CN109026461A - 一种内燃机气口高度调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内燃机气口高度调节装置，气口开设于气缸的侧壁上，包括：驱动部；减速组件，驱动部的输出端与减速组件的输入端连接，减速组件的输出端为涡轮；高度调节部，高度调节部包括调节杆、套筒，调节杆的一端与涡轮中心连接，另一端连接有调节部，调节部偏离调节杆的中心轴线的位置设置；套筒套设于靠近气口处的气缸外侧壁上并与气缸外侧壁滑动连接，套筒的外侧壁上设置有连接件，调节部与连接件滑动连接；控制器，控制器与驱动部电连接；位置传感器，位置传感器设置于涡轮的轴端，通过获取套筒的位置并将该位置信息传输至控制器；控制器利用调节杆的偏心转动转换为套筒的直线运动，进而实现气口高度的调节。

Description

一种内燃机气口高度调节装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机气口高度调节装置，更具体的说是涉及一种采用二冲程气口式换气机构的内燃机气口高度调节装置，属于内燃机技术领域。

背景技术

气口高度是气口沿气缸中轴线方向的长度，而气口宽度是垂直气缸中轴线方向并沿气缸周向方向布置的长度；二冲程气口式换气机构的内燃机是通过活塞的位置来控制进排气口开启面积。经研究表明，气口高度可以影响气口开启面积，影响进排气口开启关闭时刻，以及影响发动机的有效压缩比等，气口高度比宽度对内燃机的影响更加显著，因此，本发明主要针对气口的高度调节方式展开。

采用气口式换气***的内燃机的有效压缩比是指对置活塞到达进气口或排气口内沿时，对置活塞顶面与气缸所围成的体积与对置活塞到达上止点时燃烧室容积的比值，它是影响发动机功率与扭矩输出的重要因素，而对于可变压缩比技术(VCR)，目前主要集中在改变气缸盖结构、改变缸体结构、改变活塞及曲柄连杆机构的创新设计上。在国内外成熟的VCR方案中，绅宝汽车的SVC发动机采用使曲轴移动，改变燃烧室容积，进而改变压缩比；Ford公司采用改变气缸盖形状结构，借助气缸盖内的副活塞或气门改变燃烧室容积进而改变压缩比；英国内燃机研究协会和Daimler-Benz公司均采用一种可变活塞高度技术；法国MCE-5可变压缩比发动机使用滚子导向活塞技术；日本日产公司的VCR发动机采用多连杆***，可以看出，当今成熟的有代表性的可变压缩比发动机基本是通过改变活塞及曲柄连杆机构的设计来实现的。但以上技术，在结构设计方面都相对复杂，通常需要对发动机结构进行大幅度改变，加工难度大，且均为整体式设计，对***的整体性影响比较大。

发明内容

有鉴于此，本发明利用二冲程内燃机气口式换气机构的特殊性，采用改变气口高度的方式进而改变气口开启面积、气口开启关闭时刻以及有效压缩比对于优化上述问题提供新的思路。

本发明针对改变气口高度提供一种主要针对二冲程气口式换气机构的内燃机气口高度调节装置，该装置气口开设于气缸的侧壁上，包括：

驱动部，所述驱动部可以优选为电机；

减速组件，所述电机的输出端与所述减速组件的输入端连接，所述减速组件的输出端为涡轮；

高度调节部，所述高度调节部包括调节杆、套筒，所述调节杆的一端与所述涡轮中心连接，另一端连接有调节部，所述调节部偏离所述调节杆的中心轴线的位置设置；所述套筒套设于靠近所述气口处的气缸外侧壁上并与所述气缸外侧壁滑动连接，所述套筒的外侧壁上设置有连接件，所述调节部与所述连接件滑动连接；

控制器，所述控制器与所述驱动部电连接；

位置传感器，所述位置传感器设置于所述涡轮轴端上，用于获取所述套筒的位置信息并将其传输至所述控制器。

采用上述技术方案的有益效果是：本发明位置传感器获得套筒的位置信息并将其传给控制器，控制器对电机发出指令，电机带动减速组件进而驱动调节杆，调节杆端部设有与其偏心布置的调节部，利用调节部相对于调节杆的偏心转动转换为套筒的直线运动，进而实现气口高度的调节，调节杆的运动幅度很小，与现有技术中通过改变活塞及曲柄连杆机构的设计来实现压缩比的调节相比，本发明气口调节机构实现了模块化的设计，对于整个发动机***的调整和结构改造较小；且整个调节机构结构简单，原理清晰，可以根据不同的发动机型和运行工况，制定相应的控制策略，实现性强，通用性强；通过进排气口开启面积的调节和配气正时的调节，有利于对换气过程中给气比、捕获率、扫气效率等参数进行优化；通过对内燃机有效压缩比的调节，有利于提高其输出扭矩与功率，并在一定程度上降低内燃机的燃油消耗率。

