專利名稱：活塞式變壓縮比變排量發(fā)動機(jī)的制作方法
活塞式變壓縮比變排量發(fā)動機(jī) 所屬領(lǐng)域 本發(fā)明涉及，通過改變?nèi)紵业娜莘e、氣門的正時及升程，使壓縮比及排氣量都發(fā) 生變化的活塞式汽油機(jī)或柴油機(jī)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的汽油發(fā)動機(jī)及柴油發(fā)動機(jī)，其構(gòu)造的特點(diǎn)而決定了活塞行程和燃燒室的容
積都是不可變化的。因此，它們都存在著難以克服的技術(shù)缺陷。其理由如下 — .傳統(tǒng)的汽油機(jī)當(dāng)發(fā)動機(jī)在大功率輸出時有充足的進(jìn)氣量，汽缸實(shí)際壓縮比
可達(dá)到較高值，發(fā)動機(jī)的熱效率就較高。在中小負(fù)荷時進(jìn)氣量較少，實(shí)際壓縮比較低，熱效
率也很低。低壓縮比還影響汽油完全燃燒，必然造成排放污染。尤其是現(xiàn)代汽車的發(fā)動機(jī)
的功率儲備都很大，卻多數(shù)是在中小工況下工作的。由此而浪費(fèi)的燃油和環(huán)境污染很嚴(yán)重，
這是傳統(tǒng)汽油機(jī)存在的難以克服的固有缺陷。 采用調(diào)整發(fā)動機(jī)曲軸與汽缸蓋之間有效距離的方法，使傳統(tǒng)汽油機(jī)燃燒室的容積
大小隨之改變，就達(dá)到了變壓縮比的目的。通過調(diào)整氣門正時及氣門升程，控制汽缸的充氣
量就達(dá)到了變排量的目的，這是對傳統(tǒng)汽油機(jī)最具實(shí)質(zhì)意義的改革。其優(yōu)點(diǎn)是 1.能大幅提高發(fā)動機(jī)在中小工況下的熱效率，有效地降低油耗、減少污染。
2.發(fā)動機(jī)適用于任何海拔高度地區(qū)，可使用任何標(biāo)號汽油。尤其適用于帶有渦輪
增壓器的發(fā)動機(jī)，可彌補(bǔ)渦輪滯后的缺點(diǎn)。 二 .傳統(tǒng)柴油機(jī)因?yàn)椴裼蜋C(jī)有較高的固定壓縮比，不論大小工況都必須有足夠 的充氣量才能正常工作，其調(diào)整負(fù)荷大小是靠改變噴油量的多少來實(shí)現(xiàn)的。大負(fù)荷時噴油 量大，發(fā)動機(jī)達(dá)到最佳工作狀態(tài)。小負(fù)荷時噴油量很少，大量多余的空氣也要陪同進(jìn)行高壓 縮比壓縮，因此而浪費(fèi)的功耗是不可忽視的。傳統(tǒng)柴油機(jī)為了克服很高的壓縮氣體功耗，必 須有較高怠速轉(zhuǎn)數(shù)，要裝配大質(zhì)量的飛輪維持勻速運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，增加了發(fā)動機(jī)的重量、產(chǎn)生 較大震動，增加了油耗和噪聲污染，這是傳統(tǒng)柴油機(jī)無法克服的固有缺陷。
采用調(diào)整燃燒室的容積大小，及調(diào)整氣門正時的正?；驕?，控制進(jìn)氣量達(dá)到變 壓縮比變排量的目的，這是對傳統(tǒng)柴油機(jī)最具實(shí)質(zhì)意義的改革。其理由如下當(dāng)柴油機(jī)在中 小負(fù)荷時，由可調(diào)氣門正時滯后一定角度，同時協(xié)同附加的節(jié)氣門共同控制，使充入汽缸的 空氣量隨工況按比例減少。同時按比例調(diào)小燃燒室容積，使壓縮比始終保持在設(shè)定范圍內(nèi)， 以保證發(fā)動機(jī)正常工作。其實(shí)質(zhì)是保持固定的工作壓縮比，在變排量模式下工作。這種變 壓縮比、變排量柴油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是 1.小負(fù)荷時壓縮氣體功耗小，可以減小飛輪的轉(zhuǎn)動慣量而降低發(fā)動機(jī)的重量。
