一種可變壓縮比發(fā)動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種可變壓縮比發(fā)動機，其特征是汽缸上部有一個可移動的缸蓋，通過一個滑塊來控制缸蓋的上下移動，通過改變汽缸容積的方式來改變發(fā)動機的壓縮比，動力輸出機構為三連桿雙曲軸運動副，做功沖程曲軸轉角增大，相當于增加做功沖程的長度，可以降低發(fā)動機的振動、提高發(fā)動機效率、降低有害物質排放。
【專利說明】—種可變壓縮比發(fā)動機
【技術領域】
[0001]本發(fā)明為一種可變壓縮比發(fā)動機，其特征是汽缸上部有一個可移動的缸蓋，通過一個滑塊來控制缸蓋的上下移動，通過改變汽缸容積的方式來改變發(fā)動機的壓縮比，動力輸出機構為三連桿雙曲軸運動副，做功沖程曲軸轉角增大，相當于增加做功沖程的長度，可以降低發(fā)動機的振動、提高發(fā)動機效率、降低有害物質排放。
【背景技術】
[0002]汽車發(fā)動機至今仍然沒有突破的技術就是可變壓縮比技術，現今全球所有量產的發(fā)動機全部為固定壓縮比發(fā)動機，固定壓縮比發(fā)動機性能穩(wěn)定可靠，經過幾十年的技術革新性能已堪稱完美，但其缺陷也非常明顯，就是固定壓縮比不能適應所有工況要求，致使能效、排放等指標不能進一步提高，雖然各大主機廠都力求在可變壓縮比方面有所突破，也曾提出了多種可變壓縮比的解決方案，但都遇到了無法突破的技術難題和瓶頸，要么結構復雜控制困難成本太高，要么穩(wěn)定性差而無法量產，常見的發(fā)動機結構為單連桿單曲軸結構，雖然簡單高效，但也有其故有的缺陷，那就是做功沖程和壓縮沖程活塞會對汽缸產生很大的側壓力，使摩擦損耗增加。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的可變壓縮比發(fā)動機零件數量少、控制簡單、效率高，壓縮比可以從8到22甚至更大范圍自由變化，采用缸內直噴兩沖程設計，不僅可以解決兩沖程發(fā)動機污染高的問題，還提高發(fā)動機的燃油效率，降低有害物質排放，尤其適合HCCI技術，連桿與曲軸的結構設計成三連桿雙曲軸運動副，活塞不會產生側壓力，使摩擦損耗減少，三連桿雙曲軸結構還可以使做功沖程比壓縮沖程的曲軸的轉角增加，轉動角度超過180度，相當于曲軸做功的距離增加，可以使更多得熱能轉化為機械能，不僅可以提高燃油效率，還可以使發(fā)動機運轉更平穩(wěn)。
[0004]本發(fā)明要解決的技術問題是實現發(fā)動機的壓縮比連續(xù)可調，實現發(fā)動機可變壓縮比的部分由汽缸(11)、缸體(12)、缸蓋(13)、滑塊(14)、膜片彈簧(15)、上蓋(16)、火花塞
(17)、噴油嘴(18)、執(zhí)行器(19)組成，其特征是缸蓋(13)的下部為圓柱形插入到汽缸(11)中可上下移動，缸蓋(13)上裝配有活塞環(huán)和密封圈將汽缸(11)密封，缸蓋(13)上部的兩側各有一個斜面，與滑塊(14)兩側的斜面配合(見圖5)，缸蓋(13)中部的凸臺上裝配膜片彈簧(15)，膜片彈簧(15)通過螺釘固定在缸體(12)的上端面的凹槽內，當滑塊(14)向前移動時，滑塊(14)的斜面驅動缸蓋(13)的斜面使缸蓋(13)向下移動，當滑塊(14)向后移動時，膜片彈簧(15)將缸蓋頂起使缸蓋向上移動，缸蓋(13)的上下移動改變了汽缸內的容積從而實現了發(fā)動機壓縮比的改變，滑塊(14)與執(zhí)行器(19)連接