專(zhuān)利名稱(chēng)：多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)及控制方法
多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)及控制方法技術(shù)領(lǐng)域-本發(fā)明涉及一種多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是用于汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，它可以設(shè)置為不同 的排量和壓縮比，使汽車(chē)具有較好的機(jī)動(dòng)性和經(jīng)濟(jì)性。
背景技術(shù)：
眾所周知，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的排量越大，汽車(chē)的機(jī)動(dòng)性就越好，但其燃油經(jīng)濟(jì)性 就越差，反過(guò)來(lái)，汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)排量較小，則燃油經(jīng)濟(jì)性好，而機(jī)動(dòng)性較差。這種現(xiàn)象是由發(fā)動(dòng)機(jī)的特性曲線決定的。圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)的典型的油耗率一負(fù) 荷率曲線，可以看到，在50%以上負(fù)荷以上的地方有一個(gè)油耗率最低值，負(fù)荷 率高于此值或低于此值，油耗率均較髙。尤其在低負(fù)荷區(qū)，油耗率隨負(fù)荷率的 下降而上升得更快。因特網(wǎng)上的一項(xiàng)汽車(chē)實(shí)際使用情況調(diào)査指出，2.0L排量的汽車(chē)實(shí)際使用油耗 比0.8L的汽車(chē)高大約30%?，F(xiàn)代的發(fā)動(dòng)機(jī)采取了很多措施來(lái)拓寬經(jīng)濟(jì)油耗區(qū)，但仍然不能滿(mǎn)足人們的使 用需要。問(wèn)題在于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)所需要的經(jīng)濟(jì)區(qū)實(shí)在太寬了。模擬計(jì)算指出，一 個(gè)中檔轎車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率IOOKW，在市區(qū)行駛時(shí)，40km/h的車(chē)速只需要 3.9KW, 50km/h的車(chē)速只需要5.2KW;而卯km/h和180km/h的車(chē)速需要的功 率分別是14.2KW和76.5KW。人們經(jīng)常使用的是小負(fù)荷區(qū)間，甚至經(jīng)常使用的 負(fù)荷率在10%以下；另一方面，充沛的動(dòng)力也是必須的。在上坡、超車(chē)時(shí)尤為 需要，它能提供更愉快、更安全的駕駛。假如車(chē)重1.5^,現(xiàn)在為了超車(chē)需要將 車(chē)速由80km/h提高到120km/h，粗略估算，50KW的發(fā)動(dòng)機(jī)需要加速13秒， 而100KW的發(fā)動(dòng)機(jī)則只需要6秒。

發(fā)明內(nèi)容
我們需要機(jī)動(dòng)性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。本發(fā)明采用的解決方案是將發(fā) 動(dòng)機(jī)的排量做成可變的更多的時(shí)間我們使用的是小排量，所以有很好的經(jīng)濟(jì) 性；需要充沛的動(dòng)力時(shí)，立即切換成大排量，保證了經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的統(tǒng)一。 上述的目的通過(guò)以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，其組成包括4個(gè)氣缸，其中兩個(gè)為主氣缸，兩個(gè) 為副氣缸，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)設(shè)有操控裝置，所述的氣缸開(kāi)有呼吸門(mén)， 該呼吸門(mén)可以控制為常開(kāi)或常閉。多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，通過(guò)配汽機(jī)構(gòu)控制，使得主氣缸擁有 較髙的壓縮比，副氣缸擁有正常的壓縮比，主氣缸的最大進(jìn)氣量受到限制，所述 的氣缸開(kāi)有呼吸門(mén)，該呼吸門(mén)可以控制為常開(kāi)或常閉，使所述的氣缸中至少有一 個(gè)氣缸切換為自由呼吸狀態(tài)，凸輪的運(yùn)動(dòng)通過(guò)該傳力件傳遞到氣門(mén)，控制該傳 力件，使進(jìn)氣門(mén)處于常閉狀態(tài)。