2.減小啟動時的空氣量和噴油量，因而降低了啟動負(fù)荷、使冷車啟動較容易。
3.能大幅地減小低轉(zhuǎn)數(shù)時的震動，可以降低怠速的轉(zhuǎn)數(shù)、減少油耗及噪音污染。國 內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)， 一致認(rèn)為變壓縮比發(fā)動機(jī)技術(shù)，能高效地節(jié)能減排。已納入重點(diǎn)研究課 題，已有多篇相關(guān)的專利技術(shù)公布。因所公開的技術(shù)中還存在許多缺點(diǎn)，目前還沒有相關(guān)的 產(chǎn)品成功地投產(chǎn)運(yùn)用。其中，已公開的專利《ZL200610135021.X變壓縮比變排量活塞式發(fā)動機(jī)》。該專利中還存在4點(diǎn)不足之處1.螺旋絲杠的位置設(shè)置不合理，不符合緊湊有效的 設(shè)計原則。改進(jìn)方案是采用將螺旋絲杠平行對稱地設(shè)置在汽缸的兩側(cè)，可最大限度地減小 發(fā)動機(jī)的長度。 2.汽缸體與曲軸箱之間靠螺旋絲杠聯(lián)結(jié)，使螺旋絲杠承受較大的軸向力和側(cè)向 力，影響了機(jī)件的使用壽命。改進(jìn)方案是采用在汽缸體與曲軸箱之間，增設(shè)僅可上下滑動 的鍵槽結(jié)構(gòu)，使之承受側(cè)向力。螺旋絲杠只承受軸向力，這樣可增加發(fā)動機(jī)的整體強(qiáng)度和使 用壽命。還可由其傳導(dǎo)熱量，用以減小上下機(jī)件間的溫差變形。 3.所設(shè)的絲扛及蝸輪等構(gòu)件，設(shè)置在汽缸體與曲軸箱之間，增加了發(fā)動機(jī)高度。改 進(jìn)的方案是利用汽缸體下部至曲軸箱頂面的空間，設(shè)置絲杠與蝸輪等機(jī)件。同時，在汽缸 體下平面的每個汽缸套處，增設(shè)環(huán)繞汽缸套的凸臺結(jié)構(gòu)。使凸臺插入到曲軸箱上與之對應(yīng) 的圓孔內(nèi)，形成可上下滑動的鍵槽結(jié)構(gòu)。這樣結(jié)構(gòu)可以承受由活塞產(chǎn)生的側(cè)向力，可增加汽 缸體與曲軸箱的連接強(qiáng)度，而且能使螺旋絲杠只承受垂直的軸向力，因此能提高發(fā)動機(jī)的 使用壽命。也可以在汽缸體與曲軸箱之間的平面上，另行設(shè)置可上下滑動的鍵槽結(jié)構(gòu)。經(jīng) 改進(jìn)后的新型發(fā)動機(jī)，與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的高度及長度相近，局部寬度有所增加，但是仍可順利 替換同機(jī)型的傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)。 4.封閉汽缸體與曲軸箱之間縫隙的不銹鋼波紋套筒，改進(jìn)為采用焊接到上下機(jī)體 上，可增加密封的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述專利技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明提供一種《活塞式變壓縮比變排 量發(fā)動機(jī)》。其工作原理是在傳統(tǒng)活塞式發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，保留傳統(tǒng)柴油機(jī)及汽油機(jī)的工 作原理。大部分利用原有機(jī)件，重點(diǎn)對汽缸體及曲軸箱做徹底改革。