專利名稱：一種可變壓縮比和可變膨脹比裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于各類往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)的可變壓縮比和可變膨脹比裝置，屬于內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，可變壓縮比和可變膨脹比內(nèi)燃機(jī)是當(dāng)今世界上帶有革命性的最具有發(fā)展?jié)摿Φ膬?nèi)燃機(jī)技術(shù)，對(duì)減少碳排放、減少石油類產(chǎn)品和生物燃料等燃料的消耗具有至關(guān)重要的作用。
雖然在全球已有成千上萬(wàn)項(xiàng)涉及該領(lǐng)域的發(fā)明專利，但至今仍無(wú)商品內(nèi)燃機(jī)上市，其暗含著攻克可變壓縮比和可變膨脹比內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的難度。
1891年由Kitson先生在美國(guó)專利460，642中首次提出這種在一個(gè)熱力循環(huán)中通過(guò)使安裝在連桿軸頸上的偏心套旋轉(zhuǎn)，而使其四個(gè)沖程長(zhǎng)度均發(fā)生改變的結(jié)構(gòu)。
1977年由Clarke先生在美國(guó)專利4，044, 629中，提出了對(duì)上述結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，增加了對(duì)偏心套旋轉(zhuǎn)角度的改變機(jī)構(gòu)，使內(nèi)燃機(jī)方便地應(yīng)用于各種不同工況。這個(gè)改進(jìn)使內(nèi)燃機(jī)效率可以超過(guò)米勒循環(huán)，或阿特金森循環(huán)的效果?？上г搶＠岢龅臋C(jī)構(gòu)只能在單缸內(nèi)燃機(jī)上進(jìn)行，限制了該專利的應(yīng)用。
1999年由Gonzalez先生提出的美國(guó)專利5，927，236和很多其它類似專利均能達(dá)到Clarke先生專利的相同 或相似效果，但均因?yàn)槭骨S的強(qiáng)度大大減少，或者整套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)可靠和低成本化而無(wú)法達(dá)到實(shí)用的程度。
2002年由De Gooi jer先生提出的美國(guó)專利6，349，684，實(shí)現(xiàn)了與Clarke先生專利中同樣的功能，并且其機(jī)構(gòu)能夠在兩缸、四缸和V型內(nèi)燃機(jī)上使用。由此產(chǎn)生了著名的GoEngine，使內(nèi)燃機(jī)效率得到大大地提升。該專利所述的機(jī)構(gòu)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，但該機(jī)構(gòu)行星齒輪安放在曲軸主軸頸中，為了保證行星齒輪的運(yùn)行，在主軸頸中挖出一個(gè)巨大的空間用于安放行星齒輪機(jī)構(gòu)，這使得曲軸主軸頸強(qiáng)度大大減??；同時(shí)，限于結(jié)構(gòu)，其連桿軸頸直徑較小，行星齒輪直徑也小，難以通過(guò)加大尺寸來(lái)提高曲軸強(qiáng)度；此外，齒環(huán)的直徑較大，也使行星齒輪與齒環(huán)的嚙合速度很高，且齒環(huán)剛性不足，影響了內(nèi)燃機(jī)的NVH特性。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可變壓縮比和可變膨脹比裝置，其在曲軸連桿軸頸上安裝偏心套并通過(guò)旋轉(zhuǎn)該偏心套來(lái)改變壓縮比，在內(nèi)燃機(jī)較小負(fù)荷條件下，增加壓縮比、膨脹比，同時(shí)減小排氣沖程長(zhǎng)度，增加缸內(nèi)EGR率，減少吸氣沖程長(zhǎng)度，減少泵氣損失，提高內(nèi)燃機(jī)效率；而在內(nèi)燃機(jī)較大負(fù)荷條件下，降低內(nèi)燃機(jī)壓縮比，增加充氣容量，提高內(nèi)燃機(jī)的輸出，同時(shí)防止內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生爆震。
本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種可變壓縮比和可變膨脹比裝置，安裝在內(nèi)燃機(jī)的曲軸和活塞連桿總成上，所述的曲軸包括有第一主軸頸及其之后依次排列的若干主軸頸和第一連桿軸頸及其之后依次排列的若干連桿軸頸，所述的活塞連桿總成包括有連桿大頭軸瓦，其特征在于:所述的第一主軸頸上開(kāi)設(shè)有第一支承園柱孔，該第一支承園柱孔的軸線與所述曲軸的軸線成一夾角α Φ O，所述若干主軸頸上各自開(kāi)設(shè)有一支承園柱孔，各支承園柱孔的軸線與所述曲軸的軸線重合，或者平行而不重合，或者成一不為零的夾角；
所述的裝置包括有:
執(zhí)行電機(jī)；
蝸桿，與所述執(zhí)行電機(jī)固定連接且軸線與該執(zhí)行電機(jī)的軸線重合；
蝸輪，與所述蝸桿嚙合；
中心齒輪，與所述蝸輪固定連接且其軸線與該蝸輪的軸線重合，該中心齒輪可旋轉(zhuǎn)地套置在所述曲軸上；
第一傳動(dòng)軸，可旋轉(zhuǎn)地穿置于所述第一支承園柱孔中，并且其前后兩端分別伸出該第一支承園柱孔的兩端；
若干傳動(dòng)軸，數(shù)量與所述主軸頸相同，其分別可旋轉(zhuǎn)地一一對(duì)應(yīng)穿置于所述各支承園柱孔中，并且其前后兩端分別伸出各支承園柱孔的兩端；
第一偏心套，可旋轉(zhuǎn)地套置在所述曲軸的第一連桿軸頸與相應(yīng)的連桿大頭軸瓦之間，其具有內(nèi)圓柱表面和外圓柱表面，該內(nèi)圓柱表面中心線和外圓柱表面中心線不重合且具有一偏心距e ；
若干偏心套，數(shù)量與所述連桿軸頸相同，其可旋轉(zhuǎn)地一一對(duì)應(yīng)套置在所述各連桿軸頸與相應(yīng)的連桿大頭軸瓦之間，各偏心套具有內(nèi)圓柱表面和外圓柱表面，該內(nèi)圓柱表面中心線和外圓柱表面中心線不重合且具有一偏心距e ；
第一偏心套前 齒輪，固定安裝于所述第一偏心套的前端，該第一偏心套前齒輪的節(jié)圓圓心與該第一偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合；
若干偏心套前齒輪， 對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各偏心套的前端，各偏心套前齒輪的節(jié)圓圓心與相應(yīng)的偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合；
若干偏心套后齒輪， 對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各偏心套的后端，各偏心套后齒輪的節(jié)圓圓心與相應(yīng)的偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合；
行星齒輪，固定地安裝于所述第一傳動(dòng)軸的前端并與所述中心齒輪相嚙合；
第一傳動(dòng)軸后齒輪，固定地安裝于所述第一傳動(dòng)軸的后端并與所述第一偏心套前齒輪相嚙合；
