一種可變排量式兩沖程可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明為一種可變排量式兩沖程可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是缸蓋和缸套都可以上下移動(dòng)，進(jìn)、排氣口在缸套上，缸套的上下移動(dòng)改變了進(jìn)、排氣口到缸蓋的距離，汽缸內(nèi)可壓縮氣體的有效容積發(fā)生了改變，從而改變發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，缸蓋的上下移動(dòng)改變了缸蓋與活塞上止點(diǎn)的距離因而改變了壓縮比，在ECU的控制下為發(fā)動(dòng)機(jī)各種工況提供最合適的壓縮比和排量，保證氣缸內(nèi)的燃油處于最佳燃燒狀態(tài)，不僅可以提高汽車(chē)的動(dòng)力性能，還可以使發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)油、降低有害物質(zhì)排放。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今的發(fā)動(dòng)機(jī)全部為固定壓縮比和固定排量的，經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)革新性能已堪稱完美，但其缺陷也非常明顯，就是固定壓縮比和固定排量不能適應(yīng)車(chē)輛行駛所有工況要求，致使能效、排放等指標(biāo)不能進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比和排量連續(xù)可調(diào)，提高汽車(chē)的動(dòng)力性能，節(jié)能減排，其特征是本發(fā)動(dòng)機(jī)由上蓋(I)、缸體(2)、缸套(3)、缸蓋(4)、活塞(5)、連桿(6)、曲軸(7)、進(jìn)氣口(8)、排氣口(9)、進(jìn)氣道(10)、排氣道(I I)、冷卻水道(12)、噴油嘴
(13)、火花塞(14)、主執(zhí)行器(15)、副執(zhí)行器(16)和軟管(17)組成(見(jiàn)圖1)，缸蓋(4)下部為圓柱形插入到缸套(3)中并通過(guò)活塞環(huán)和密封圈將缸套(3)密封，缸蓋(4)上部為圓柱形穿過(guò)上蓋(I)可以上下滑動(dòng)并通過(guò)密封圈將上蓋(I)密封，上蓋(I)通過(guò)螺栓固定在缸體(2)上，缸蓋(4)受副執(zhí)行器(16)驅(qū)動(dòng)可以沿汽缸軸向上下移動(dòng)，缸蓋(4)的移動(dòng)改變了缸蓋⑷與活塞上止點(diǎn)的距離，因而改變了壓縮比，缸蓋⑷內(nèi)裝配了噴油嘴(13)和火花塞(14)，噴油嘴(13)和火花塞(14)上部外漏在缸蓋(4)之外便于連接油管和電纜，當(dāng)缸蓋(4)移動(dòng)時(shí)噴油嘴(13)和火花塞(14)跟隨一起移動(dòng)，噴油嘴(13)通過(guò)高壓油軌和高壓軟管與高壓油泵連接，缸套(3)為中空的圓柱形裝配在缸體(2)內(nèi)的圓孔中可以上下移動(dòng)并通過(guò)活塞環(huán)和密封圈將缸體(2)密封，避免機(jī)油泄漏到進(jìn)、排氣道內(nèi)，缸套(3)受主執(zhí)行器(15)驅(qū)動(dòng)可以上下移動(dòng)，缸套(3)的上下移動(dòng)改變了進(jìn)、排氣口到缸蓋(4)的距離，改變了汽缸內(nèi)有效容積，因而可以改變發(fā)動(dòng)機(jī)的排量，缸套(3)上有進(jìn)氣口(8)和排氣口(9)，且排氣口(9)的位置比進(jìn)氣口(8)的位置高，缸體(2)上有進(jìn)氣道(10)和排氣道(11)，進(jìn)氣道(10)和排氣道(11)開(kāi)口尺寸很大，進(jìn)氣口(8)和排氣口(9)在最低位置和最高位置仍然在進(jìn)氣道(10)和排氣道(11)范圍內(nèi)，不管缸套(3)移動(dòng)到何位置，外部壓縮空氣可以通過(guò)進(jìn)氣道(10)和進(jìn)氣口(8)進(jìn)入汽缸內(nèi)，做功后的廢氣可以通過(guò)排氣口(9)和排氣道(11)排出汽缸，缸套(3)內(nèi)有冷卻水道(12)經(jīng)軟管(17)與水泵連接，主執(zhí)行器(15)和副執(zhí)行器(16)受發(fā)動(dòng)機(jī)ECU控制，在不同工況下控制主執(zhí)行器(15)和副執(zhí)行器(16)運(yùn)動(dòng)到最合適的位置，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供最合適的壓縮比和排量，活塞(5)、連桿(6)和曲軸(7)的結(jié)構(gòu)與普通發(fā)動(dòng)機(jī)相同；對(duì)于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)而言，一個(gè)缸體(2)有多個(gè)圓孔，每個(gè)圓孔中裝配一個(gè)缸套[3]，每個(gè)缸套(3)中裝配一個(gè)缸蓋(4)，每個(gè)缸套(3)上有各自獨(dú)立的進(jìn)、排氣口與獨(dú)立的進(jìn)、排氣道相連，各個(gè)缸套及缸蓋分別由一套主執(zhí)行器和一套副執(zhí)行器控制(見(jiàn)圖2)。
[0004]缸套(3)在最低位置時(shí)，進(jìn)、排氣口的位置最低，汽缸封閉住的氣體最多，有效容積最大，發(fā)動(dòng)機(jī)的排量最大，缸套⑶在最高位置時(shí)，進(jìn)、排氣口的位置最高，汽缸封閉住的氣體最少，有效容積最小，發(fā)動(dòng)機(jī)的排量最小，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排量變大時(shí)缸蓋(4)應(yīng)適當(dāng)向上移動(dòng)減小壓縮比避免爆震，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)排量變小時(shí)缸蓋(4)應(yīng)適當(dāng)向下移動(dòng)增大壓縮比使發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火容易避免熄火，發(fā)動(dòng)機(jī)排量改變時(shí)壓縮比必需跟著改變，否則就會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作。