采用調(diào)整缸蓋與曲軸 之間距離的方法，改變?nèi)紵胰莘e，以達(dá)到改變壓縮比的目的。采用調(diào)整氣門正時及升程的 方法，協(xié)同節(jié)氣門控制汽缸充氣量，達(dá)到變排量的目的。 具體方法如下將汽缸體1與曲軸箱5截然分開，成為上下兩個獨(dú)立的構(gòu)件。其間 留一個可調(diào)整的水平縫隙。在上下相鄰的兩個端面之間、汽缸的兩側(cè)，對稱設(shè)置3-4對可調(diào) 整縫隙大小的螺旋絲杠2。螺旋絲杠2的上端旋進(jìn)汽缸體1內(nèi)，下端軸向定位、固定在曲軸 箱5的頂部旋轉(zhuǎn)。當(dāng)統(tǒng)一轉(zhuǎn)動螺旋絲杠2時，汽缸體與曲軸箱之間的縫隙的大小即發(fā)生改 變，因而可改變?nèi)紵业娜莘e，達(dá)到改變壓縮比的目的。 為了使每只汽缸兩側(cè)的螺旋絲杠2同步轉(zhuǎn)動，在每只絲扛的中部固定一個蝸輪4。 多個蝸輪4均與曲軸箱內(nèi)的兩只縱向蝸桿7嚙合，統(tǒng)一傳動。兩只縱向蝸桿7的兩端固定 在曲軸箱內(nèi)的軸承座內(nèi)，其中一端的軸頸經(jīng)軸封引出到曲軸箱外。兩只縱向蝸桿7的軸頸 上均安裝著大傘形齒輪8，與之嚙合的兩只小傘形齒輪9，安裝在同一只橫向設(shè)置的變壓縮 比控制軸IO上，橫軸IO連接到控制電機(jī)11上。為了減小發(fā)動機(jī)長度，也可以在兩只縱軸 的軸頸上安裝兩只鏈輪，改用鏈傳動到控制電機(jī)上。 當(dāng)汽車電腦，根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速及扭矩而測得當(dāng)前功率值時，即可確定對應(yīng)的排 量及對應(yīng)的壓縮比，輸出調(diào)控信號控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，此為自動調(diào)整。還可以根據(jù)汽車行駛情 況，靈活地采用手動調(diào)控壓縮比。兩種調(diào)控模式，都是在發(fā)動機(jī)連續(xù)工作中完成的。正常情 況下，發(fā)動機(jī)減小功率時汽缸壓力減小，燃燒室減小，螺旋絲杠雖處于收緊狀態(tài)，但受力不大。而在加大功率時燃燒室加大，螺旋絲杠趨于放松狀態(tài)，螺旋絲杠受力仍然不大。因此， 控制電機(jī)可在發(fā)動機(jī)運(yùn)行中隨機(jī)動作。缸體與曲軸箱之間可調(diào)縫隙，可按1/10活塞行程長 度內(nèi)確定。因?yàn)槠左w是整體構(gòu)造，缸體的剛度及強(qiáng)度都很大，因此不必要在每只汽缸的兩 側(cè)都設(shè)置絲杠?？筛鶕?jù)發(fā)動機(jī)的工作級別，設(shè)置螺旋絲杠的位置和數(shù)量。對于常用的輕量 級的四缸汽油發(fā)動機(jī)，可采用四只或六只螺旋絲杠，分別設(shè)置在汽缸體的四角及中間。柴油 機(jī)工作強(qiáng)度大，需要依設(shè)計而確定絲杠的設(shè)置數(shù)量及位置。對于V形多缸發(fā)動機(jī)，螺旋絲杠 仍可對稱設(shè)置在曲軸箱的上部、汽缸組的兩側(cè)。 本發(fā)明活塞式變壓縮比變排量發(fā)動機(jī)，在進(jìn)行壓縮比調(diào)整時，氣門凸輪軸與曲軸 的軸心距離也隨之變化。利用其間位移變化，可通過相關(guān)的聯(lián)動機(jī)構(gòu)，控制氣門相位對應(yīng)調(diào) 整。因此，當(dāng)發(fā)動機(jī)大負(fù)荷工作時燃燒室容積最大，進(jìn)氣門提前開啟。當(dāng)發(fā)動機(jī)在小負(fù)荷時 燃燒室容積縮小，進(jìn)氣門滯后打開。再配合節(jié)氣門的作用，使汽缸充氣量按比例減少，因而 達(dá)到變排量的目的。汽缸體的升降位移，還可帶動相關(guān)的聯(lián)動機(jī)構(gòu)，消除因凸輪軸與曲軸之 間的位移，而產(chǎn)生的正時鏈的張馳變化。同樣，還可由此上下的位移，聯(lián)動到氣門升程組件 對凸輪軸的軸承座進(jìn)行高低微調(diào)，以滿足發(fā)動機(jī)在不同功率時對氣門升程的要求。