這個(gè)技術(shù)方案有以下有益效果我們需要機(jī)動(dòng)性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。本發(fā)明采用的解決方案是將發(fā)動(dòng)機(jī)的排量 做成可變的更多的時(shí)間我們使用的是小排量，所以有很好的經(jīng)濟(jì)性；需要充 沛的動(dòng)力時(shí)，立即切換成大排量，保證了經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性的統(tǒng)一?，F(xiàn)代的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)一般都有4個(gè)以上的氣缸，發(fā)動(dòng)機(jī)的排量就是這些氣缸排 量的總和。本發(fā)明采用的解決方案是，在不需要大排量時(shí)，選擇切除一些氣缸, 同時(shí)停止對(duì)該氣缸供油，發(fā)動(dòng)機(jī)變成了一臺(tái)小排量發(fā)動(dòng)機(jī)，具有良好的經(jīng)濟(jì)性； 在需要大功率時(shí)，則可以立即增加氣缸，保證了汽車(chē)的機(jī)動(dòng)性。僅僅切斷某個(gè)氣缸的供油并不能提供良好的經(jīng)濟(jì)性，本發(fā)明采用的切除氣缸 的方法是在停止對(duì)該氣缸供油的同時(shí)使該氣缸處于"自由呼吸"的狀態(tài)。所謂 "自由呼吸"就是氣缸至少有一個(gè)氣門(mén)是開(kāi)著的，不處于氣密狀態(tài)，活塞的運(yùn) 動(dòng)不會(huì)導(dǎo)致氣缸內(nèi)的壓力有很大的變化，因此能量損耗達(dá)到最低。典型的4沖 程發(fā)動(dòng)機(jī)，在吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程均存在機(jī)械損失，這些損失的絕 大部分是和發(fā)動(dòng)機(jī)不能"自由呼吸"有關(guān)的。柴油機(jī)的損失主要發(fā)生在tf縮沖 程和做功沖程(氣密狀態(tài))；而汽油機(jī)則較復(fù)雜，在小負(fù)荷區(qū)，吸氣沖程的節(jié)流 損失不可忽略(非自由呼吸)。而在氣缸自由呼吸時(shí)，機(jī)械摩擦損失是可以忽略 的。傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)按既定的規(guī)律動(dòng)作，根據(jù)附圖2，在本發(fā)明中，通過(guò)控 制氣門(mén)控制裝置3、 4，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)象傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)一樣工作，也可以使氣門(mén)一 直保持開(kāi)啟或關(guān)閉，并且可以在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行切換。圖中所示為排氣門(mén)開(kāi) 啟，進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉狀態(tài)。這對(duì)于汽油機(jī)是合適的。而對(duì)于柴油機(jī)，我們可以讓所 有的氣門(mén)全部開(kāi)啟，讓氣缸的呼吸更自由，那意味著更少的機(jī)械損耗。保持氣門(mén)常開(kāi)的方法是在氣門(mén)上加一個(gè)門(mén)閂——止逆裝置，它甚至可以用 現(xiàn)行的任何一種已知的止逆裝置一如棘齒、鋼珠等來(lái)實(shí)現(xiàn)。只是要求它是可控 的。為了使發(fā)明的效果和這種能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更好的對(duì)應(yīng)，不同結(jié)構(gòu)的工 作原理和效果將結(jié)合相應(yīng)附圖具體敘述。


-附圖l是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是本發(fā)明的原理示意圖。圖2中1、 2是凸輪，3、 4是氣門(mén)控制裝置， 5、 6分別是進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)，7是活塞，8是氣缸體，9是連桿，IO是曲軸。 圖3示意了一種采用立式頂桿的止逆門(mén)閂，我們稱(chēng)之為立式門(mén)閂。圖3中 l-凸輪軸；2-凸輪；3-立式門(mén)閂(頂桿)；4-限位桿；5-氣門(mén)桿帽； 6-氣門(mén)彈簧；7-氣門(mén)桿；8-機(jī)體；9-彈簧。圖4示意了一種采用橫式門(mén)閂和"影子頂桿"的止逆門(mén)閂。圖中1. 凸輪軸；2.凸輪；3.橫式門(mén)閂；4.氣門(mén)桿帽；5.氣門(mén)桿；6.氣門(mén)彈簧；.影子頂桿；8.機(jī)體(門(mén)閂滑槽)；9.影子頂桿彈簧IO.影子頂桿護(hù)管； 11.彈簧(操縱傳力機(jī)構(gòu))。圖5所示的門(mén)閂機(jī)構(gòu)原理與圖4基本相同，只是沒(méi)有影子頂桿，門(mén)閂3直接作用于氣門(mén)桿帽S。圖中l(wèi)-凸輪軸；2-凸輪；3-橫式門(mén)閂；4-機(jī)體(門(mén)閂滑槽); 5-氣門(mén)桿帽；6-氣門(mén)彈簧；7-氣門(mén)桿；8-彈簧(操縱傳力機(jī)構(gòu))。圖6示意了另一種實(shí)現(xiàn)氣門(mén)常幵的方法。圖中l(wèi)-凸輪軸；2-可變凸輪;3- 加力鍵；4-機(jī)體(加力鍵滑槽)；5-螺旋加力輪；6-螺旋溝道。圖7給出了一種使氣門(mén)常閉的機(jī)構(gòu)。圖中 l-凸輪軸；2-凸輪；3-傳力桿(傳力件)；4-傳力桿支持臂；5-機(jī)體(傳力桿支持臂滑動(dòng)槽)；6-氣門(mén)桿帽；7-氣門(mén)彈簧；8-氣門(mén)桿；9-彈簧(操縱傳力機(jī)構(gòu))。 圖8示意了另一種方法，原理與圖7的一樣，只是支持臂改為了轉(zhuǎn)動(dòng)。圖中 l-凸輪軸；2-凸輪；3-傳力桿(傳力件)；4-傳力桿支持臂；5-機(jī)體(傳力桿 支持臂轉(zhuǎn)動(dòng)軸)；6-氣門(mén)桿帽；7-氣門(mén)彈簧；8-氣門(mén)桿；9-彈簧(操縱傳力機(jī)構(gòu))。 ，通過(guò)搖臂驅(qū)動(dòng)凸輪的形式得到廣泛的應(yīng)用。如圖9和圖10所示。在圖9 中l(wèi)-凸輪軸；2-凸輪；3-橫式門(mén)閂；4-機(jī)體(門(mén)閂滑動(dòng)槽)；5-搖臂轉(zhuǎn)軸；6-氣門(mén)搖臂；7-調(diào)整螺栓；8-氣門(mén)桿帽；9-氣門(mén)彈簧；lO-氣門(mén)桿；11-彈簧(操縱 傳力機(jī)構(gòu))。在圖10中l(wèi)-凸輪軸；2-凸輪；3-立式門(mén)閂；4-安裝在機(jī)體上的限位桿； 5-搖臂轉(zhuǎn)軸；6-氣門(mén)搖臂；7-調(diào)整螺栓；8-氣門(mén)桿帽；9-氣門(mén)彈簧；10-氣門(mén)桿；11-彈簧(操縱傳力機(jī)構(gòu))。圖ll示意了另一種解決的方法。圖中l(wèi)-凸輪軸；2-凸輪；3-柱塞；4-柱塞腔；5-導(dǎo)油孔。圖12示意了另一種解決的方法。圖中l(wèi)-導(dǎo)油孔；2-凸輪軸承座；3-柱塞腔；4- 柱塞(凸輪軸承上部)；5-凸輪軸；6-凸輪軸承下部；7-彈簧；8-機(jī)體。圖13和圖14示意了另外兩種使氣門(mén)常閉的機(jī)構(gòu)。圖13中l(wèi)-凸輪軸；2-凸輪；3-凸輪頂桿；4-導(dǎo)油 U 5-傳力件；6-頂桿彈 簧；7-氣門(mén)搖臂；8-調(diào)整蠊栓；9-氣門(mén)桿帽；10-氣門(mén)彈簧；11-氣門(mén)桿。 圖14中l(wèi)-凸輪軸；2-凸輪；3-可伸縮搖臂；4-氣門(mén)搖臂；5-搖臂彈簧；6-傳力件；7-氣門(mén)桿帽；8-氣門(mén)彈簧；9-氣門(mén)桿；IO控制搖臂；11-控制搖臂轉(zhuǎn)軸12-彈簧(操縱傳力機(jī)構(gòu))。圖15的所示機(jī)構(gòu)原理和圖6完全相同圖16表示了一種通過(guò)液壓產(chǎn)生附加行程的方法。圖中l(wèi)-凸輪軸；2-凸輪； 3-液壓油缸；4-氣門(mén)搖臂；5-氣門(mén)桿帽；6-氣門(mén)彈簧；7_氣門(mén)桿；8-設(shè)在氣門(mén)搖 臂內(nèi)的導(dǎo)油孔；9-柱塞腔；10-柱塞彈簧；11-柱塞。
本發(fā)明的
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:2.多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，其組成包括4個(gè)氣缸，其中兩個(gè)為主氣缸，兩個(gè) 為副氣缸，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)設(shè)有操控裝置，所述的氣缸開(kāi)有呼吸門(mén)， 該呼吸門(mén)可以控制為常開(kāi)或常閉。所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，所述的配氣機(jī)構(gòu)采用電磁閥，控制氣缸的 氣門(mén)為常開(kāi)，所述的氣缸的進(jìn)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)有控制氣門(mén)開(kāi)閉的傳力件。所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，所述的配氣機(jī)構(gòu)的凸輪中開(kāi)有柱塞腔(4), 柱塞腔中具有移動(dòng)的柱塞(3)，所述的配氣機(jī)構(gòu)的凸輪軸沿氣門(mén)運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)。所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，所述的配氣機(jī)構(gòu)的凸輪軸可以做軸向移動(dòng)， 凸輪是可變凸輪，由正圓段和凸輪段組成。所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，通過(guò)配汽機(jī)^控制，使得主氣 缸擁有較高的壓縮比，副氣缸擁有正常的壓縮比，主氣缸的最大進(jìn)氣量受到限 制，所述的氣缸開(kāi)有呼吸門(mén)，該呼吸門(mén)可以控制為常開(kāi)或常閉，使所述的氣缸中 至少有一個(gè)氣缸切換為自由呼吸狀態(tài)，凸輪的運(yùn)動(dòng)通過(guò)該傳力件傳遞到氣門(mén)， 控制該傳力件，使進(jìn)氣門(mén)處于常閉狀態(tài)。所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，在氣門(mén)的正常運(yùn)動(dòng)區(qū)域之外， 設(shè)有氣門(mén)閂，氣門(mén)閂在操縱力的作用下進(jìn)入氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，閂鎖住氣門(mén)，氣 門(mén)閂由設(shè)在機(jī)體上的滑槽和可以受控在其中移動(dòng)的滑塊組成，或者氣門(mén)閂由設(shè) 在機(jī)休上的固定轉(zhuǎn)軸和受控繞此轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的頂桿組成。所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，所述的轉(zhuǎn)軸由可折疊的兩段組成。所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，在所述的氣門(mén)的搖臂(4)上裝 有液壓油缸(3)，液壓油缸中的柱塞(11)在液壓的作用下伸出，產(chǎn)生附加的 凸輪行程，或者當(dāng)撤去液壓油缸中壓力時(shí)，柱塞縮回，凸輪行程不能傳遞到氣 門(mén)。