[0005]主執(zhí)行器(15)可以是油缸、滑塊或者是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的絲杠結(jié)構(gòu)等等，各種結(jié)構(gòu)都能實(shí)現(xiàn)，這里主要介紹一種油缸驅(qū)動(dòng)的主執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)，由油缸1(25)和主連接板(18)組成(見(jiàn)圖4)，油缸I (25)對(duì)稱布置在缸套(3)兩側(cè)并通過(guò)螺栓與主連接板(18)連接(見(jiàn)圖3)，油缸I (25)的缸筒直接在缸體(2)上加工而成，進(jìn)油口和出油口在缸體(2)上，油缸I (25)是雙向移動(dòng)的油缸可以驅(qū)動(dòng)主連接板(18)上下移動(dòng)，油缸1(25)受ECU控制移動(dòng)并且可以在任何位置停住，通過(guò)主連接板(18)帶動(dòng)缸套(3)上下移動(dòng)，缸套(3)主要承受的是活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦力，油缸1(25)需要克服這個(gè)摩擦力。
[0006]副執(zhí)行器有兩種結(jié)構(gòu):
[0007]第一種副執(zhí)行器(16)的結(jié)構(gòu)由滑板(20)、副連接板(19)、彈簧(24)和油缸11(23)組成(見(jiàn)圖5、圖6、圖7)，副連接板(19)通過(guò)螺栓與缸蓋(4)固定，彈簧(24)裝配在副連接板(19)和上蓋(I)上將副連接板(19)向上推，油缸II (23)裝配在上蓋(I)上并與滑板(20)連接，滑板(20)上有斜面(21)，缸蓋(4)上有凸臺(tái)(22)，凸臺(tái)(22)上也有與斜面(21)角度相同的斜面，滑板(20)的斜面與凸臺(tái)(22)的斜面相互配合，當(dāng)滑板(20)受油缸II (23)驅(qū)動(dòng)向前移動(dòng)時(shí)，缸蓋(4)向下移動(dòng)，壓縮比增加，當(dāng)滑板(20)受油缸II (23)驅(qū)動(dòng)向后移動(dòng)時(shí)，滑板(20)將缸蓋(4)釋放，缸蓋⑷受彈簧(24)的推力向上移動(dòng)壓縮比減小，滑板(20)的上表面與上蓋(I)滑動(dòng)連接，做功沖程和壓縮沖程時(shí)的沖擊力通過(guò)缸蓋
(4)和滑板(20)傳遞給上蓋(I)，上蓋(I)承受很大的沖擊力，所以上蓋(I)要設(shè)計(jì)得很強(qiáng)，上蓋(I)通過(guò)螺栓與缸體(2)連接。
[0008]第二種副執(zhí)行器(16)的結(jié)構(gòu)由控制板(26)、彈簧(24)和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成(見(jiàn)圖8、圖9、圖10和圖11)，控制板(26)上有圓孔，缸蓋(4)穿過(guò)圓孔裝配在控制板(26)上并直接與缸蓋(4)的凸臺(tái)上表面接觸，當(dāng)控制板(26)向下移動(dòng)時(shí)，推動(dòng)缸蓋(4)向下移動(dòng)，壓縮比增加，當(dāng)控制板(26)向上移動(dòng)時(shí)，缸蓋(4)受彈簧(24)的推力向上移動(dòng)壓縮比減小，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)有四種方式，第一種為滑塊式驅(qū)動(dòng)(見(jiàn)圖8)，滑塊(27)對(duì)稱布置在控制板(26)的兩側(cè)，滑塊(27)有斜面，控制板(26)上也有角度一致的斜面，滑塊(27)受油缸驅(qū)動(dòng)可以帶動(dòng)控制板(26)移動(dòng)，滑塊(27)上表面與上蓋(I)滑動(dòng)連接，第二種為凸輪驅(qū)動(dòng)(見(jiàn)圖9)，凸輪(28)對(duì)稱布置在控制板(26)兩側(cè)，凸輪(28)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制板(26)移動(dòng)，第三種為凸輪加連接塊驅(qū)動(dòng)方式，在凸輪(28)外面套上一個(gè)連接塊(29)，凸輪(28)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連接塊(29)上下移動(dòng)，連接塊(29)與控制板(26)平面連接，驅(qū)動(dòng)控制板(26)移動(dòng)，第四種為油缸驅(qū)動(dòng)方式，油缸III (30)對(duì)稱布置在控制板(26)兩側(cè)，控制板(26)受油缸111(30)驅(qū)動(dòng)可以移動(dòng)。