受其驅動可以前后移動，缸蓋(13)上的兩個斜面中間部分是一個中空的凸臺，通過密封圈與上蓋(16)配合避免潤滑油泄漏，中空的凸臺內部裝配火花塞(17)和噴油嘴(18)，缸蓋(13)上下移動時火花塞(17)和噴油嘴(18)跟隨缸蓋(13) —起移動，滑塊(14)下端面為一個平面與缸體(12)的上端面配合可前后滑動，滑塊(14)的上端面也是一個平面與上蓋(16)配合可前后滑動，上蓋(16)通過螺栓固定在缸體(12)上，上蓋(16)和缸體(12)將滑塊(14)牢牢卡住只能前后滑動，上蓋(16)承受來自缸蓋(13)在做功沖程時的所有沖擊力和調整壓縮比時滑塊
(14)移動時所有的壓力，執(zhí)行器(19)與滑塊(14)連接，執(zhí)行器(19)可以是油壓缸、電機驅動的絲杠等等，受發(fā)動機的ECU控制，在不同工況下拖動滑塊(14)到合適的位置，為發(fā)動機提供最合適的壓縮比，對于多缸發(fā)動機而言，可由一個執(zhí)行器控制一個滑塊，一個滑塊控制多個缸蓋，每一個汽缸配一個獨立的缸蓋(13)。
[0005]本發(fā)明的可變壓縮比發(fā)動機的工作原理是:進氣道(9)和排氣道(10)布置在汽缸(11)上，需要外置的壓氣機給汽缸換氣，排氣道(10)的位置高于進氣道，做功沖程末端，活塞(8)首先打開排氣道(10)，做功后的廢氣從排氣道(10)排出，然后，活塞打開進氣道
(9)，缸外的新鮮空氣沖進汽缸(11)完成掃氣，然后，活塞(8)上移先后將進氣道(9)和排氣道(10)封閉，活塞(8)繼續(xù)上移，壓縮汽缸(11)內的氣體，當活塞到達上止點附近時噴油嘴(18)噴油，火花塞(17)點火，缸內的混合氣被點燃，推動活塞(8)及曲軸周而復始往復運動。此設計仍然適用于柴油機，在缸蓋(13)上只保留了噴油嘴(18)，其他結構不變，此時就是一款柴油發(fā)動機。
[0006]此可變壓縮比發(fā)動機的動力輸出部分的結構總共有三種方式:
[0007]第一種方式由左曲軸(I)、右曲軸(2)、左連桿(3)、右連桿(4)、中連桿(5)、左齒輪
(6)、右齒輪(7)、活塞(8)組成的一套三連桿機構與一對平行曲軸連接的運動副(見圖1和圖2)，具體的結構為活塞(8)與中連桿(5)通過活塞銷連接可以自由轉動，左連桿(3)和右連桿(4)對稱布置在中連桿(5)的兩側且長度相等，左連桿(3)和右連桿(4)上端與中連桿(5)通過連桿銷連接可以自由轉動，下端分別與左曲軸(I)和右曲軸(2)的連桿軸連接可以自由轉動，左曲軸⑴和右曲軸⑵平行布置在汽缸(11)下部與汽缸(11)垂直，左曲軸(I)的端部固定連接左齒輪(6)，右曲軸(2)的端部固定連接右齒輪(7)，左齒輪(6)和右齒輪(7)齒數相同相互嚙合使左曲軸(I)和右曲軸(2)轉速相同，轉動方向相反，這種結構的好處是中連桿(5)不論是做功沖程還是壓縮沖程始終與活塞平行運動，活塞對汽缸不產生側壓力，不僅可以減小摩擦損耗，還可以提高活塞和汽缸的壽命，另外，左連桿(3)或右連桿⑷在上止點和下止點的兩個位置處會形成一個相位角，如圖2所示的做功沖程比壓縮沖程多出一個相位角，這就使做功沖程的角位移距離更長，可以使燃料燃燒產生的熱能更多地轉換成機械能，能效更高，發(fā)動機的震動會更小，在下止點處左連桿(3)、右連桿(4)形成的夾角為返回夾角，返回夾角小于180度，返回夾角越接近180度，中連桿(5)在下止點返回時的壓力角越大，越容易形成壓力死角導致發(fā)動機工作不平穩(wěn)，當返回夾角等于180度時就形成了壓