所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，在所述的相鄰的兩個(gè)氣缸組成 一個(gè)工作單元，共用一個(gè)進(jìn)氣通道，其活塞運(yùn)動(dòng)方向相反。所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，在所述的氣門(mén)的搖臂上裝有伸縮段。工作過(guò)程具體說(shuō)明如下圖3中的門(mén)閂功能由立式門(mén)閂3完成。立式門(mén)閂3固定在機(jī)體8上，并且 可以轉(zhuǎn)動(dòng)，正常工作時(shí)，立式門(mén)閂3處于圖中的虛線位置，在氣門(mén)運(yùn)動(dòng)區(qū)域之 外，對(duì)于氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)不發(fā)生作用，此時(shí)該氣缸正常工作；當(dāng)欲切除該氣缸時(shí)， 從彈簧9傳遞來(lái)的推力使立式門(mén)閂3向氣門(mén)桿帽5方向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入氣門(mén)的運(yùn)動(dòng) 區(qū)域，當(dāng)氣門(mén)下行至最低點(diǎn)附近時(shí)，立式門(mén)閂3進(jìn)入氣門(mén)帽5頂部，氣門(mén)返回 時(shí)，被立式門(mén)閂3頂住，無(wú)法返回，保持了常開(kāi)，該氣缸實(shí)現(xiàn)了自由呼吸。限
位桿4的作用是實(shí)現(xiàn)立式門(mén)閂3的自鎖立式門(mén)閂3受力后，產(chǎn)生一個(gè)向左的 分力，受到限位桿4的作用，自鎖在平衡位置。要將氣缸恢復(fù)成正常狀態(tài)，需 通過(guò)彈簧9對(duì)立式門(mén)閂3施加一個(gè)離開(kāi)氣門(mén)帽方向的力，當(dāng)凸輪運(yùn)行到接近最 大向下位置時(shí)，門(mén)閂3與氣門(mén)桿帽5之間分開(kāi)，門(mén)閂3離開(kāi)氣門(mén)桿帽5，離開(kāi)氣 門(mén)運(yùn)動(dòng)區(qū)，氣門(mén)可以正常運(yùn)行了，此后，可以恢復(fù)對(duì)該氣缸的供油，該氣缸于 是又參與工作了。我們可以估算一下切換需要的時(shí)間。設(shè)發(fā)動(dòng)機(jī)的最低轉(zhuǎn)速是 2000轉(zhuǎn)/分，每個(gè)循環(huán)周期是兩轉(zhuǎn)，m00分鐘，合0.06秒，考慮準(zhǔn)備等因素， 取兩個(gè)循環(huán)周期，且換時(shí)間是0.12秒。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速更高時(shí)切換時(shí)間也會(huì)相應(yīng)縮 短，轉(zhuǎn)速降低時(shí)切換時(shí)間也將延長(zhǎng)。從原理上來(lái)說(shuō)，可以設(shè)置出的排量數(shù)是發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù)加1。如發(fā)動(dòng)機(jī)的氣 缸數(shù)是4 (最常見(jiàn)的形式)，則可以設(shè)置出5種排量。全部氣缸均處于自由呼吸 狀態(tài)時(shí)我們可以稱(chēng)之為零排量。它是有意義的。有資料說(shuō)，因?yàn)闈?rùn)滑不充分， 發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損有一半以上是在起車(chē)時(shí)發(fā)生的。發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)置成零排量后，可以由 起動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)它到充分潤(rùn)滑狀態(tài)，同時(shí)，從零排量到小排量逐步接入，也使起車(chē) 更容易，延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。立式門(mén)閂也可以釆用另一種形式。我們可以把圖3中的頂桿3做成肘臂式 結(jié)構(gòu)頂桿3又可折疊的兩段組成，正常工作時(shí)，它總是彎折的，隨著氣門(mén)桿 帽5的運(yùn)動(dòng)改變著不同的彎折角度；當(dāng)我們要切除該氣缸時(shí)，施加外力使"肘 臂"3伸直，或向相反的方向微彎，在限位桿4的共同作用下，頂住了氣門(mén)的回程，實(shí)現(xiàn)了該氣缸的自由呼吸，圖略。根據(jù)附圖4，和附圖5發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，影子頂桿7隨氣門(mén)桿帽4而移動(dòng)。若 門(mén)閂3未進(jìn)入影子頂桿7的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，則發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，若通過(guò)彈簧n施加 一個(gè)外力，使門(mén)閂3進(jìn)入影子頂桿7的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，則氣門(mén)將無(wú)法返回，保持在 常開(kāi)狀態(tài)，該氣缸可以自由呼吸，亦即處于被切除狀態(tài)；在此狀態(tài)，若通過(guò)彈 簧ll施加一個(gè)外力，使門(mén)閂3脫離影子頂桿7的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，則該氣缸恢復(fù)為正 常工作。