动机设计成小排量来实现大功率。有效减小发动机体积，提高功率与重量比。同时减小整车质量，进一步节省燃油。
附图说明
本说明书包括如下九幅附图：
图1是本发明可变容积压缩比发动机的结构示意图；
图2是本发明可变容积压缩比发动机曲轴的主视意图；
图3是本发明可变容积压缩比发动机曲轴的侧视图；
图4是本发明可变容积压缩比发动机曲轴套的主视图；
图5是本发明可变容积压缩比发动机曲轴套的侧视图；
图6是本发明可变容积压缩比发动机曲轴与曲轴套的装配图；
图7是本发明可变容积压缩比发动机操控套的主视图；
图8是本发明可变容积压缩比发动机液压调节机构的结构示意图；
图9是本发明可变容积压缩比发动机螺旋调节机构的结构示意图；
图中零部件、部位名称及所对应的标记：ECU1、液压泵2、连杆4、活塞5、伺服电机9、曲轴10、主轴颈11、轴颈12、曲柄13、曲轴套20、曲柄套21、轴颈套22、滑动槽23、操控套30、操控孔31、整体固定架40、电磁阀41、升降器42、液压活塞43、上油腔45A、下油腔45B、涡轮螺母47、蜗杆48。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1、图7可变容积压缩比发动机，包括ECU1、曲轴10、连杆4和活塞5等组成，曲轴10上套装有曲轴套20，所述曲轴套20由两个曲柄套21和一个轴颈套22组成，连杆4的一端与轴颈套22转动连接，另一端通过活塞销与活塞5连接，每组曲轴套20上的两个曲柄套21分别安装在两个操控套30上的操控孔31内，所述两个操控套30安装在曲轴箱滑槽内，并且与升降器42固定连接，曲轴10与曲轴套20组成可变压缩比机构，可变压缩比机构是通过安装在曲轴箱上的操控套30来控制的；所述曲轴10通过整体固定架40固定在曲轴箱上，所述整体固定架40上设置有液压调节机构或螺旋调节机构，通过调节机构调节升降器42来操控操控套30、曲轴套20向下或向上运动，所述操控孔31与曲柄套21之间可采用滑动轴承或滚动轴承。
参照图2、图3、图4、图5、图6及图7所述可变容积压缩比机构由曲轴10与曲轴套20组成，曲柄13与轴颈12套装在滑动槽23内，连杆4的一端与轴颈套22转动连接。
参照图图8、图9所述操控机构可采用液压调节机构或螺旋调节机构；液压传动机构包括ECU1、液压泵2、电磁阀41、升降器42、液压活塞43组成，所述升降器42的上端与两个操控套30固定连接，下端与液压活塞43固定连接，所述电磁阀41是调节上油腔45A与下油腔45B油量的调节机构，所述液压泵2通过曲轴驱动，螺旋传动机构包括ECU1、升降器42、涡轮螺母47、蜗杆48、伺服电机9组成；所述升降器42的上端与两个操控套30固定连接，下端螺杆安装在涡轮螺母47内，所述涡轮螺母47、蜗杆48与伺服电机9连接。
本发明的可变容积压缩比发动机结合上面的工作原理图对本技术方案作进一步说明：
发动机在启动前和低转速时处于高压缩比状态，活塞5在最高上止点位置工作，升降器42和操控套30处于最高位置。当发动机运转时，根据进气充量的增加，通过进气流量传感器传递信息给ECU1，通过ECU1处理后传递信息至电磁阀41，使电磁阀41来调节上油腔45A与下油腔45B的油压来调节液压活塞43来带动升降器42、操控套30和曲轴套20同步向下移动，使活塞5在上止点时轴颈套22与主轴颈11的距离缩短从而降低活塞5的压缩高度来降低压缩比。低负荷运转时，通过上述工作原理，适当降低压缩比让低温燃烧技术在全工况下得以实现，使NOX和PM等排放降低。
当发动机在降低进气充量或高负荷运转时，可通过电磁阀41来调节上油腔45A与下油腔45B的油压来调节液压活塞43来带动升降器42、操控套30和曲轴套20同步向上移动，使活塞5在上止点时轴颈套22与主轴颈11的距离增加从而提高活塞5的压缩高度来提高压缩比。本发明还可使用螺旋调节机构来调节压缩比。
本可变容积压缩比技术方案可根据进气充量调节压缩比，使各种工况下，燃油都能充分雾化和燃烧，提高各种工况下的动力输出和燃油经济性能。
本发明的连续可变容积压缩比发动机并不受发动机缸数的限制，可用在多缸发动机上，其工作原理同上。

Claims (4)

1.可变容积压缩比发动机，包括ECU(1)、曲轴(10)、连杆(4)和活塞(5)等组成，其特征是：曲轴(10)上套装有曲轴套(20)，所述曲轴套(20)由两个曲柄套(21)和一个轴颈套(22)组成，连杆(4)的一端与轴颈套(22)转动连接，另一端通过活塞销与活塞(5)连接，每组曲轴套(20)上的两个曲柄套(21)分别安装在两个操控套(30)上的操控孔(31)内，所述两个操控套(30)安装在曲轴箱滑槽内，并且与升降器(42)固定连接，曲轴(10)与曲轴套(20)组成可变压缩比机构，所述曲轴(10)上的轴颈(12)与曲柄(13)可在曲轴套(20)上的滑动槽(23)内上下滑动，可变压缩比机构是通过安装在曲轴箱上的操控套(30)来控制的；所述曲轴(10)通过整体固定架(40)固定在曲轴箱上，所述整体固定架(40)上设置有液压调节机构或螺旋调节机构，通过调节机构调节升降器(42)来操控操控套(30)、曲轴套(20)向下或向上运动，所述操控孔(31)与曲柄套(21)之间可采用滑动轴承或滚动轴承。
2.如权利要求1所述可变容积压缩比发动机，其特征是：所述可变压缩比机构由曲轴(10)与曲轴套(20)组成，轴颈(12)与曲柄(13)套装在滑动槽(23)内，连杆(4)的一端与轴颈套(22)转动连接。
3.如权利要求1所述的可变容积压缩比发动机，其特征是：所述整体固定架(40)，通过丝杆与曲轴箱固定连接。
4.如权利要求1所述可变容积压缩比发动机，其特征是：所述操控机构可采用液压调节机构或螺旋调节机构；液压传动机构包括ECU(1)、液压泵(2)、电磁阀(41)、升降器(42)、液压活塞(43)组成，所述升降器(42)的上端与两个操控套(30)固定连接，下端与液压活塞(43)固定连接，所述电磁阀(41)是调节上油腔(45A)与下油腔(45B)油量的调节机构，所述液压泵(2)通过曲轴驱动，螺旋传动机构包括ECU(1)、升降器(42)、涡轮螺母(47)、蜗杆(48)、伺服电机(9)组成；所述升降器(42)的上端与两个操控套(30)固定连接，下端螺杆安装在涡轮螺母(47)内，所述涡轮螺母(47)、蜗杆(48)与伺服电机(9)连接。
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