若干傳動(dòng)軸前齒輪， 對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各傳動(dòng)軸的前端并與前方相鄰偏心套的偏心套后齒輪相嚙合；
若干傳動(dòng)軸后齒輪， 對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各傳動(dòng)軸的后端并與后方相鄰偏心套的偏心套前齒輪相嚙合。
所述的第一支承園柱孔的軸線與所述曲軸的軸線所成夾角α =0，并且平行而不重入口 ο
所述的中心齒輪的齒數(shù)、行星齒輪的齒數(shù)、第一傳動(dòng)軸后齒輪的齒數(shù)和第一偏心套前齒輪的齒數(shù)比I為1:2，即，
I= (Z4/Z31)* (Z32/Z61) =0.5,
或者,所述的中心齒輪的齒數(shù)、行星齒輪的齒數(shù)、第一傳動(dòng)軸后齒輪的齒數(shù)和第一偏心套前齒輪的齒數(shù)比I為1:1，即，
I= (Z4/Z31)* (Z32/Z61) =1,
式中，Z4為中心齒輪的齒數(shù)，Z31為行星齒輪的齒數(shù)，Z32為第一傳動(dòng)軸后齒輪的齒數(shù)，Z61為第一偏心套前齒輪的齒數(shù)。
所述的執(zhí)行電機(jī)為帶有角度編碼器的伺服電機(jī)，所述蝸桿的旋轉(zhuǎn)角度由所述執(zhí)行電機(jī)的角度編碼器認(rèn)定。
所述的若干連桿軸頸的數(shù)量為0、1、2、3、4或者5。
所述的主軸頸包括第二主軸頸、第三主軸頸和第四主軸頸，其分別開(kāi)設(shè)有第二支承園柱孔、第三支承園柱孔和第四支承園柱孔，該第二支承圓柱孔的軸線與所述曲軸的軸線成一不為零的夾角β2，該第三支承圓柱孔的軸線與所述曲軸的軸線成一為零的夾角，該第四支承圓柱孔的軸線與所述曲軸的軸線成一不為零的夾角β4 ;所述的傳動(dòng)軸包括第二傳動(dòng)軸、第三傳動(dòng)軸和第四傳動(dòng)軸，其分別可旋轉(zhuǎn)地穿置于所述第二支承園柱孔、第三支承園柱孔和第四支承園柱孔中；所述的連桿軸頸包括第二連桿軸頸、第三連桿軸頸和第四連桿軸頸；所述的偏心套包括第二偏心套、第三偏心套和第四偏心套，其分別可旋轉(zhuǎn)地套置在所述第二連桿軸頸、第三連桿軸頸和第四連桿軸頸與相應(yīng)的連桿大頭軸瓦之間；所述的偏心套前齒輪包括第二偏心套前齒輪、第三偏心套前齒輪和第四偏心套前齒輪，其分別固定安裝于所述第二偏心套、第三偏心套和第四偏心套的前端；所述的偏心套后齒輪包括第一偏心套后齒輪、第二偏心套后齒輪和第三偏心套后齒輪，其分別固定安裝于所述第一偏心套、第二偏心套和第三偏心套的后端；所述的傳動(dòng)軸前齒輪包括第二傳動(dòng)軸前齒輪、第三傳動(dòng)軸前齒輪和第四傳動(dòng)軸前齒輪，其分別固定安裝于所述第二傳動(dòng)軸、第三傳動(dòng)軸和第四傳動(dòng)軸的前端，并且分別與前方相鄰偏心套的第一偏心套后齒輪、第二偏心套后齒輪和第三偏心套后齒輪相嚙合；所述的傳動(dòng)軸后齒輪包括第二傳動(dòng)軸后齒輪、第三傳動(dòng)軸后齒輪和第四傳動(dòng)軸后齒輪，其分別固定安裝于所述第二傳動(dòng)軸、第三傳動(dòng)軸和第四傳動(dòng)軸的后端，并且分別與后方相鄰偏心套的第二偏心套前齒輪、第三偏心套前齒輪和第四偏心套前齒輪相嚙合。
所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置應(yīng)用于直列式單缸或多缸內(nèi)燃機(jī)、V型、W型、星型或?qū)χ檬讲贾玫亩喔變?nèi)燃機(jī)。
本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明使內(nèi)燃機(jī)的性能指標(biāo)全面改善，特別是油耗顯著降低。
2、本發(fā)明提供了一個(gè)在各種應(yīng)用工況下內(nèi)燃機(jī)缸內(nèi)的良好燃燒環(huán)境，極大地降低了內(nèi)燃機(jī)的有害排放物。
3、由于可變壓縮比，采用本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)對(duì)燃燒何種標(biāo)號(hào)的汽油已不再敏感，可以燃燒多種不同性質(zhì)的燃料，并且即使燃燒液化天然氣、壓縮天然氣、酒精等不同性質(zhì)的燃料，均無(wú)需對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行調(diào)整。
4、本發(fā)明所述的裝置僅采用一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)可順利地從曲軸前端通過(guò)曲軸主軸頸到達(dá)第一連桿軸頸上的偏心套，并傳遞到第二、第三、第四乃至更多氣缸內(nèi)的偏心套上，而同時(shí)并 沒(méi)有使曲軸強(qiáng)度受到不良影響。就是說(shuō)，本發(fā)明采用了現(xiàn)有內(nèi)燃機(jī)采用的普通材料和大致相同的結(jié)構(gòu)，即完成了對(duì)內(nèi)燃機(jī)壓縮比和膨脹比的改變，這意味著在所有VCR和VER方案中，本發(fā)明提供了一套低成本、簡(jiǎn)單而可靠的技術(shù)方案，使采用本發(fā)明的內(nèi)燃機(jī)能夠真正進(jìn)入商品化生產(chǎn)。
5、本發(fā)明采用了一套大減速比的蝸輪蝸桿部件，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)所需要的執(zhí)行電機(jī)的扭矩非常小，其執(zhí)行電機(jī)的功率不超過(guò)150W，針對(duì)100KW的內(nèi)燃機(jī)功率而言，電機(jī)消耗功率可以忽略不計(jì)；該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行動(dòng)作非常迅速，最大行程調(diào)整周期不超過(guò)500毫秒，就通常的調(diào)整而言，僅需不超過(guò)50毫秒時(shí)間，意味著內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行I 3個(gè)循環(huán)內(nèi)即可調(diào)整到位，必要時(shí)，還可縮短這個(gè)調(diào)整時(shí)間；此外，活塞相位的調(diào)整精度很高，其誤差不超過(guò)0.3°曲軸轉(zhuǎn)角；當(dāng)套裝在連桿軸頸上的偏心套受到來(lái)自氣缸爆發(fā)壓力、往復(fù)慣性力和/或曲柄離心力等影響，使該偏心套圍繞連桿軸頸產(chǎn)生附加的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)扭矩時(shí)，由于蝸輪蝸桿的逆向自鎖的特點(diǎn)，使該附加扭矩?zé)o法通過(guò)蝸輪、蝸桿傳遞到執(zhí)行電機(jī)，保證了執(zhí)行電機(jī)的可靠運(yùn)行。因而本發(fā)明具有準(zhǔn)確、快速、可靠、功率消耗小的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖程變化情況。
其中:
I表示齒數(shù)比，
S0表示曲軸未安裝偏心套時(shí)的原始沖程長(zhǎng)度，數(shù)值上等于兩倍曲柄臂長(zhǎng)，
S1表不吸氣沖程，
S2表示壓縮沖程，
S3表示膨脹沖程，
S4表不排氣沖程，