根據(jù)附圖6，該機(jī)構(gòu)的凸輪是可變的凸輪的左段，是使發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的 凸輪；凸輪的右段，是一個(gè)半徑較大(不小于凸輪的最大位移量)的正圓輪。 凸輪軸可以左右移動(dòng)。當(dāng)可變凸輪左段對(duì)應(yīng)氣門(mén)桿帽時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作；當(dāng) 凸輪軸受力向左移動(dòng)時(shí)，正圓輪對(duì)應(yīng)氣門(mén)桿帽時(shí)，氣門(mén)將持續(xù)打開(kāi)，發(fā)動(dòng)機(jī)自 由呼吸，氣缸被切除。使凸輪軸移動(dòng)可以直接對(duì)凸輪軸加力，圖中所示方法為 采用螺旋機(jī)構(gòu)當(dāng)加力鍵3進(jìn)入螺旋溝道時(shí)，凸輪軸將受到一個(gè)軸向力而移動(dòng)， 至最大位置時(shí)，螺旋終止，凸輪軸停止移動(dòng)。要使凸輪軸沿相反方向移動(dòng)，需 要另一個(gè)螺旋方向相反的螺旋加力輪和加力鍵，圖略。若固定凸輪軸，將可變 凸輪2與凸輪軸1之間采用滑鍵連接，凸輪可以沿軸向移動(dòng)，移動(dòng)可變凸輪2， 也能達(dá)到同樣的目的，圖略。驅(qū)動(dòng)可變凸輪2或凸輪軸1移動(dòng)也可以采用其他
的加力方法，如液壓，氣壓等，圖略。前面討論的都是如何使氣門(mén)常開(kāi)，但有時(shí)我們也需要使氣門(mén)常閉。在汽油 機(jī)中，進(jìn)氣門(mén)常閉，才能使自由呼吸的氣缸與正常的迸氣通道分離。使氣門(mén)常閉的方法就是設(shè)置一個(gè)傳力件，凸輪到氣門(mén)的力必須通過(guò)它的傳 遞才能實(shí)現(xiàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，我們控制該傳力件將凸輪的運(yùn)動(dòng)傳遞到氣門(mén)； 需要?dú)忾T(mén)常閉時(shí)，我們移開(kāi)這個(gè)傳力件，凸輪的運(yùn)動(dòng)無(wú)法傳遞到氣門(mén)，于是實(shí) 現(xiàn)了氣門(mén)的常閉。圖7中傳力桿3就是決定氣門(mén)是否能夠常閉的關(guān)鍵，它可以沿著支持臂4縱 向移動(dòng)，把凸輪2的力傳遞給氣門(mén)；當(dāng)支持臂4受到來(lái)自彈簧9的操縱力離開(kāi)凸輪的運(yùn)動(dòng)區(qū)域時(shí)，凸輪的運(yùn)動(dòng)不能傳遞到氣門(mén)，氣門(mén)將保持常閉。圖8中支持臂4可以帶著傳力桿3繞固定在機(jī)體5上的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)支持臂 將傳力桿送到凸輪的運(yùn)動(dòng)區(qū)域時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將正常工作；而當(dāng)傳力桿被支持臂帶離凸輪的運(yùn)動(dòng)區(qū)域時(shí)，氣門(mén)將常閉。圖13和圖14示意了另外兩種使氣門(mén)常閉的機(jī)構(gòu)。圖13的機(jī)構(gòu)和可變正時(shí) 配氣機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)是一樣的，所不同的是，可變正時(shí)要求氣門(mén)有一個(gè)可變的導(dǎo)通 角，它的目的是為了使氣缸更好地充氣；而在本發(fā)明中，其目的是開(kāi)、關(guān)氣缸 的充氣過(guò)程，氣門(mén)的導(dǎo)通角是0或正常值。氣門(mén)搖臂7上開(kāi)有導(dǎo)孔，可以傳遞油壓。氣缸正常工作時(shí),傳力件5在油壓 的作用下靠近右邊，凸輪2的運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)凸輪頂桿3和傳力件5傳遞到氣門(mén) 搖臂7,最終驅(qū)動(dòng)氣門(mén)要切除該氣缸時(shí)，撤掉油壓，傳力件5在彈簧(圖中未 畫(huà)出)的作用下離開(kāi)凸輪頂桿3的作用區(qū)，凸輪2的運(yùn)動(dòng)無(wú)法傳遞到氣門(mén)搖臂7, 氣門(mén)保持常閉。該機(jī)構(gòu)正常工作時(shí)，傳力件6對(duì)準(zhǔn)氣門(mén)桿帽上的凸起；當(dāng)控制搖臂10移動(dòng) 使得傳力件6離開(kāi)氣門(mén)桿帽5上的凸起時(shí)，凸輪2的運(yùn)動(dòng)不能傳遞到氣門(mén)，氣 門(mén)常閉。圖15的作用原理和圖6完全相同，所差的只是可變凸輪不同此處凸輪較 大，而正圓輪直徑較小，當(dāng)氣門(mén)對(duì)應(yīng)正圓輪時(shí)，氣門(mén)保持常閉。前面討論的配氣系統(tǒng)都是凸輪直接驅(qū)動(dòng)氣門(mén)的，在發(fā)動(dòng)機(jī)中，通過(guò)搖臂驅(qū)動(dòng) 凸輪的形式得到廣泛的應(yīng)用。只要將前面的原理應(yīng)用到相應(yīng)的機(jī)構(gòu)中就行了， 如圖9和圖10所示。前面的門(mén)閂設(shè)計(jì)有一個(gè)問(wèn)題氣門(mén)被閂鎖后，不能完全離開(kāi)凸輪，當(dāng)凸輪運(yùn) 行到最大位置時(shí)，仍將與氣門(mén)桿帽或氣門(mén)搖臂接觸，并產(chǎn)生沖擊和噪音。