通過聯(lián)動機(jī)構(gòu)控制氣門正時及升程的變化，能使發(fā)動機(jī)不論大小功率，始終能以 最佳的工作狀態(tài)工作。使本發(fā)明的新型發(fā)動機(jī)，具備了"可變氣門正時、可變氣門升程、可變 壓縮比、可變排量"的高性能發(fā)動機(jī)。這是對傳統(tǒng)活塞式發(fā)動機(jī)的最具實(shí)際意義、最徹底的 改革。尤其當(dāng)今世界能源危機(jī)，迫使人們千方百計地研發(fā)環(huán)保節(jié)能型發(fā)動機(jī)。本發(fā)明的新 型發(fā)動機(jī)，原理簡單，是在成熟的發(fā)動機(jī)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)的，而且還能大部分地 利用傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的機(jī)件。因此，新型發(fā)動機(jī)的研發(fā)費(fèi)用不高，制造容易發(fā)動機(jī)的造價不高。 并且，在盡量不改變原車發(fā)動機(jī)倉的情況下替換傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，有利于迅速地推廣應(yīng)用本項 節(jié)能減排效果顯著的新技術(shù)，也必然會產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。


下面通過具體的實(shí)施例方式，并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。 圖1所示為活塞式變壓縮比變排量發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是螺旋絲杠平面設(shè)置示意圖 圖3是正時鏈傳動及聯(lián)動機(jī)構(gòu)示意圖



其中l(wèi)-汽缸體
4_絲扛蝸輪
2-螺旋絲杠 5_曲軸箱
3-絲杠蝸輪壓蓋 6-不銹鋼波紋套

機(jī)構(gòu)

7-縱向蝸桿 10-小傘齒輪軸 13-排氣凸輪鏈輪
8-縱向蝸桿大傘齒輪
11-壓縮比控制電機(jī)
14-氣門正時鏈
9-小傘齒輪
12-進(jìn)氣凸輪鏈輪
15-氣門正時聯(lián)動
16-氣門正時調(diào)整導(dǎo)輪組 17-曲軸正時鏈輪 如附圖3所示當(dāng)汽缸體1與曲軸箱5之間的距離增大時，由汽缸體1帶動聯(lián)動機(jī) 構(gòu)15，使正時調(diào)整導(dǎo)輪組16繞軸心A點(diǎn)順時針轉(zhuǎn)動一個角度。使左側(cè)導(dǎo)輪向內(nèi)縮進(jìn)右側(cè)導(dǎo) 輪向外突出，右側(cè)的正時鏈張緊，拉動氣門凸輪鏈輪順時針轉(zhuǎn)動一個提前角度。如上，反之就滯后一個角度。提前或滯后角度的大小由A點(diǎn)的位置控制，也可通過水平微調(diào)A點(diǎn)的位 置，附加調(diào)節(jié)氣門正時。
具體實(shí)施例方式