e表示偏心套的偏心距，
TDCl指內(nèi)燃機(jī)第一氣缸活塞處于吸氣開(kāi)始時(shí)的上止點(diǎn)位置，
TDC2指內(nèi)燃機(jī)第一氣缸活塞處于膨脹開(kāi)始時(shí)的上止點(diǎn)位置，
BDCl指內(nèi)燃機(jī)第一氣缸活塞處于壓縮開(kāi)始時(shí)的下止點(diǎn)位置，
BDC2指內(nèi)燃機(jī)第一氣缸活塞處于排氣開(kāi)始時(shí)的下止點(diǎn)位置，
A為內(nèi)燃機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)方向，
B為第一偏心套相對(duì)于第一 連桿軸頸的旋轉(zhuǎn)方向，
Φ為曲軸旋轉(zhuǎn)角，從內(nèi)燃機(jī)第一氣缸活塞TDCl開(kāi)始計(jì)算，
δ為蝸輪相對(duì)于氣缸中心線的夾角，
Θ。為第一偏心套的起始偏心角，θ 0=0.5 δ，
Θ為第一偏心套繞第一連桿軸頸的旋轉(zhuǎn)角，0 = 0。-0.5少，
I 此位置表示:Θ。=0°，Ι=0.5，Φ=0° 或 720°，Θ =0° 或-360°，
II此位置表示:Θ。=0。, 1=0.5, Φ=90° , Θ =-45° ,
III此位置表示:θ 0=0。, 1=0.5, Φ=180° , Θ =-90。,
IV此位置表示:Θ。=0。，1=0.5，Φ=270°，Θ =-135。，
V 此位置表示:Θ。=0。，1=0.5，Φ=360。，Θ =-180。，
VI此位置表示:Θ 0=0°，1=0.5，Φ=450°，Θ =-225。，
YD此位置表示:Θ。=0。，1=0.5，Φ=540°，Θ =-270。，
VDI此位置表示:Θ 0=0°，1=0.5，Φ=630°，Θ =-315。。
圖2為內(nèi)燃機(jī)中低負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖程變化情況。
其中:
I 此位置表示:Θ。=45°，Ι=0.5，Φ=0° 或 720°，Θ =45° 或-315°，
II此位置表示:Θ。=45°，1=0.5，Φ=90。，Θ =0°，
III此位置表示:Θ。=45。, 1=0.5, Φ=180° , Θ =-45° ,
IV此位置表示:Θ。=45。，1=0.5，Φ=270。，Θ =-90。，
V此位置表示:Θ 0=45。，1=0.5，Φ=360。，Θ =-135。，
VI此位置表示:Θ。=45°，1=0.5，Φ=450°，Θ =-180。，
YD此位置表示:Θ。=45°，1=0.5，Φ=540°，Θ =-225。，
VDI此位置表示:Θ。=45°，1=0.5，Φ=630°，Θ =-270。。
圖3為內(nèi)燃機(jī)中高負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖程變化情況。
其中:
θ0=90°，1=0.5，在 1、I1、111、IV、V、V1、VII和VDI所對(duì)應(yīng)的位置，其第一偏心套旋轉(zhuǎn)角Θ按下式計(jì)算:Q = Qtl-0.5Φ。
圖4為內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖程變化情況。
其中:
Θ 0=180。，1=0.5，在 1、I1、II1、IV、V、V1、VII和VDI所對(duì)應(yīng)的位置，其第一偏心套旋轉(zhuǎn)角Θ按下式計(jì)算:Q = Qtl-0.5Φ。
圖5a為內(nèi)燃機(jī)低負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖程變化情況。
其中:
Θ0=180°，1=1，在1、11、111、1￥、乂、/1、1/11和珊所對(duì)應(yīng)的位置，其第一偏心套旋轉(zhuǎn)角Θ按下式計(jì)算:θ = 0^0)。
圖5b為內(nèi)燃機(jī)高負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的沖程變化情況。
其中:
θ0=ο°，1=1，在1、11、111、1￥、乂、/1、1/11和珊所對(duì)應(yīng)的位置，其第一偏心套旋轉(zhuǎn)角Θ按下式計(jì)算:θ = θο_Φ。
圖6為本發(fā)明實(shí)施例1的安裝軸測(cè)圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施例1的分解圖。
圖8為本發(fā)明實(shí)施例1的橫剖面圖。
圖9為圖8的側(cè)視圖。
圖10為本發(fā)明的偏心套及偏心套前后齒輪不意圖。
圖11為本發(fā)明實(shí)施例2的安裝軸測(cè)圖。
圖12a為本發(fā)明實(shí)施例2的橫剖面圖。
圖12b為圖12a的側(cè)視圖。
圖12c為圖12a的B-B剖視圖。
圖13a為本發(fā)明實(shí)施例3的橫剖面圖。
圖13b為圖13a的側(cè)視圖。
圖13c為圖13a的E-E剖視圖。
圖14為本 發(fā)明實(shí)施例5的軸測(cè)圖。
圖15a為本發(fā)明實(shí)施例5的橫剖面圖。
圖15b為圖15a的側(cè)視圖。
圖16a為為圖15a的F-F剖視圖。
圖16b為為圖15a的G-G剖視圖。
圖16c為圖15a的H-H剖視圖。
圖中，
I執(zhí)行電機(jī)，2蝸桿，3蝸輪，4中心齒輪，5活塞連桿總成，
10前軸頸，11第一主軸頸，12第二主軸頸，13第三主軸頸，14第四主軸頸，
21第一傳動(dòng)軸，22第二傳動(dòng)軸，23第三傳動(dòng)軸，24第四傳動(dòng)軸，
31行星齒輪,32第一傳動(dòng)軸后齒輪，
33第二傳動(dòng)軸前齒輪，34第二傳動(dòng)軸后齒輪，
35第三傳動(dòng)軸前齒輪，36第三傳動(dòng)軸后齒輪，
37第四傳動(dòng)軸前齒輪，38第四傳動(dòng)軸后齒輪，
41第一連桿軸頸，42第二連桿軸頸，43第三連桿軸頸，44第四連桿軸頸，
51第一偏心套，52第二偏心套，53第三偏心套，54第四偏心套，
61第一偏心套前齒輪,62第一偏心套后齒輪，
63第二偏心套前齒輪，64第二偏心套后齒輪，
65第三偏心套前齒輪，66第三偏心套后齒輪，
67第四偏心套前齒輪，
100曲軸，200可變壓縮比和可變膨脹比裝置，
210第一傳動(dòng)軸·軸線，220第二傳動(dòng)軸軸線，230第三傳動(dòng)軸軸線，240第四傳動(dòng)軸軸線，
0-0曲軸軸線，
O’ -O’第一連桿軸頸軸線，
α第一傳動(dòng)軸軸線與曲軸軸線夾角，
β 2第二傳動(dòng)軸軸線與曲軸軸線夾角，
β4第四傳動(dòng)軸軸線與曲軸軸線夾角，
δ蝸輪相對(duì)于氣缸中心線的夾角，
Φ曲軸旋轉(zhuǎn)角，
Θ第一偏心套相對(duì)于第一連桿軸頸的旋轉(zhuǎn)角，
Θ。第一偏心套的起始偏心角。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了一種用于內(nèi)燃機(jī)的可變壓縮比(Variable Compression Ratio)和可變膨脹比(Variable Expansion Ratio)裝置。該裝置可使內(nèi)燃機(jī)在吸氣、壓縮、膨脹和排氣沖程在一個(gè)熱力循環(huán)中發(fā)生有利于提高內(nèi)燃機(jī)效率方向的改變，同時(shí)，無(wú)論內(nèi)燃機(jī)處在全負(fù)荷還是部分負(fù)荷均能得到較高的效率。