力死角發(fā)動機不能正常工作；中連桿(5)與活塞(8)共有三種連接方式，第一種為活塞銷連接(見圖2)，第二種為固定連接(見圖6)即將中連桿和活塞固定連接不能相互移動，第三種方式取了中連桿(5)，將中連桿(5)和活塞(8)做成一個零件(見圖7);左連桿(3)、右連桿(4)與中連桿(5)的連接方式有兩種，第一種為左連桿(3)、右連桿(4)通過連桿銷共同連接在中連桿(5)的一個點上(見圖2)，第二種連接方式為中連桿(5)上有兩個連接孔對稱布置，左連桿(3)、右連桿(4)分別通過獨立的連桿銷與中連桿(5)連接(見圖6、圖7)。
[0008] 第二種方式為(見圖9)，左曲軸(I)、右曲軸(2)相互平行且布置在氣缸(11)和副汽缸(25)之間，汽缸(11)和副汽缸(25)同心，動力輸出系統(tǒng)由活塞(8)、副活塞(26)、左連桿(3)、右連桿⑷與中連桿(5)組成，中連桿(5)的兩端同時連接活塞⑶和副活塞(26)，左連桿(3)、右連桿(4)對稱布置在中連桿(5)的兩側，且與左曲軸(I)和右曲軸
(2)的連桿軸連接可以自由轉動，左曲軸(I)和右曲軸(2)上分別連接左齒輪(6)和右齒輪(7)，左齒輪(6)和右齒輪(7)齒數相同相互嚙合使左曲軸(I)和右曲軸(2)轉速相同，轉動方向相反，汽缸(11)和副汽缸(25)交替點火做功,返回夾角最大可以為180度，不存在壓力死角的問題，使汽缸的做功沖程的角位移距離更長，但副汽缸的做功沖程更短，中連桿(5)與活塞(8)和副活塞(26)的連接方式有三種，第一種為活塞銷連接(見圖9)即中連桿(5)的兩端通過活塞銷連接活塞(8)及副活塞(26)，第二種連接方式為固定連接(見圖10)即中連桿(5)的兩端與活塞(8)和副活塞(26)固定連接不能相互移動，第三種連接方式將中連桿(5)、活塞(8)、副活塞(26)做成一個零件，取消了中連桿(見圖11)，這種結構的好處是一對活塞連接在一起，一個汽缸做功的同時直接為另一個汽缸提供壓縮沖程需要的力，不需要通過曲軸連桿傳遞力，能量傳遞效率高，運轉更平穩(wěn)，特別適合高壓縮比的發(fā)動機，對于HCCI工作模式尤其適合，可以將其中一個汽缸全程定義為HCCI方式工作，不管載荷高低它始終在最合適的HCCI帶寬范圍內工作，另外一個汽缸采用火花塞點火的方式工作，由火花點火的發(fā)動機來補充和提供高載荷時的功率。
[0009]第三種方式由單連桿(20)、單曲軸(21)和活塞(8)組成，連桿曲軸活塞的結構與現有的發(fā)動機連桿曲軸活塞的結構相同(見圖8)，由現有的曲軸連桿結構與可移動缸蓋式的變壓縮比結構組成一臺發(fā)動機，壓縮比可調，動力輸出結構簡單可靠。
[0010]發(fā)明的優(yōu)點
[0011]本發(fā)明的可變壓縮比發(fā)動機，其特征是汽缸上部有一個可移動的缸蓋，通過一個滑塊來控制缸蓋的上下移動，滑塊由執(zhí)行器來驅動，缸蓋的移動改變汽缸容積從而使發(fā)動機的壓縮比變化，經驗證明發(fā)動機壓縮比的改變可以明顯提高發(fā)動機效率，降低有害物質排放，本發(fā)明的移動缸蓋式可變壓縮比發(fā)動機零件數量少、控制簡單、效率高，壓縮比可以從8到22甚至更大范圍自由變化，采用缸內直噴兩沖程設計，不僅可以改掉兩沖程發(fā)動機污染高的問題，還提高發(fā)動機的燃油效率，降低有害物質排放，尤其適合HCCI技術在本發(fā)動機上應用，連桿與曲軸的結構設計成三連桿雙曲軸運動副，活塞不會產生側壓力，使摩擦損耗減少，三連桿雙曲軸結構還可以使做功沖程中曲軸的轉動角度超過180度，相同的沖程長度推動曲軸轉過更多角度，可以使更多得熱能轉化為機械能，不僅可以提高燃油效率，還可以使發(fā)動機運轉更平穩(wěn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為可變壓縮比發(fā)動機的原理圖，其中包含可移動的缸蓋(13)、滑塊(14)，滑塊(14)的移動控制缸蓋(13)上下滑動來改變壓縮比。