解決 這一問(wèn)題的方法是把氣門(mén)閂設(shè)置在被鎖對(duì)象的最低運(yùn)行點(diǎn)以下，故氣門(mén)閂無(wú)法 進(jìn)入凸輪的運(yùn)動(dòng)區(qū)域；當(dāng)需要切除該氣缸時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)附加的凸輪行程，使得 氣門(mén)閂能夠進(jìn)入凸輪的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，閂鎖住氣門(mén)，并且隨后取消這一附加行程。根據(jù)圖16,正常工作時(shí)，柱塞11在柱塞彈簧10的作用下位于柱塞腔9的上 部，凸輪產(chǎn)生正常的行程；當(dāng)需要切除該氣缸時(shí)，油壓通過(guò)導(dǎo)油孔8加到柱塞 11上，推動(dòng)柱塞11向下運(yùn)動(dòng)，使凸輪2產(chǎn)生一個(gè)附加的凸起，造成了附加行程， 氣門(mén)閂能夠進(jìn)入凸輪的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，氣門(mén)將被閂鎖住。
該機(jī)構(gòu)實(shí)際也可以用于使氣門(mén)常閉。方法是在正常工作時(shí)柱塞11在油壓的 作用下下行突出，傳遞正常的凸輪行程，而欲使氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，則撤去油壓，柱 塞11回到油缸3的上部，凸輪2的運(yùn)動(dòng)無(wú)法傳遞到氣門(mén)桿帽5，實(shí)現(xiàn)了氣門(mén)常 閉。當(dāng)然，兩種不同的用途所需的柱塞行程是不同的。
發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，柱塞3在凸輪內(nèi)，氣門(mén)沒(méi)有附加行程；當(dāng)需要切除該氣 缸時(shí)，從設(shè)置在凸輪軸1內(nèi)的導(dǎo)油孔送來(lái)的油被操縱端(可以設(shè)想為另一個(gè)柱 塞結(jié)構(gòu)，圖略)擠壓，產(chǎn)生一個(gè)附加行程，氣門(mén)閂進(jìn)入凸輪的運(yùn)行區(qū)域，氣門(mén) 被閂鎖；此時(shí)，應(yīng)根據(jù)門(mén)閂已經(jīng)移動(dòng)這一條件，取消該附加行程。為了限制柱 塞3的運(yùn)動(dòng)，可以采用類(lèi)似圖16的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)圖12,這一方案的解決方法是能夠切除的氣缸的凸輪軸是可以沿氣 門(mén)運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)的。圖中的凸輪軸5由上半部軸承4和下半部6共同支撐，在 一定范圍內(nèi)可以移動(dòng)；正常運(yùn)行時(shí)，凸輪軸5在彈簧7的作用下位于上限，此時(shí)門(mén)閂不能進(jìn)入凸輪的運(yùn)動(dòng)區(qū)域；欲切除該氣缸時(shí)，由導(dǎo)油孔1進(jìn)入的高壓油 推動(dòng)柱塞4向下運(yùn)動(dòng)，最終使得氣門(mén)產(chǎn)生了一個(gè)附加位移，門(mén)閂能夠進(jìn)入凸輪 的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，氣門(mén)將被閂鎖住。此時(shí)減小柱塞腔3中的油壓，在彈簧7的作用 下，凸輪軸5再次向上移動(dòng)到正常位置。
當(dāng)然還有其他的產(chǎn)生附加行程的方法，如在氣門(mén)搖臂靠近氣門(mén)一側(cè)加一個(gè)杠桿，正常工作時(shí)該杠桿與氣門(mén)搖桿一起向氣門(mén)桿帽傳遞壓力，沒(méi)有附加行程； 可是，當(dāng)我們?cè)诟軛U的另一端充塞一個(gè)小的墊塊時(shí)，杠桿將產(chǎn)生一個(gè)附加的行 程(圖略)。更簡(jiǎn)單的，我們可以直接向凸輪與凸輪的受力件(氣門(mén)搖桿或氣門(mén) 桿帽)之間加入一個(gè)楔子，在14的結(jié)構(gòu)中，如果可伸縮的搖臂是一只楔子，并 處在搖臂的上方，就能夠完成這個(gè)功能。
上文所提到的操縱傳力機(jī)構(gòu)均用彈簧表示，它可以是一個(gè)彈簧，也可以是一 個(gè)控制氣缸，也可以是一個(gè)電磁鐵，或者只是一個(gè)簡(jiǎn)單的手動(dòng)拉線、撥叉等。
實(shí)現(xiàn)讓氣缸自由呼吸的另一個(gè)方法，是直接在氣缸蓋上單獨(dú)開(kāi)一個(gè)"呼吸氣 門(mén)"，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，該呼吸氣門(mén)關(guān)閉；切除該氣缸時(shí)，該呼吸氣門(mén)打開(kāi)。 呼吸氣門(mén)甚至可以開(kāi)在活塞上，氣缸被切除和投入必須遵循一定的時(shí)序。切除時(shí)，應(yīng)先切斷供油，然后再在 排氣沖程開(kāi)始后常開(kāi)呼吸氣門(mén)；如果是汽油機(jī)，還應(yīng)保持進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，柴油機(jī) 則可全開(kāi)該氣缸所有氣門(mén)。投入時(shí)，如果是汽油機(jī)，應(yīng)先撤去排氣門(mén)的門(mén)閂， 再使進(jìn)氣門(mén)的功能恢復(fù)正常，然后恢復(fù)供油；若是柴油機(jī)，則可撤去所有氣門(mén) 閂，然后恢復(fù)供油。