請(qǐng)參閱圖7，所述可變壓縮比和可變膨脹比裝置200安裝在內(nèi)燃機(jī)的曲軸100和活塞連桿總成5上；所述的曲軸5包括有前軸頸、第一主軸頸及其之后依次排列的若干主軸頸、第一連桿軸頸41及其之后依次排列的若干連桿軸頸和后主軸頸；所述的第一主軸頸上開(kāi)設(shè)有第一支承園柱孔，該第一支承園柱孔的軸線與所述曲軸的軸線成一夾角α古0，也可以是α =0，并且平行而不重合；所述若干主軸頸上各自開(kāi)設(shè)有一支承園柱孔，各支承園柱孔的軸線與所述曲軸的軸線重合，或者平行而不重合，或者成一不為零的夾角；當(dāng)該支承園柱孔的軸線與所述曲軸的軸線平行而不重合時(shí)，支承圓柱孔軸線的位置可在主軸頸中心左右兩側(cè)任選其一。所述的若干連桿軸頸的數(shù)量為0、1、2、3、4或者5，換言之，本發(fā)明所述裝置能夠用于單缸或雙缸、三缸、四缸、五缸、六缸等多缸內(nèi)燃機(jī)中，包括直列式單缸或多缸內(nèi)燃機(jī)、V型、W型、星型或?qū)χ檬讲贾玫亩喔變?nèi)燃機(jī)。
所述的活塞連桿總成5包括有活塞和連桿大頭孔，該活塞可移動(dòng)地安裝于內(nèi)燃機(jī)的氣缸之內(nèi)，該連桿大頭孔內(nèi)安裝有連桿大頭軸瓦。
所述的裝置包括有:執(zhí)行電機(jī)、蝸桿、蝸輪、中心齒輪、第一傳動(dòng)軸、若干傳動(dòng)軸、第一偏心套、若干偏心套、第一偏心套前齒輪、若干偏心套前齒輪、若干偏心套后齒輪、行星齒輪、第一傳動(dòng)軸后齒輪、若干傳動(dòng)軸前齒輪和若干傳動(dòng)軸后齒輪。
所述的執(zhí)行電機(jī)為伺服電機(jī)，帶有角度編碼器。
所述的蝸桿與所述執(zhí)行電機(jī)固定連接，并且該蝸桿的軸線與該執(zhí)行電機(jī)的軸線重合；所述蝸桿的旋轉(zhuǎn)角度由所述執(zhí)行電機(jī)的角度編碼器認(rèn)定。
所述的蝸輪與所述蝸桿嚙合，其采用較大的減速比，如50:1，并且具有逆向運(yùn)動(dòng)傳遞自鎖功能。
所述的中心齒輪與所述蝸輪固定連接，并且其軸線與該蝸輪的軸線重合，該中心齒輪可旋轉(zhuǎn)地套置在所述曲軸上。
所述的第一傳動(dòng)軸可旋轉(zhuǎn)地穿置于所述第一支承園柱孔中，并且其前后兩端分別伸出該第一支承園柱孔的兩端。
所述的若干傳動(dòng)軸的數(shù)量與所述主軸頸相同，其分別可旋轉(zhuǎn)地一一對(duì)應(yīng)穿置于所述各支承園柱孔中，并且其前后兩端分別伸出各支承園柱孔的兩端。
所述的第一偏心套可旋轉(zhuǎn)地套置在所述曲軸的第一連桿軸頸與相應(yīng)的連桿大頭軸瓦之間，其具有內(nèi)圓柱表面和外圓柱表面，該內(nèi)圓柱表面中心線和外圓柱表面中心線不重合且具有一偏心距e。
所述的若干偏心套的數(shù)量與所述連桿軸頸相同，其可旋轉(zhuǎn)地一一對(duì)應(yīng)套置在所述各連桿軸頸與相應(yīng)的連桿大頭軸瓦之間，各偏心套具有內(nèi)圓柱表面和外圓柱表面，該內(nèi)圓柱表面中心線和外圓柱表面中心線不重合且具有一偏心距e。
所述的第一偏心套和若干偏心套可以是由兩個(gè)半圓套之間用螺栓連接的組合偏心套；也可以是整體偏心套。各偏心套的內(nèi)圓柱表面安裝有軸瓦。
所述的第一偏心套前齒輪固定安裝于所述第一偏心套的前端，該第一偏心套前齒輪的節(jié)圓圓心與該第一偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合。
所述的若干偏心套前齒輪對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各偏心套的前端，各偏心套前齒輪的節(jié)圓圓心與相應(yīng)的偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合。
所述的若干偏心套后齒輪對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各偏心套的后端，各偏心套后齒輪的節(jié)圓圓心與相應(yīng)的偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合。
所述的行星齒輪固定地安裝于所述第一傳動(dòng)軸的前端并與所述中心齒輪相嚙合。
所述的第一傳動(dòng)軸后齒輪固定地安裝于所述第一傳動(dòng)軸的后端并與所述第一偏心套前齒輪相嚙合。
所述的若干傳動(dòng)軸前齒輪對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各傳動(dòng)軸的前端并與前方相鄰偏心套的偏心套后齒輪相嚙合。
所述的若干傳動(dòng)軸后齒輪對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各傳動(dòng)軸的后端并與后方相鄰偏心套的偏心套前齒輪相嚙合。
所有齒輪的輪齒可以是直齒、斜齒或曲(螺旋)齒。
所述的中心齒輪的齒數(shù)、行星齒輪的齒數(shù)、第一傳動(dòng)軸后齒輪的齒數(shù)和第一偏心套前齒輪的齒數(shù)比I為1:2，即，
I= (Z4/Z31)* (Z32/Z61) =0.5,
或者,所述的中心齒輪的齒數(shù)、行星齒輪的齒數(shù)、第一傳動(dòng)軸后齒輪的齒數(shù)和第一偏心套前齒輪的齒數(shù)比I為1:1，即，
I= (Z4/Z31)* (Z32/Z61) =1,
式中，Z4為中心齒輪的齒數(shù)，Z31為行星齒輪的齒數(shù)，Z32為第一傳動(dòng)軸后齒輪的齒數(shù)，Z61為第一偏心套前齒輪的齒數(shù)。
本發(fā)明所述可變壓縮比和可變膨脹比裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)依次驅(qū)動(dòng)各連桿軸頸上的偏心套旋轉(zhuǎn)一角度來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)沖程長(zhǎng)度的改變，從而改變內(nèi)燃機(jī)的壓縮比和膨脹比。
本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)只采用了一個(gè)執(zhí)行電機(jī)、一個(gè)蝸桿、一個(gè)蝸輪、一個(gè)中心齒輪和一個(gè)行星齒輪，即只有一個(gè)動(dòng)力源和一套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因此具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗小、低成本、可靠快速的優(yōu)點(diǎn)。該執(zhí)行電機(jī)、蝸輪、蝸桿、中心齒輪、行星齒輪等構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以置放在內(nèi)燃機(jī)曲軸的前端，或置放于曲軸的后端，甚至置于曲軸的中間。
本發(fā)明的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由各傳動(dòng)軸、傳動(dòng)軸前后齒輪、偏心套前后齒輪構(gòu)成，前端的偏心套前齒輪被與之相嚙合的傳動(dòng)軸后齒輪驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，偏心套和其后端的偏心套后齒輪隨之被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)而使與該偏心套后齒輪相嚙合的后端的傳動(dòng)軸前齒輪旋轉(zhuǎn)，從而通過(guò)一條運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈將運(yùn)動(dòng)逐級(jí)傳遞到各偏心套。