[0013]圖2為可變壓縮比發(fā)動機的原理圖的側向視圖，活塞⑶與中連桿(5)、左連桿
(3)、右連桿(4)和左曲軸(I)、右曲軸(2)組成運動副輸出動力。
[0014]圖3為可變壓縮比發(fā)動機的俯視圖，展示滑塊(14)和缸蓋(13)的結構。
[0015]圖4為可變壓縮比發(fā)動機的側剖視圖，展示滑塊(14)和缸蓋(13)的結構。
[0016]圖5為可變壓縮比發(fā)動機的側剖視圖，展示滑塊(14)和移動缸蓋的結構。[0017]圖6和圖7活塞⑶與中連桿(5)連接的結構圖，其中圖7所示的為活塞⑶與中連桿(5)剛性連接，圖8所示的為中連桿(5)與活塞(8)為一個整體。
[0018]圖8為可變壓縮比發(fā)動機的另外一種結構，取消了三連桿雙曲軸的運動副，只保留了單連桿(20)單曲軸(21)的運動副。
[0019]圖9為可變壓縮比發(fā)動機的對置汽缸結構，中連桿(5)同時連接活塞(8)和副活塞(26)，中連桿(5)與一對活塞為剛性連接。
[0020]圖10和圖11所示的結構為中連桿(5)與活塞⑶和副活塞(26)的另外兩種連接方式，圖10的結構為中連桿與活塞(8)和副活塞(26)為活塞銷連接。圖10的結構為取消了中連桿(5)，將活塞(8)、中連桿(5)、副活塞(26)做成一個整體零件。
【具體實施方式】
[0021]發(fā)動機ECU控制執(zhí)行器拖動滑塊來回滑動，滑塊再驅動缸蓋上下移動來改變發(fā)動機的壓縮比，滑塊前進，缸蓋下行，壓縮比變大，反之滑塊后退，缸蓋上行壓縮比變小，當發(fā)動機爆震傳感器探測到爆震后，ECU發(fā)出指令給執(zhí)行器控制滑塊后退減小壓縮比消除爆震，在各種工況ECU會控制執(zhí)行器使用發(fā)動機有最合適的壓縮比，在不產生爆震的情況下盡量讓發(fā)動機在所能承受的最大壓縮比的工況下運轉，從而提高燃油效率，減少排放污染。
【權利要求】
1.一種可變壓縮比發(fā)動機，其特征是實現發(fā)動機可變壓縮比的部分由汽缸(11)、缸體(12)、缸蓋(13)、滑塊(14)、膜片彈簧(15)、上蓋(16)、火花塞(17)、噴油嘴(18)、執(zhí)行器(19)組成，缸蓋(13)的下部為圓柱形插入到汽缸(11)中可上下移動，缸蓋(13)上裝配有活塞環(huán)和密封圈將汽缸(11)密封，缸蓋(13)上部的兩側各有一個斜面，與滑塊(14)兩側的斜面配合，缸蓋(13)中部的凸臺上裝配膜片彈簧(15)，膜片彈簧(15)通過螺釘固定裝配在缸體(12)的上端面的凹槽內，當滑塊(14)向前移動時，滑塊(14)的斜面驅動缸蓋(13)的斜面使缸蓋(13)向下移動，當滑塊(14)向后移動時，膜片彈簧(15)將缸蓋頂起使缸蓋向上移動，缸蓋(13)的上下移動改變了汽缸內的容積從而實現了發(fā)動機壓縮比的改變，滑塊(14)與執(zhí)行器(19)連接受 其驅動可以前后移動，缸蓋(13)上的兩個斜面中間部分是一個中空的凸臺，通過密封圈與上蓋(16)密封避免潤滑油泄漏，中空的凸臺內部裝配火花塞(17)和噴油嘴(18)，缸蓋(13)上下移動時火花塞(17)和噴油嘴(18)跟隨缸蓋(13) 一起移動，滑塊(14)下端面為一個平面與缸體(12)的上端面配合可前后滑動，滑塊(14)的上端面也是一個平面與上蓋(16)配合可前后滑動，上蓋(16)通過螺栓固定在缸體(12)上，上蓋(16)和缸體(12)將滑塊(14)牢牢卡住只能前后滑動，執(zhí)行器(19)受發(fā)動機的ECU控制。