本发明上述的位置传感器可以为角度传感器，角度传感器用于获取所述涡轮轴端旋转角度的数据以得到套筒的位置并将调节套筒的位置传输至所述控制器，控制器控制电机运行。

优选的，上述控制器采用闭环控制。涡轮轴端处的位置传感器将位置信号反馈给控制器，控制器对电机发出指令，电机驱动减速组件及减速组件传动连接套筒，以达到气口高度的精确调节。

优选的，所述连接件上开设有长条形凹槽，所述调节部位于所述凹槽内且沿所述长条形凹槽长度方向相对滑动连接，即调节部随着调节杆一边转动一边滑向凹槽的另一端。

当启动调节杆进行气口高度调节工作时，调节部以调节杆为中心做圆弧运动并且所述调节部相对于长条形凹槽滑动，带动固定安装于所述套筒外侧壁的连接件沿气缸壁的中轴线方向做平移运动进而实现气口高度调节。

优选的，所述减速组件包括一级减速机构和二级减速机构，所述二级减速机构的输出端为涡轮，所述一级减速机构的输入端与所述电机的输出轴连接，所述一级减速机构和所述二级减速机构传动连接。

优选的，所述二级减速机构包括蜗杆和涡轮，所述蜗杆的一端与一级减速机构传动连接，所述蜗杆另一端为螺纹段且与所述涡轮传动连接。

优选的，所述一级减速机构包括第一齿轮和第二齿轮，所述第二齿轮的半径大于所述第一齿轮并与其啮合连接，所述第一齿轮与所述电机的输出轴连接，所述第二齿轮与所述蜗杆一端同轴传动连接。所述第一齿轮与所述第二齿轮的齿距可以大致相同，动力由第一齿轮向第二齿轮传递的过程中通过齿轮半径的增大进而降低齿轮的转速。

采用上述技术方案的有益效果是：二级减速子***采用涡轮蜗杆的啮合传动，涡轮蜗杆传动用于在交错的轴间传递运动和动力，在该***中，两轴间的夹角为90度。涡轮蜗杆传动比大，结构紧凑，具有体积小、重量轻的优势；蜗杆齿与涡轮齿啮合时是连续不断的，涡轮齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳、冲击噪音小；更重要的是，传动具有自锁性，蜗杆只能带动涡轮传动，而涡轮不能带动蜗杆传动，以防止反转，对于调节套筒起到很好的定位作用。

优选的，所述调节杆的另一端同轴设置有圆盘，所述圆盘的上表面与所述调节杆的另一端固定连接，所述圆盘的下表面与所述调节部固定连接，所述圆盘的直径大于所述调节杆的直径

优选的，所述滑动连接端为以所述圆盘下表面为基准面向远离所述圆盘方向延伸的的圆柱状凸台。利用凸台相对于调节杆的偏心转动转换为套筒的直线运动，进而实现气口高度的调节。

本发明还提供一种内燃机，包括所述的内燃机气口高度调节装置以及机体，所述内燃机气口高度调节装置安装于所述机体内。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的结构示意图；

图2附图为本发明的结构俯视图；

图3附图为本发明的减速组件示意图；

图4附图为本发明的调节杆结构示意图；

图5附图为具有气口高度调节装置的内燃机示意图；

图6附图为气口高度调节过程示意图。

其中，1-机体，2-进气活塞，3-喷油器A，4-气口调节机构，5-排气活塞，6-曲轴，7-排气口，8-喷油器B，9-散热片，10-进气口，11-调节杆，12-涡轮，13-齿轮A，14-电机，15-机壳，16-固定杆，17-齿轮B，18-蜗杆，19-气缸外侧壁，20-调节套筒，21-A-A’轴，22-B-B’轴，23-凸台，24-连接件，25-凹槽。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通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。

如图1-4所示，本发明实施例公开了一种内燃机气口高度调节装置，用于采用气口式换气结构的二冲程的内燃机，包括：

驱动部，驱动部可以为电机14；

减速组件，电机14的输出轴与减速组件的输入端连接，减速组件的输出端为涡轮12；

高度调节部4，所述高度调节部4包括调节杆11、套筒20，所述调节杆11的一端与所述涡轮12的中心连接，另一端连接有调节部，调节部偏离所述调节杆11的中心轴线的位置设置；套筒20套设于靠近气口处的气缸外侧壁19上并与气缸外侧壁19滑动连接，套筒20的外侧壁上设置有连接件24，调节部与连接件24滑动连接；