本發(fā)明的偏心套是通過(guò)旋轉(zhuǎn)直接改變沖程長(zhǎng)度的構(gòu)件，當(dāng)所述的偏心套繞所述連桿軸頸旋轉(zhuǎn)時(shí)，該偏心套外圓柱表面的圓心以所述的偏心距e為半徑繞所述的偏心套內(nèi)圓柱表面圓心旋轉(zhuǎn)，各偏心套繞其各自連桿軸頸的旋轉(zhuǎn)改變了內(nèi)燃機(jī)活塞的運(yùn)動(dòng)軌跡，使內(nèi)燃機(jī)在同一個(gè)熱力循環(huán)中的吸氣、壓縮、膨脹和排氣沖程均發(fā)生改變。
所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置適用于直列式內(nèi)燃機(jī)單缸、多缸；也適用于V型，W型，星型布置和對(duì)置式布置的多缸內(nèi)燃機(jī)。
本發(fā)明的工作原理如下:
內(nèi)燃機(jī)通過(guò)對(duì)執(zhí)行電機(jī)所攜帶的角度編碼器位置的判斷，獲得蝸輪的轉(zhuǎn)角δ的位置，該位置決定了偏心套起始偏心角Qtl，即決定了此時(shí)的實(shí)際壓縮比和膨脹比值，內(nèi)燃機(jī)E⑶(圖中未顯示)再通過(guò)對(duì)駕駛員操作意圖的對(duì)比，計(jì)算出所需調(diào)整的目標(biāo)壓縮比值，換算出新的蝸輪目標(biāo)轉(zhuǎn)角，并向執(zhí)行電機(jī)發(fā)出處理指令，使其正向或逆向調(diào)整。執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn) ，進(jìn)一步帶動(dòng)蝸輪、中心齒輪以及整套可變壓縮比和可變膨脹比裝置來(lái)完成全部偏心套相對(duì)于各自連桿軸頸的旋轉(zhuǎn)角度的調(diào)整，最終達(dá)到改變內(nèi)燃機(jī)壓縮比和膨脹比的目的。
當(dāng)需要改變內(nèi)燃機(jī)壓縮比和膨脹比時(shí)，所述執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿使與之相嚙合的蝸輪和中心齒輪一并繞曲軸中心旋轉(zhuǎn),并驅(qū)動(dòng)行星齒輪、第一傳動(dòng)軸及其后端的第一傳動(dòng)軸后齒輪、以及套裝在第一連桿軸頸上的第一偏心套前齒輪和第一偏心套旋轉(zhuǎn)；依次,第一偏心套的偏心套后齒輪驅(qū)動(dòng)與之依次嚙合的后方的各傳動(dòng)軸前后齒輪、偏心套前后齒輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)后方的各偏心套旋轉(zhuǎn)，至此，執(zhí)行電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗袣飧字械钠奶装凑找?guī)定的傳動(dòng)比同步同方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)所述執(zhí)行電機(jī)不旋轉(zhuǎn)而所述曲軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，與執(zhí)行電機(jī)相連接的蝸桿、蝸輪和中心齒輪均相對(duì)氣缸體不旋轉(zhuǎn)；而行星齒輪則在隨曲軸的旋轉(zhuǎn)而繞中心齒輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，也繞自身的中心旋轉(zhuǎn)，而與行星齒輪相連接的第一傳動(dòng)軸、第一傳動(dòng)軸后齒輪、第一偏心套前齒輪以及所有其它傳動(dòng)軸、傳動(dòng)軸前后齒輪、偏心套前后齒輪以及偏心套均同時(shí)隨行星齒輪的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。即:曲軸自身的旋轉(zhuǎn)將驅(qū)動(dòng)安裝在其上的可變壓縮比和可變膨脹比裝置中除蝸輪和中心齒輪外的其余構(gòu)件旋轉(zhuǎn)。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1
本實(shí)施例用于直列四缸內(nèi)燃機(jī)。請(qǐng)參閱圖6、圖7和圖8，圖示可變壓縮比和可變膨脹比裝置200安裝在內(nèi)燃機(jī)的曲軸100和活塞連桿總成5上。
所述的活塞連桿總成5為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括有活塞、活塞銷、連桿蓋、連桿體和連桿大頭孔，該活塞可移動(dòng)地安裝于內(nèi)燃機(jī)的氣缸之內(nèi)，該連桿大頭孔內(nèi)安裝有連桿大頭軸瓦。
為了將偏心套套裝在連桿軸頸上，所述的曲軸100采用分體式結(jié)構(gòu)。該曲軸100包括有前軸頸10、第一主軸頸11及其之后依次排列的若干主軸頸、第一連桿軸頸41及其之后依次排列的若干連桿軸頸和后主軸頸。所述的第一主軸頸11上開(kāi)設(shè)有第一支承園柱孔，該第一支承園柱孔的軸線與所述曲軸100的軸線成一夾角α古O。所述的若干主軸頸包括第二主軸頸12、第三主軸頸13和第四主軸頸14，其分別開(kāi)設(shè)有第二支承園柱孔、第三支承園柱孔和第四支承園柱孔，該第二支承圓柱孔的軸線與所述曲軸100的軸線成一不為零的夾角β2，該第三支承圓柱孔的軸線與所述曲軸的軸線相互平行而不重合，該第四支承圓柱孔的軸線與所述曲軸100的軸線成一不為零的夾角β4。所述的若干連桿軸頸的數(shù)量為3，其包括第二連桿軸頸42、第三連桿軸頸43和第四連桿軸頸44，這意味著本實(shí)施例為一四缸內(nèi)燃機(jī)。
所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置200包括有:執(zhí)行電機(jī)1、蝸桿2、蝸輪3、中心齒輪4、第一傳動(dòng)軸21、若干傳動(dòng)軸、第一偏心套51、若干偏心套、第一偏心套前齒輪61、若干偏心套前齒輪、若干偏心套后齒輪、行星齒輪31、第一傳動(dòng)軸后齒輪32、若干傳動(dòng)軸前齒輪和若干傳動(dòng)軸后齒輪。
所述的執(zhí)行電機(jī)I為伺服電機(jī)，帶有角度編碼器(圖中未顯示)。
所述的蝸桿2與所述執(zhí)行電機(jī)I固定連接，并且該蝸桿2的軸線與該執(zhí)行電機(jī)I的軸線重合；所述蝸桿2的旋轉(zhuǎn)角度由所述執(zhí)行電機(jī)I的角度編碼器認(rèn)定。
所述的蝸輪3 與所述蝸桿2嚙合，其采用較大的減速比50:1，并且具有逆向運(yùn)動(dòng)傳遞自鎖功能。
所述的中心齒輪4與所述蝸輪3固定連接，并且其軸線與該蝸輪3的軸線重合，該中心齒輪4可旋轉(zhuǎn)地套置在所述曲軸100的前軸頸10上。
所述的第一傳動(dòng)軸21可旋轉(zhuǎn)地穿置于所述第一支承園柱孔中，并且其前后兩端分別伸出該第一支承園柱孔的兩端。