2.如權利要求1所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征是可變壓縮比發(fā)動機的動力輸出結構的第一種方式由左曲軸(I)、右曲軸(2)、左連桿(3)、右連桿(4)、中連桿(5)、左齒輪(6)、右齒輪(7)、活塞⑶組成，活塞⑶與中連桿(5)通過活塞銷連接可以自由轉動，左連桿(3)和右連桿(4)對稱布置在中連桿(5)的兩側且長度相等，左連桿(3)和右連桿(4)上端與中連桿(5)通過連桿銷連接可以自由轉動，下端分別與左曲軸(I)和右曲軸(2)的連桿軸連接可以自由轉動，左曲軸(I)和右曲軸(2)平行布置在汽缸(11)下部與汽缸(11)垂直，左曲軸(I)的端部固定連接左齒輪出)，右曲軸(2)的端部固定連接右齒輪(7)，左齒輪(6)和右齒輪(7)齒數相同相互嚙合使左曲軸(I)和右曲軸(2)轉速相同，轉動方向相反，中連桿(5)始終與活塞平行運動，活塞對汽缸不產生側壓力，做功沖程比壓縮沖程多出一個相位角的距離，返回夾角小于180度，中連桿(5)與活塞(8)共有三種連接方式，第一種為活塞銷連接，第二種為固定連接，第三種將中連桿(5)和活塞(8)做成一個零件，左連桿(3)、右連桿(4)與中連桿(5)的連接方式有兩種，第一種為左連桿(3)、右連桿(4)通過連桿銷共同連接在中連桿(5)的同一個點上，第二種連接方式為中連桿(5)上有兩個連接孔對稱布置，左連桿(3)、右連桿(4)分別通過獨立的連桿銷與中連桿(5)連接。
3.如權利要求1所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征是可變壓縮比發(fā)動機的動力輸出結構的第二種方式，左曲軸(I)、右曲軸(2)相互平行且布置在氣缸(11)和副汽缸(25)之間，汽缸(11)和副汽缸(25)同心，動力輸出結構由活塞(8)、副活塞(26)、左連桿(3)、右連桿(4)與中連桿(5)組成，中連桿(5)的兩端同時連接活塞(8)和副活塞(26)，左連桿(3)、右連桿(4)對稱布置在中連桿(5)的兩側，且與左曲軸(I)和右曲軸(2)的連桿軸連接可以自由轉動，左曲軸⑴和右曲軸⑵上分別連接左齒輪(6)和右齒輪(7)，左齒輪(6)和右齒輪(X)齒數相同相互哨合使左曲軸(I)和右曲軸(2)轉速相同，轉動方向相反,汽缸(11)和副汽缸(25)交替點火做功，返回夾角最大可以為180度，中連桿(5)與活塞(8)、副活塞(26)的連接方式有三種，第一種為中連桿(5)的兩端通過活塞銷連接活塞(8)及副活塞(26)，第二種為中連桿(5)的兩端與活塞(8)和副活塞(26)固定連接，第三種將中連桿(5)、活塞(8)、副活塞(26) 做成一個零件。
【文檔編號】F02B75/24GK104033245SQ201310077000
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月5日 優(yōu)先權日:2013年3月5日
【發(fā)明者】梁天宇 申請人:梁天宇