現(xiàn)代的汽油機(jī)基本上都采用了電控燃油噴射，因此控制供油并非難事；柴油
機(jī)也是一樣，對(duì)于采用化油器的汽油機(jī)而言，控制燃油供應(yīng)采用關(guān)閉迸氣門(mén)或 進(jìn)氣通道的方法較好。另外，上面的討論均存在一個(gè)假設(shè)配氣機(jī)構(gòu)使用的是傳統(tǒng)的凸輪機(jī)構(gòu)。實(shí) 際上，若配氣機(jī)構(gòu)采用電磁閥，則控制非常簡(jiǎn)單。對(duì)汽油機(jī)而言，切除氣缸， 則使其氣門(mén)停留在排氣沖程；對(duì)柴油機(jī)，切除氣缸，則在排氣沖程后常開(kāi)全部 氣門(mén)。對(duì)于汽油機(jī)，被切除的氣缸必須與工作氣缸的進(jìn)氣通道分隔開(kāi)，因此需要使 進(jìn)氣門(mén)常閉；但如此一來(lái)，自由呼吸的效果要打折扣。解決的辦法是每?jī)蓚€(gè)氣 缸為一個(gè)工作組， 一個(gè)工作組的活塞運(yùn)行方向相反，共用一個(gè)進(jìn)氣通道，如果 與其他氣缸共用進(jìn)氣設(shè)備(濾清器、傳感器、節(jié)氣門(mén)等)，則需在工作組的進(jìn)氣 道中加裝閥門(mén)該氣缸被切除時(shí)閥門(mén)關(guān)閉，否則打開(kāi)，這樣，當(dāng)該工作級(jí)被切 除時(shí)，實(shí)際上工作組內(nèi)的氣缸在互相換氣。對(duì)于6缸的發(fā)動(dòng)機(jī)，共有3組氣缸， 傳統(tǒng)上，它們按120度角分別工作；但對(duì)于多排量發(fā)動(dòng)機(jī)而言，按4缸的方式 分布可能是更好的選擇。有了多排量發(fā)動(dòng)機(jī)，可望使經(jīng)常在市區(qū)行駛的車(chē)輛(車(chē)速常在60km/h以下) 有20%甚至更高的節(jié)油率；然而如果車(chē)輛經(jīng)常在高速公路行駛，則節(jié)油率將很 小，這是我們不希望的。有了多排量技術(shù)，我們可以更進(jìn)一步，讓發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比也可變。辦法是將 發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸分成主氣缸和副氣缸主氣缸擁有較高的壓縮比，因而擁有更髙 的效率，副氣缸則擁有正常的壓縮比。主氣缸擁有較髙的壓縮比，超出了汽油 所能容許的抗暴震容限怎么辦？辦法是控制迸氣量。目前發(fā)動(dòng)機(jī)較髙的壓縮比 是10，如果我們控制最大進(jìn)氣量為正常量最大量的60%,則可以將壓縮比提高 到10+60%-16.66,這樣高的壓縮比將使汽油機(jī)的效率直追柴油機(jī)。當(dāng)然，控 制最大進(jìn)氣量之后，主氣缸的最大功率也將降低，考慮到效率提升的因素，降 低量比進(jìn)氣量降低的比例為少。估計(jì)在原最大功率的70%左右。對(duì)于6缸及以 上缸數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，可以讓每一組的壓縮比都不一樣，以保證最大的經(jīng)濟(jì)性?？刂谱畲筮M(jìn)氣量最簡(jiǎn)單的方法就是控制進(jìn)氣導(dǎo)通角，當(dāng)然也可以通過(guò)調(diào)節(jié)節(jié) 氣門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)。上面的討論都是以4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)為例，但實(shí)際上對(duì)于2沖程缸內(nèi)直噴的發(fā)動(dòng) 機(jī)該發(fā)明同樣是可行的。2沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗主要發(fā)生在壓縮沖程，吸氣過(guò) 程損耗較小。我們?cè)O(shè)想一下一個(gè)采用這一技術(shù)的2.0排量的汽車(chē)，是怎樣的性能？它具有 l.OL柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，具有1.7L汽油機(jī)的動(dòng)力性。這樣的性能，足以使復(fù)雜的 混合動(dòng)力汽車(chē)黯然失色。這就是多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的價(jià)值。發(fā)動(dòng)機(jī)的排量是決定一輛汽車(chē)燃油經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，因此在重視燃油經(jīng)濟(jì) 性的中低檔轎車(chē)領(lǐng)域，發(fā)動(dòng)機(jī)的排量五花八門(mén)。有了可變排量發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，排
量已不再具有傳統(tǒng)的意義。它的引伸意義是非常深遠(yuǎn)的既然排量已不再重要， 我們就有可能對(duì)現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)排量系列進(jìn)行剪裁，優(yōu)選出較少的機(jī)型，實(shí)現(xiàn)發(fā) 動(dòng)機(jī)的全球性的標(biāo)準(zhǔn)化大生產(chǎn)，共享所有的配件和其他資源，成本將大大降低。 本發(fā)明給出了一種多排量多壓縮比的發(fā)動(dòng)機(jī)，應(yīng)用在轎車(chē)上，有20%左右 甚至更髙的節(jié)油率，經(jīng)濟(jì)性不言而喻；同時(shí)，它為發(fā)動(dòng)機(jī)的全球化生產(chǎn)和資源 共享提供了前所未有的可能，社會(huì)效益巨大。