套筒20为两个，分别套设于平行设置的两个气缸的外侧壁上且其上分别对应设置的进气口10和排气口7处并与各自的气缸的外侧壁19滑动连接，两个套筒20之间通过连接件24连接，该连接件可以为连接板，调节部与所述连接件滑动连接；

控制器，控制器与驱动部电连接；

位置传感器，位置传感器设置于涡轮轴端上，位置传感器可以为角度传感器，通过角度传感器获取涡轮轴端旋转角度的数据并将其传输至所述控制器；控制器控制驱动部运行，进而驱动与减速组件连接套筒沿着气口高度的方向移动。

在本发明的实施例中，调节杆11的另一端可以同轴设置有圆盘，所述圆盘的上表面与所述调节杆11的另一端固定连接，所述圆盘的下表面与所述调节部固定连接，所述圆盘的直径大于所述调节杆11的直径；

在本发明的实施例中，调节部可以为圆柱状的凸台23；凸台的中轴线B-B’轴22偏离调节杆的中轴线A-A’轴21设置；连接件24上设有凹槽25，凸台23与凹槽25滑动连接。

在本发明的实施例中，控制器可以采用闭环控制。套筒20处的位置传感器将位置信号反馈给控制器，控制器对电机14发出指令，电机14驱动此高度调节***进行进一步调节，以达到气口高度的精确调节。

如图2所示，气口高度调节装置4紧凑的排列在机壳15内，对于原始结构的改动很小，对于机体1的影响可以忽略。

减速组件包括一级减速机构和二级减速机构，二级减速机构的输出端为涡轮12，一级减速机构的输入端与电机14的输出轴连接，一级减速机构和二级减速机构传动连接。

上述的二级减速机构包括蜗杆18和所述涡轮12，所述蜗杆18的一端与一级减速机构传动连接，所述蜗杆18另一端为螺纹段且与所述涡轮12传动连接；

一级减速机构包括第一齿轮13和第二齿轮17，第二齿轮17的半径大于第一齿轮13并与其啮合连接，第一齿轮13与电机14的输出轴连接，第二齿轮17与所述蜗杆18一端同轴传动连接。通过第二齿轮17与第一齿轮13构成的一级减速机构改变传动比实现第一次减速作用；

二级减速***采用涡轮12蜗杆18的啮合传动，涡轮12蜗杆18传动用于在交错的轴间传递运动和动力，在该***中，两轴间的夹角为90度。涡轮12蜗杆18传动比大，结构紧凑，具有体积小、重量轻的优势；蜗杆18齿与涡轮12齿啮合时是连续不断的，涡轮12齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳、冲击噪音小；更重要的是，传动具有自锁性，蜗杆18只能带动涡轮12传动，而涡轮12不能带动蜗杆18传动，以防止反转，对于调节套筒20起到很好的定位作用。

如图5所示，本发明还提供一种内燃机，包括的内燃机气口高度调节装置以及机体1，在机体1内自左向右依次设有进气活塞2、进气口10、排气口7、排气活塞5、曲轴6，在进气口10与排气口7之间的上下两侧分别对应设置有具有散热片9的喷油器A3和喷油器B8，气口高度调节装置4套设于进气口10和排气口7外侧并与气缸外侧壁19滑动连接。

具体工作过程如下：

根据具体工况要求，控制器发出指令使电机14运行，带动第一齿轮13转动进而带动与其啮合的第二齿轮17，同时与第二齿轮17同轴的蜗杆18转动，通过蜗杆18传动的力矩传递，涡轮12转动，带动调节杆11转动，凸台23绕A-A’轴21转动，从而带动套筒20沿着气缸外侧壁19中轴线移动，转动轨迹及套筒20移动轨迹如图6虚线所示；通过设置于涡轮轴端上的位置传感器将位置信号反馈给控制器，控制器对电机14发出指令，电机14驱动此高度调节***进行进一步调节，以达到气口高度的精确调节。

针对不同工况，进排气口7高度的调节规律大致如下：

发动机转速增加，则在一定程度上，需要增大排气口7的高度，在排气持续时间变短的情况下以增大排气量，同时降低了缸内压力，增加进气的压差；对于进气口10，在进气持续时间变短情况下，需增大进气口10高度以增大进气量，但同时也会造成压缩比的降低，所以需要权衡之后进行具体调整。发动机负荷增加时，供油量会增加，则缸压会升高，在一定程度上，需要增大排气口7高度以增加排气量，降低缸内压力，增加进气压差；同时增加进气口10高度以增大进气量达到运行所需的空燃比要求。

该发动机***采用串联式复合增压，当增大排气口7高度时，单位时间排气量增加，涡轮12增压器获得的能量增加，废气的能量利用率升高，提高了整个发动机***的效率；当增加进气口10高度，单位时间进气量增加，相同工况下，对机械增压***的需求功率降低，从而增加了曲轴6输出的有效功率。