[0009]本發(fā)明的可變排量式兩沖程可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)可以設(shè)計(jì)成對(duì)稱布局，即對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的第一種結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖12)，兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)稱布置在曲軸的兩側(cè)，共用一根曲軸，且每組連桿(6)連接在同一個(gè)曲軸(7)的連桿軸徑上，相位角相同，每組活塞同步運(yùn)動(dòng)，好處是一對(duì)活塞做功的同時(shí)直接為另外一個(gè)活塞壓縮沖程提供動(dòng)力，能量傳遞效率高，對(duì)曲軸的沖擊力小，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，發(fā)動(dòng)機(jī)需要成對(duì)汽缸配置；對(duì)置發(fā)動(dòng)機(jī)的第二種結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖12)，兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)稱布置在曲軸的兩側(cè)，共用一根曲軸，且每組連桿(6)連接在不同的連桿軸徑上，相位角相差180度，每組活塞相對(duì)運(yùn)動(dòng)，好處是對(duì)置的兩個(gè)汽缸同時(shí)做功，同時(shí)壓縮，將振動(dòng)和沖擊力完全平衡掉了，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，震動(dòng)小。
[0010]本發(fā)明的雙曲軸的兩沖程可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖14)，動(dòng)力通過(guò)雙曲軸輸出，兩個(gè)曲軸(7)平行的對(duì)稱布置在汽缸兩側(cè)，通過(guò)兩根等長(zhǎng)度的連接桿(35)與曲軸(7)和連桿(6)連接，兩根曲軸(7)通過(guò)一對(duì)相互嚙合的齒輪(36)連接，轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反轉(zhuǎn)速相同，動(dòng)力通過(guò)其中一根曲軸傳遞給變速箱，好處是完全抵消了活塞的側(cè)向力，活塞摩擦力非常小，不僅可以提高活塞和汽缸的壽命，而且還可以省油。
[0011]本發(fā)明的可變排量式兩沖程可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞結(jié)構(gòu)，由活塞主體(31)和裙部(32)組成，活塞主體(31)材料厚承受燃油爆炸時(shí)的沖擊力和汽缸側(cè)向力，活塞主體
(31)上有連桿銷(xiāo)孔(34)，裙部(32)材料薄受力小，作用是封閉進(jìn)、排氣口，為了給活塞環(huán)和活塞提供良好的潤(rùn)滑，活塞裙部(32)暴露在缸套下邊界之外(見(jiàn)圖15)，活塞的外面可以沾上潤(rùn)滑油為活塞提供良好的潤(rùn)滑，活塞裙底上止點(diǎn)低于進(jìn)、排氣口，保證將進(jìn)、排氣口封閉，且活塞裙底上止點(diǎn)與活塞環(huán)最低位置相當(dāng)，可以保證活塞環(huán)沾上潤(rùn)滑油，為活塞環(huán)提供良好潤(rùn)滑。
[0012]本發(fā)明的可變排量式兩沖程可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮比可以從8到25甚至更大范圍自由變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的排量也可以連續(xù)變化，采用缸內(nèi)直噴兩沖程設(shè)計(jì)，不僅可以改掉兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)污染高的問(wèn)題，還提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率，降低有害物質(zhì)排放，尤其適合HCCI技術(shù)在本發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，經(jīng)驗(yàn)證明發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮比的改變可以明顯提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率，降低有害物質(zhì)排放。
[0013]有益效果
[0014]本發(fā)明的可變排量式兩沖程可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮比可以從8到25甚至更大范圍自由變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的排量也可以連續(xù)變化，采用缸內(nèi)直噴兩沖程設(shè)計(jì)，不僅可以改掉兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)污染高的問(wèn)題，還提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率，降低有害物質(zhì)排放，尤其適合HCCI技術(shù)在本發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用，通過(guò)控制壓縮比和發(fā)動(dòng)機(jī)排量的變化，擴(kuò)大發(fā)動(dòng)機(jī)的HCCI的帶寬，使發(fā)動(dòng)機(jī)在全程可以以HCCI方式工作。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為可變排量式兩沖程可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的原理圖，其中包含可移動(dòng)的缸蓋
(4)和可移動(dòng)的缸套(3)。
[0016]圖2為兩汽缸的可變排量式兩沖程可變壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，由兩個(gè)汽缸組成。
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