權(quán)利要求
1.一種多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，其組成包括4個(gè)氣缸，其中兩個(gè)為主氣缸，兩個(gè)為副氣缸，其特征是所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)設(shè)有操控裝置，所述的氣缸開(kāi)有呼吸門(mén)，該呼吸門(mén)可以控制為常開(kāi)或常閉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是所述的配氣 機(jī)構(gòu)采用電磁閥，控制氣缸的氣門(mén)為常開(kāi)，所述的氣缸的進(jìn)氣門(mén)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)有 控制氣門(mén)開(kāi)閉的傳力件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是所述的配氣 機(jī)構(gòu)的凸輪中開(kāi)有柱塞腔(4),柱塞腔中具有移動(dòng)的柱塞(3)，所述的配氣機(jī) 構(gòu)的凸輪軸沿氣門(mén)運(yùn)動(dòng)方向移動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征是所述的配氣 機(jī)構(gòu)的凸輪軸可以做軸向移動(dòng)，凸輪是可變凸輪，由正圓段和凸輪段組成。
5. —種權(quán)利要求l所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征是-通過(guò)配汽機(jī)構(gòu)控制，使得主氣缸擁有較高的壓縮比，副氣缸擁有正常的壓縮比， 主氣缸的最大進(jìn)氣量受到限制，所述的氣缸開(kāi)有呼吸門(mén)，該呼吸門(mén)可以控制為常 開(kāi)或常閉，使所述的氣缸中至少有一個(gè)氣缸切換為自由呼吸狀態(tài)，凸輪的運(yùn)動(dòng)通 過(guò)該傳力件傳遞到氣門(mén)，控制該傳力件，使進(jìn)氣門(mén)處于常閉狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征是 在氣門(mén)的正常運(yùn)動(dòng)區(qū)域之外，設(shè)有氣門(mén)閂，氣門(mén)閂在操縱力的作用下進(jìn)入氣門(mén) 的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，閂鎖住氣門(mén)，氣門(mén)閂由設(shè)在機(jī)體上的滑槽和可以受控在其中移動(dòng) 的滑塊組成，或者氣門(mén)閂由設(shè)在機(jī)體上的固定轉(zhuǎn)軸和受控繞此轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的頂桿 組成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征是-所述的轉(zhuǎn)軸由可折疊的兩段組成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征是-在所述的氣門(mén)的搖臂(4)上裝有液壓油缸(3)，液壓油缸中的柱塞(11)在液 壓的作用下伸出，產(chǎn)生附加的凸輪行程，或者當(dāng)撤去液壓油缸中壓力時(shí)，柱塞 縮回，凸輪^1程不能傳遞到氣門(mén)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法,其特征是: 在所述的相鄰的兩個(gè)氣缸組成一個(gè)工作單元，共用一個(gè)進(jìn)氣逋道，其活塞運(yùn)動(dòng) 方向相反。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)的控制方法，其特征是 在所述的氣門(mén)的搖臂上裝有伸縮段。
全文摘要
多排量多壓縮比發(fā)動(dòng)機(jī)及控制方法，一種多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，尤其是用于汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，它可以設(shè)置為不同的排量和壓縮比，使汽車(chē)具有較好的機(jī)動(dòng)性和經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)排量固定，常有不必要的油耗發(fā)生。本發(fā)明的組成包括4個(gè)氣缸，其中兩個(gè)為主氣缸，兩個(gè)為副氣缸，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)設(shè)有操控裝置，所述的氣缸開(kāi)有呼吸門(mén)，該呼吸門(mén)可以控制為常開(kāi)或常閉。本發(fā)明用作汽車(chē)節(jié)油的改進(jìn)裝置。
文檔編號(hào)F01L1/18GK101109301SQ200610010298
公開(kāi)日2008年1月23日 申請(qǐng)日期2006年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日
發(fā)明者何學(xué)新 申請(qǐng)人:何學(xué)新