所述的若干傳動(dòng)軸的數(shù)量與所述主軸頸相同，包括第二傳動(dòng)軸22、第三傳動(dòng)軸23和第四傳動(dòng)軸24，其分別可旋轉(zhuǎn)地穿置于所述第二支承園柱孔、第三支承園柱孔和第四支承園柱孔中，并且前后兩端分別伸出各支承園柱孔的兩端。
參見(jiàn)圖10，所述的第一偏心套51可旋轉(zhuǎn)地套置在所述曲軸100的第一連桿軸頸41與相應(yīng)的連桿大頭軸瓦之間,其具有內(nèi)圓柱表面和外圓柱表面,該內(nèi)圓柱表面中心線和外圓柱表面中心線不重合且具有一偏心距e。
所述的若干偏心套的數(shù)量與所述連桿軸頸相同，包括第二偏心套52、第三偏心套53和第四偏心套54，其分別可旋轉(zhuǎn)地套置在所述第二連桿軸頸42、第三連桿軸頸43和第四連桿軸頸44與相應(yīng)的連桿大頭軸瓦之間；各偏心套具有內(nèi)圓柱表面和外圓柱表面,該內(nèi)圓柱表面中心線和外圓柱表面中心線不重合且具有一偏心距e (參見(jiàn)圖10)。
所述的第一偏心套51、第二偏心套52、第三偏心套53和第四偏心套54是整體偏心套，各偏心套的內(nèi)圓柱表面安裝有軸瓦。
所述的第一偏心套前齒輪61固定安裝于所述第一偏心套51的前端，該第一偏心套前齒輪61的節(jié)圓圓心與該第一偏心套51的內(nèi)圓柱表面圓心重合。
所述的若干偏心套前齒輪包括第二偏心套前齒輪63、第三偏心套前齒輪65和第四偏心套前齒輪67，其分別固定安裝于所述第二偏心套52、第三偏心套53和第四偏心套54的前端，各偏心套前齒輪的節(jié)圓圓心與相應(yīng)的偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合。
所述的若干偏心套后齒輪包括第一偏心套后齒輪62、第二偏心套后齒輪64和第三偏心套后齒輪66，其分別固定安裝于所述第一偏心套52、第二偏心套53和第三偏心套54的后端，各偏心套后齒輪的節(jié)圓圓心與相應(yīng)的偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合。
所述的行星齒輪31固定地安裝于所述第一傳動(dòng)軸21的前端并與所述中心齒輪4相Ρ 合。
所述的第一傳動(dòng)軸后齒輪32固定地安裝于所述第一傳動(dòng)軸21的后端并與所述第一偏心套前齒輪61相哨合。
所述的若干傳動(dòng)軸前齒輪包括第二傳動(dòng)軸前齒輪33、第三傳動(dòng)軸前齒輪35和第四傳動(dòng)軸前齒輪37，其分別固定安裝于所述第二傳動(dòng)軸22、第三傳動(dòng)軸23和第四傳動(dòng)軸24的前端，并且分別與前方相鄰偏心套的第一偏心套后齒輪62、第二偏心套后齒輪64和第三偏心套后齒輪66相嚙合。
所述的若干傳動(dòng)軸后齒輪包括第二傳動(dòng)軸后齒輪34、第三傳動(dòng)軸后齒輪36和第四傳動(dòng)軸后齒輪38，其分別固定安裝于所述第二傳動(dòng)軸22、第三傳動(dòng)軸23和第四傳動(dòng)軸24的后端，并且分別與后方相鄰偏心套的第二偏心套前齒輪63、第三偏心套前齒輪65和第四偏心套前齒輪67相嚙合。
所有齒輪的輪齒為直齒、斜齒或曲(螺旋)齒。
所述的中心齒輪4的齒數(shù)Z4、行星齒輪31的齒數(shù)Z31、第一傳動(dòng)軸后齒輪32的齒數(shù)Z32和第一偏心套前齒輪61的齒數(shù) Z61的齒數(shù)比I為1:2，S卩，I= (Ζ4/Ζ31)* (Ζ32/Ζ61)=0.5。
下面說(shuō)明實(shí)施例1改變壓縮比和改變膨脹比的運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程:
參見(jiàn)圖8，當(dāng)執(zhí)行電機(jī)I旋轉(zhuǎn)時(shí)，套裝在曲軸100的前軸頸10上的蝸桿2、蝸輪3和中心齒輪4被執(zhí)行電機(jī)I驅(qū)動(dòng)，并圍繞曲軸100的軸線0-0旋轉(zhuǎn)，此時(shí)蝸輪2相對(duì)于氣缸中心線的夾角δ (見(jiàn)圖9)發(fā)生改變；進(jìn)一步，依次將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到行星齒輪31、第一傳動(dòng)軸21、第一傳動(dòng)軸后齒輪32、第一偏心套前齒輪61、第一偏心套51、第一偏心套后齒輪62、第二傳動(dòng)軸前齒輪33、第二傳動(dòng)軸22、第二傳動(dòng)軸后齒輪34、第二偏心套前齒輪63、第二偏心套52、第二偏心套后齒輪64、第三傳動(dòng)軸前齒輪35、第三傳動(dòng)軸23、第三傳動(dòng)軸后齒輪36、第三偏心套前齒輪65、第三偏心套53、第三偏心套后齒輪66、第四傳動(dòng)軸前齒輪37、第四傳動(dòng)軸24、第四傳動(dòng)軸后齒輪38、第四偏心套前齒輪67和第四偏心套54 ;從而，第一偏心套51圍繞第一連桿軸頸41、第二偏心套52圍繞第二連桿軸頸42、第三偏心套53圍繞第三連桿軸頸43和第四偏心套54圍繞第四連桿軸頸44同時(shí)同步旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)執(zhí)行電機(jī)I不旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述蝸桿2、蝸輪3和中心齒輪4也不旋轉(zhuǎn)，但當(dāng)曲軸100旋轉(zhuǎn)時(shí)，安裝在曲軸100上的行星齒輪31也隨曲軸100 —起繞其軸線0-0旋轉(zhuǎn)，由于中心齒輪4與行星齒輪31相互嚙合(此時(shí)中心齒輪4固定不動(dòng))，因此將導(dǎo)致行星齒輪31在繞中心齒輪4進(jìn)行公轉(zhuǎn)的同時(shí)，也繞其自身的軸線210自轉(zhuǎn)，該自轉(zhuǎn)進(jìn)一步將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)同時(shí)同步傳遞到每一個(gè)偏心套。
安裝在第一主軸頸11內(nèi)的第一傳動(dòng)軸21的軸線210與曲軸100的軸線0_0的夾角α，安裝在第二主軸頸12 內(nèi)的第二傳動(dòng)軸22的軸線220與曲軸100的軸線0-0的夾角β 2，安裝在第三主軸頸13內(nèi)的第三傳動(dòng)軸23的軸線230與曲軸100的軸線0-0的夾角，以及安裝在第四主軸頸14內(nèi)的第四傳動(dòng)軸24的軸線240與曲軸100的軸線0-0的夾角β 4，當(dāng)上述參數(shù)選擇正確時(shí)，中心齒輪4與行星齒輪31，第一傳動(dòng)軸后齒輪32與第一偏心套前齒輪61，第一偏心套后齒輪62與第二傳動(dòng)軸前齒輪33，第二傳動(dòng)軸后齒輪34與第二偏心套前齒輪63，第二偏心套后齒輪64與第三傳動(dòng)軸前齒輪35，第三傳動(dòng)軸后齒輪36與第三偏心套前齒輪65，第三偏心套后齒輪66與第四傳動(dòng)軸前齒輪37，第四傳動(dòng)軸后齒輪38與第四偏心套前齒輪67，均能保持精準(zhǔn)的齒輪嚙合關(guān)系。
下面結(jié)合

改變壓縮比和膨脹比原理:
為了改變壓縮比和膨脹比，必須改變第一偏心套51相對(duì)于第一連桿軸頸41的旋轉(zhuǎn)角Θ和起始偏心角％ (僅對(duì)第一氣缸的狀態(tài)進(jìn)行描述，其它氣缸同理)。
關(guān)于第一偏心套51的旋轉(zhuǎn)角Θ:
參見(jiàn)圖la，第一偏心套51的旋轉(zhuǎn)角Θ定義為:曲軸第一主軸頸11的中心O和第一連桿軸頸41的中心O’之連線與第一偏心套51偏心方向(圖中箭頭的指向)的夾角。當(dāng)?shù)谝贿B桿軸頸41處于曲軸轉(zhuǎn)角90度的位置II時(shí)，第一偏心套51的旋轉(zhuǎn)角Θ =-45°。
第一偏心套51的旋轉(zhuǎn)角Θ是曲軸100轉(zhuǎn)角Φ的函數(shù)，即:Θ =f (Φ)，參見(jiàn)圖8，當(dāng)中心齒輪4的齒數(shù)Z4、行星齒輪31的齒數(shù)Z31、第一傳動(dòng)軸后齒輪32的齒數(shù)Z32和第一偏心套齒輪61的齒數(shù)Z61，上述四個(gè)齒輪的齒數(shù)比I為1:2，即:(Ζ4/Ζ31)* (Ζ32/Ζ61)=0.5，第一偏心套51的旋轉(zhuǎn)角Θ與曲軸100轉(zhuǎn)角Φ的關(guān)系式為:Θ = θ 0-0.5Φ，就是說(shuō)，當(dāng)Θ『0，曲軸100繞軸線0-0旋轉(zhuǎn)360度時(shí)，第一偏心套51圍繞第一連桿軸線O’-O’旋轉(zhuǎn)-180度，其中號(hào)表不與曲軸100旋轉(zhuǎn)方向相反。
參見(jiàn)圖5，當(dāng)上述四個(gè)齒輪的齒數(shù)比:1= (Z4/Z31)* (Z32/Z61)=l時(shí)，第一偏心套51的旋轉(zhuǎn)角Θ與曲軸100轉(zhuǎn)角Φ的關(guān)系式為:Θ = θ 。當(dāng)Θ fO，曲軸100繞軸線0-0旋轉(zhuǎn)360度時(shí)，第一偏心套51圍繞第一連桿軸線O’ -O’旋轉(zhuǎn)-360度。
關(guān)于第一偏心套51的起始偏心角Θ。:
參見(jiàn)圖2a，第一偏心套51的起始偏心角Θ ^定義為:當(dāng)?shù)谝贿B桿軸頸41處于圖示的位置I時(shí)，活塞達(dá)到TDCl點(diǎn)，該點(diǎn)表示第一氣缸活塞處于吸氣開(kāi)始的上止點(diǎn)，此時(shí)的第一偏心套51的偏心方向和第一主軸頸11的中心O與第一連桿軸頸41中心O’兩點(diǎn)連線之夾角。圖2a所示，第一偏心套51的起始偏心角0^=45°。
第一偏心套51的起始偏心角Θ ^為蝸輪3和中心齒輪4的轉(zhuǎn)角δ的函數(shù)，gp:θρΠδ)，參見(jiàn)圖9，角度δ為蝸輪3以及中心齒輪4相對(duì)于氣缸中心線的夾角。當(dāng)中心齒輪4的齒數(shù)Z4、行星齒輪31的齒數(shù)Z31、第一傳動(dòng)軸后齒輪32的齒數(shù)Z32和第一偏心套前齒輪61的齒數(shù)Z61，上述四個(gè)齒輪的齒數(shù)比I為1:2，即:(Ζ4/Ζ31)* (Ζ32/Ζ61)=0.5時(shí)，第一偏心套51的起始偏心角Θ ^與蝸輪3轉(zhuǎn)角δ的關(guān)系式為:θ 0=0.5 δ，就是說(shuō)，當(dāng)蝸輪3和中心齒輪4繞曲軸100軸線0-0旋轉(zhuǎn)360度時(shí)，第一偏心套51繞第一連桿軸線O’-O’旋轉(zhuǎn)180度；當(dāng)上述四個(gè)齒輪的齒數(shù)比:1= (Z4/Z31) * (Z32/Z61) =1時(shí)，第一偏心套51的起始偏心角θ ο與蝸輪3轉(zhuǎn)角δ的關(guān)系式為:Qtl= δ。就是說(shuō)，當(dāng)蝸輪3和中心齒輪4繞曲軸100軸線0-0旋轉(zhuǎn)360度時(shí)，第一偏心套51繞第一連桿軸線0’-0’也旋轉(zhuǎn)360度。圖5a所示，第一偏心套51的起始偏心角Qtl=ISiT。
當(dāng)?shù)谝黄奶?1的起始偏心角Θ ^不改變時(shí)，執(zhí)行電機(jī)I固定在內(nèi)燃機(jī)缸體(圖中未顯示)上不動(dòng)，與之連接在一起的蝸桿2、蝸輪3和中心齒輪4均相對(duì)于缸體固定不動(dòng)。當(dāng)曲軸100繞0-0線旋轉(zhuǎn)時(shí)，安裝在曲軸100上的行星齒輪31繞曲軸0-0線公轉(zhuǎn)，由于行星齒輪31與中心齒輪4相互嚙合，這將促使行星齒輪31繞曲軸0-0公轉(zhuǎn)的同時(shí)，也繞其自身的軸線210自轉(zhuǎn)，該自轉(zhuǎn)帶動(dòng)第一偏心套前齒輪61、第一偏心套51和第一偏心套后齒輪62繞第一連桿軸頸軸線O’ -O’旋轉(zhuǎn)。由于第一偏心套51安裝在活塞連桿總成5的連桿大頭軸瓦和第一連桿軸頸41之間，且第一偏心套51存在偏心距e(參見(jiàn)圖10)，該偏心距e繞第一連桿軸頸41的旋轉(zhuǎn)，將直接改變了曲柄臂的長(zhǎng)度，從而改變了內(nèi)燃機(jī)吸氣、壓縮、膨脹和排氣沖程長(zhǎng)度。即:曲軸100旋轉(zhuǎn)角Φ的改變導(dǎo)致第一偏心套51的旋轉(zhuǎn)角Θ改變，進(jìn)一步導(dǎo)致沖程長(zhǎng)度改變。
而蝸輪3的轉(zhuǎn)角δ的改變則改變了第一偏心套51的起始偏心角Qtl，從而也改變了內(nèi)燃機(jī)吸氣、壓縮、膨脹和排氣沖程長(zhǎng)度。
曲軸100旋轉(zhuǎn)角Φ和蝸輪3轉(zhuǎn)角δ的改變，導(dǎo)致第一偏心套51的旋轉(zhuǎn)角Θ和起始偏心角Qtl的改變，Φ和δ 二者密切配合，則可使得內(nèi)燃機(jī)無(wú)論處于低負(fù)荷工況還是高負(fù)荷工況，均可得到滿意的提高內(nèi)燃機(jī)效率的結(jié)果。
下面分別說(shuō)明幾種典型的內(nèi)燃機(jī)工況:
Α)齒數(shù)比1=0.5，起始偏心角Qci=CT，此時(shí)，內(nèi)燃機(jī)第一氣缸在壓縮末了時(shí)的壓縮比達(dá)到最高，膨脹比也達(dá)到最高，見(jiàn)圖1a和圖lb，這種狀況特別適合于四沖程內(nèi)燃機(jī)的低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，其內(nèi)燃機(jī)在曲軸旋轉(zhuǎn)720度的一個(gè)熱力循環(huán)中，吸氣壓縮膨脹和排氣四個(gè)沖程中的表現(xiàn)為:
權(quán)利要求
1.一種可變壓縮比和可變膨脹比裝置，安裝在內(nèi)燃機(jī)的曲軸和活塞連桿總成上，所述的曲軸包括有第一主軸頸及其之后依次排列的若干主軸頸和第一連桿軸頸及其之后依次排列的若干連桿軸頸，所述的活塞連桿總成包括有連桿大頭軸瓦，其特征在于:所述的第一主軸頸上開(kāi)設(shè)有第一支承園柱孔，該第一支承園柱孔的軸線與所述曲軸的軸線成一夾角α Φ O，所述若干主軸頸上各自開(kāi)設(shè)有一支承園柱孔，各支承園柱孔的軸線與所述曲軸的軸線重合，或者平行而不重合，或者成一不為零的夾角； 所述的裝置包括有: 執(zhí)行電機(jī)； 蝸桿，與所述執(zhí)行電機(jī)固定連接且軸線與該執(zhí)行電機(jī)的軸線重合； 蝸輪，與所述蝸桿嚙合； 中心齒輪，與所述蝸輪固定連接且其軸線與該蝸輪的軸線重合，該中心齒輪可旋轉(zhuǎn)地套置在所述曲軸上； 第一傳動(dòng)軸，可旋轉(zhuǎn)地穿置于所述第一支承園柱孔中，并且其前后兩端分別伸出該第一支承園柱孔的兩端； 若干傳動(dòng)軸，數(shù)量與所述主軸頸相同，其分別可旋轉(zhuǎn)地一一對(duì)應(yīng)穿置于所述各支承園柱孔中，并且其前后兩端分別伸出各支承園柱孔的兩端； 第一偏心套，可旋轉(zhuǎn)地套置在所述曲軸的第一連桿軸頸與相應(yīng)的連桿大頭軸瓦之間，其具有內(nèi)圓柱表面和外圓柱表面，該內(nèi)圓柱表面中心線和外圓柱表面中心線不重合且具有一偏心距e ； 若干偏心套，數(shù)量與所述連桿軸頸相同，其可旋轉(zhuǎn)地一一對(duì)應(yīng)套置在所述各連桿軸頸與相應(yīng)的連桿大頭軸瓦之間，各偏心套具有內(nèi)圓柱表面和外圓柱表面，該內(nèi)圓柱表面中心線和外圓柱表面中心線不重合且具有一偏心距e ; 第一偏心套前齒輪，固定安裝于所述第一偏心套的前端，該第一偏心套前齒輪的節(jié)圓圓心與該第一偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合； 若干偏心套前齒輪， 對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各偏心套的前端，各偏心套前齒輪的節(jié)圓圓心與相應(yīng)的偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合； 若干偏心套后齒輪， 對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于·所述各偏心套的后端，各偏心套后齒輪的節(jié)圓圓心與相應(yīng)的偏心套的內(nèi)圓柱表面圓心重合； 行星齒輪，固定地安裝于所述第一傳動(dòng)軸的前端并與所述中心齒輪相嚙合； 第一傳動(dòng)軸后齒輪，固定地安裝于所述第一傳動(dòng)軸的后端并與所述第一偏心套前齒輪相哨合； 若干傳動(dòng)軸前齒輪，一一對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各傳動(dòng)軸的前端并與前方相鄰偏心套的偏心套后齒輪相嚙合； 若干傳動(dòng)軸后齒輪， 對(duì)應(yīng)地分別固定安裝于所述各傳動(dòng)軸的后端并與后方相鄰偏心套的偏心套前齒輪相嚙合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置，其特征在于:所述的第一支承園柱孔的軸線與所述曲軸的軸線所成夾角α =0，并且平行而不重合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置，其特征在于:所述的中心齒輪的齒數(shù)、行星齒輪的齒數(shù)、第一傳動(dòng)軸后齒輪的齒數(shù)和第一偏心套前齒輪的齒數(shù)比I為·1:2,gp,I= (Z4/Z31)* (Z32/Z61) =0.5, 式中，Z4為中心齒輪的齒數(shù),Z31為行星齒輪的齒數(shù),Z32為第一傳動(dòng)軸后齒輪的齒數(shù),Z61為第一偏心套前齒輪的齒數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置，其特征在于:所述的中心齒輪的齒數(shù)、行星齒輪的齒數(shù)、第一傳動(dòng)軸后齒輪的齒數(shù)和第一偏心套前齒輪的齒數(shù)比I為1:1，即，I= (Z4/Z31)* (Z32/Z61) =1, 式中，Z4為中心齒輪的齒數(shù),Z31為行星齒輪的齒數(shù),Z32為第一傳動(dòng)軸后齒輪的齒數(shù),Z61為第一偏心套前齒輪的齒數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置，其特征在于:所述的執(zhí)行電機(jī)為帶有角度編碼器的伺服電機(jī)，所述蝸桿的旋轉(zhuǎn)角度由所述執(zhí)行電機(jī)的角度編碼器認(rèn)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置，其特征在于:所述的若干連桿軸頸的數(shù)量為0、1、2、3、4或者5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置，其特征在于:所述的主軸頸包括第二主軸頸、第三主軸頸 和第四主軸頸，其分別開(kāi)設(shè)有第二支承園柱孔、第三支承園柱孔和第四支承園柱孔，該第二支承圓柱孔的軸線與所述曲軸的軸線成一不為零的夾角β2，該第三支承圓柱孔的軸線與所述曲軸的軸線成一為零的夾角，該第四支承圓柱孔的軸線與所述曲軸的軸線成一不為零的夾角β4 ;所述的傳動(dòng)軸包括第二傳動(dòng)軸、第三傳動(dòng)軸和第四傳動(dòng)軸，其分別可旋轉(zhuǎn)地穿置于所述第二支承園柱孔、第三支承園柱孔和第四支承園柱孔中；所述的連桿軸頸包括第二連桿軸頸、第三連桿軸頸和第四連桿軸頸；所述的偏心套包括第二偏心套、第三偏心套和第四偏心套，其分別可旋轉(zhuǎn)地套置在所述第二連桿軸頸、第三連桿軸頸和第四連桿軸頸與相應(yīng)的連桿大頭軸瓦之間；所述的偏心套前齒輪包括第二偏心套前齒輪、第三偏心套前齒輪和第四偏心套前齒輪，其分別固定安裝于所述第二偏心套、第三偏心套和第四偏心套的前端；所述的偏心套后齒輪包括第一偏心套后齒輪、第二偏心套后齒輪和第三偏心套后齒輪，其分別固定安裝于所述第一偏心套、第二偏心套和第三偏心套的后端；所述的傳動(dòng)軸前齒輪包括第二傳動(dòng)軸前齒輪、第三傳動(dòng)軸前齒輪和第四傳動(dòng)軸前齒輪，其分別固定安裝于所述第二傳動(dòng)軸、第三傳動(dòng)軸和第四傳動(dòng)軸的前端，并且分別與前方相鄰偏心套的第一偏心套后齒輪、第二偏心套后齒輪和第三偏心套后齒輪相嚙合；所述的傳動(dòng)軸后齒輪包括第二傳動(dòng)軸后齒輪、第三傳動(dòng)軸后齒輪和第四傳動(dòng)軸后齒輪，其分別固定安裝于所述第二傳動(dòng)軸、第三傳動(dòng)軸和第四傳動(dòng)軸的后端，并且分別與后方相鄰偏心套的第二偏心套前齒輪、第三偏心套前齒輪和第四偏心套前齒輪相嚙合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置，其特征在于:所述的可變壓縮比和可變膨脹比裝置應(yīng)用于直列式單缸或多缸內(nèi)燃機(jī)、V型、W型、星型或?qū)χ檬讲贾玫亩喔變?nèi)燃機(jī)。
全文摘要
一種可變壓縮比和可變膨脹比裝置，安裝在內(nèi)燃機(jī)的曲軸和活塞連桿總成上，包括有執(zhí)行電機(jī)、蝸桿、蝸輪、中心齒輪、第一傳動(dòng)軸、若干傳動(dòng)軸、第一偏心套、若干偏心套、第一偏心套前齒輪、若干偏心套前齒輪、若干偏心套后齒輪、行星齒輪、第一傳動(dòng)軸后齒輪、若干傳動(dòng)軸前齒輪和若干傳動(dòng)軸后齒輪，其中，第一傳動(dòng)軸軸線與曲軸軸線成一夾角α≠0，其余各傳動(dòng)軸軸線與曲軸軸線重合，或者平行而不重合，或者成一不為零的夾角。本發(fā)明通過(guò)驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)依次驅(qū)動(dòng)各連桿軸頸上的偏心套旋轉(zhuǎn)一角度來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)沖程長(zhǎng)度的改變，以改變內(nèi)燃機(jī)的壓縮比和膨脹比，使內(nèi)燃機(jī)無(wú)論全負(fù)荷還是部分負(fù)荷在吸氣、壓縮、膨脹和排氣沖程在一個(gè)熱力循環(huán)中發(fā)生有利于提高內(nèi)燃機(jī)效率的改變。
文檔編號(hào)F02B77/00GK103244260SQ20131018278
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月16日
發(fā)明者沈大茲 申請(qǐng)人:沈大茲