本发明提供一种内燃机气口高度调节装置，利用调节杆的偏心转动转换为套筒的直线运动，进而实现气口高度的调节，调节杆的运动幅度很小，与现有技术中通过改变活塞及曲柄连杆机构的设计来实现压缩比的调节相比，本发明气口调节机构实现了模块化的设计，对于整个发动机***的调整和结构改造较小；且整个调节机构结构简单，原理清晰，可以根据不同的发动机型和运行工况，制定相应的控制策略，实现性强，通用性强；通过进排气口开启面积的调节和配气正时的调节，有利于对换气过程中给气比、捕获率、扫气效率等参数进行优化；通过对内燃机有效压缩比的调节，有利于提高其输出扭矩与功率，并在一定程度上降低内燃机的燃油消耗率。

二级减速子***采用涡轮蜗杆的啮合传动，涡轮蜗杆传动用于在交错的轴间传递运动和动力，在该***中，两轴间的夹角为90度。涡轮蜗杆传动比大，结构紧凑，具有体积小、重量轻的优势；蜗杆齿与涡轮齿啮合时是连续不断的，涡轮齿没有进入和退出啮合的过程，因此工作平稳、冲击噪音小；更重要的是，传动具有自锁性，蜗杆只能带动涡轮传动，而涡轮不能带动蜗杆传动，以防止反转，对于调节套筒起到很好的定位作用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种内燃机气口高度调节装置，气口开设于气缸的侧壁上，其特征在于，包括：

驱动部；

减速组件，所述驱动部的输出端与所述减速组件的输入端连接，所述减速组件的输出端为涡轮(12)；

高度调节部(4)，所述高度调节部(4)包括调节杆(11)、套筒(20)，所述调节杆(11)的一端与所述涡轮(12)的中心连接，另一端连接有调节部，所述调节部偏离所述调节杆(11)的中心轴线的位置设置；所述套筒(20)套设于靠近所述气口处的气缸的外侧壁(19)上并与所述气缸的外侧壁(19)滑动连接，所述套筒(20)的外侧壁上设置有连接件(24)，所述调节部与所述连接件(24)滑动连接；

控制器，所述控制器与所述驱动部电连接；

位置传感器，所述位置传感器设置于所述涡轮轴端上，用于获取所述套筒的位置信息并将其传输至所述控制器。

2.根据权利要求1所述的一种内燃机气口高度调节装置，其特征在于，所述连接件(24)上开设有长条形的凹槽(25)，所述调节部位于所述凹槽(25)内且沿所述凹槽(25)长度方向相对滑动连接。

3.根据权利要求1所述的一种内燃机气口高度调节装置，其特征在于，所述驱动部为电机(14)，所述电机(14)的输出轴连接所述减速组件的输入端。

4.根据权利要求3所述的一种内燃机气口高度调节装置，其特征在于，所述减速组件包括一级减速机构和二级减速机构，所述二级减速机构的输出端为涡轮(12)，所述一级减速机构的输入端与所述电机(14)的输出轴连接，所述一级减速机构和所述二级减速机构传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种内燃机气口高度调节装置，其特征在于，所述二级减速机构包括蜗杆(18)和所述涡轮(12)，所述蜗杆(18)的一端与一级减速机构传动连接，所述蜗杆(18)另一端为螺纹段且与所述涡轮(12)传动连接。

6.根据权利要求5所述的一种内燃机气口高度调节装置，其特征在于，所述一级减速机构包括第一齿轮(13)和第二齿轮(17)，所述第二齿轮(17)的半径大于所述第一齿轮(13)并与其啮合连接，所述第一齿轮(13)与所述电机(14)的输出轴连接，所述第二齿轮(17)与所述蜗杆(18)一端同轴传动连接。

7.根据权利要求6所述的一种内燃机气口高度调节装置，其特征在于，所述蜗杆(18)的一端与所述第二齿轮(17)键连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种内燃机气口高度调节装置，其特征在于，所述调节杆(11)的另一端同轴设置有圆盘，所述圆盘的上表面与所述调节杆(11)的另一端固定连接，所述圆盘的下表面与所述调节部固定连接，所述圆盘的直径大于所述调节杆(11)的直径。

9.根据权利要求8所述的一种内燃机气口高度调节装置，其特征在于，所述调节部为以所述圆盘下表面为基准面向远离所述圆盘方向延伸的圆柱状凸台(23)。

10.一种内燃机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的内燃机气口高度调节装置以及机体(1)，所述内燃机气口高度调节装置安装于所述机体(1)内。