將絲杠蝸輪4固定到螺旋絲杠2的下端，再將絲杠蝸輪壓蓋3套到螺旋絲杠2上。 將絲杠蝸輪壓蓋3連同絲杠及蝸輪，旋進(jìn)曲軸箱5的上面的蝸輪壓蓋孔內(nèi)緊固。將縱向蝸 桿7安裝到曲軸箱內(nèi)的軸承座上，使之與所有絲杠蝸輪相嚙合。將縱向蝸桿大傘齒輪8安 裝到兩只縱向蝸桿7的軸頸上，再將帶有兩只小傘齒輪9的小傘齒輪軸10，安裝到曲軸箱 外面的軸承座上，與壓縮比控制電機(jī)11連接。將汽缸體1置于曲軸箱5的上方，轉(zhuǎn)動壓縮 比控制電機(jī)11使螺旋絲扛2同時轉(zhuǎn)動，使絲杠2旋進(jìn)汽缸體1的絲杠孔內(nèi)。同時汽缸套連 帶的凸臺結(jié)構(gòu)，也插入曲軸箱上平面的孔中。繼續(xù)轉(zhuǎn)動絲杠2，使汽缸體1的下平面與曲軸 箱5的上平面之間，留一可上下調(diào)整的縫隙，縫隙的寬度可按汽缸行程的1/10設(shè)置。將不 銹鋼波紋套筒6的上端焊接到汽缸體1上，下端焊接到曲軸箱5上。
權(quán)利要求
活塞式變壓縮比變排量發(fā)動機(jī)，是由汽缸體、曲軸箱、汽缸、活塞、連桿、氣門及燃油噴射點(diǎn)火系統(tǒng)等零件構(gòu)成的，汽缸體(1)與曲軸箱(5)分為上下相鄰的獨(dú)立構(gòu)件，設(shè)在汽缸兩側(cè)的螺旋絲杠(2)，上端旋進(jìn)汽缸體(1)內(nèi)，下端軸向固定在汽缸體(5)內(nèi)，絲杠蝸輪(4)固定在絲杠(2)上與縱向蝸桿(7)嚙合，縱向蝸桿大傘齒輪(8)固定在縱向蝸桿(7)的軸頸上，與小傘齒輪軸(10)上的兩個小傘齒輪(9)相嚙合，壓縮比控制電機(jī)(11)連接在小傘齒輪軸(10)上，其特征在于汽缸體(1)的下平面，設(shè)有圍繞每個汽缸套向下凸出的管狀結(jié)構(gòu)，將管狀結(jié)構(gòu)插入到曲軸箱(5)上平面所對應(yīng)的園孔內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的活塞式變壓縮比變排量發(fā)動機(jī)，其特征在于汽缸體(1)與曲 軸箱(5)之間設(shè)置有氣門正時聯(lián)動機(jī)構(gòu)(15)，及氣門正時調(diào)整導(dǎo)輪組(16)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣門正時聯(lián)動機(jī)構(gòu)(15)，其特征在于支點(diǎn)A能水平移動。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞式變壓縮比變排量發(fā)動機(jī)，其特征在于用六只螺旋絲杠 (2)分別對稱地設(shè)置在汽缸體前后及中間的兩側(cè)。
5. 不銹鋼波紋套筒(6)的上端焊接在汽缸體(1)上，下端焊接在曲軸箱(5)上。
全文摘要
活塞式變壓縮比變排量發(fā)動機(jī)，它是在傳統(tǒng)的活塞式發(fā)動機(jī)的基礎(chǔ)上，將曲軸箱與汽缸體分為上下兩個獨(dú)立部件。轉(zhuǎn)動設(shè)在缸體與曲軸箱之間的螺旋絲杠，使燃燒室的容積隨之改變，使壓縮比可隨發(fā)動機(jī)功率的大小而變化。它彌補(bǔ)了汽油機(jī)小功率時工作壓縮比小，熱效率低的缺點(diǎn)。通過控制柴油機(jī)汽缸的充氣量，及調(diào)整燃燒室的方法，使之具備變排量、恒壓縮比的目的。能有效地改善柴油機(jī)啟動困難，震動大噪音大，怠速高油耗高污染大的缺點(diǎn)。本發(fā)明是對傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)最實(shí)質(zhì)最徹底的改革，其蘊(yùn)含著極大的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號F02D15/00GK101749122SQ20081022995
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月19日
發(fā)明者么烈 申請人:么烈