專利名稱：壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機(jī)。特別是涉及
剛度特性更好的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)。
種可以保持傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的高度和具有曲軸
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)由于曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)限制，壓縮比不可調(diào)節(jié)，因此限
制了其性能的提高。隨著技術(shù)進(jìn)步先后出現(xiàn)了申請?zhí)枮镋P-0292603，如圖1的壓縮比可調(diào)
式內(nèi)燃機(jī)，以及申請?zhí)枮?007100567958，如圖2所示的壓縮比可調(diào)式內(nèi)燃機(jī)。 其中申請?zhí)枮?007100567958所公開的壓縮比可調(diào)式內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)活塞，是通
過上下連桿和擺桿與曲柄連接，構(gòu)成曲軸中心線與氣缸中心線可具有偏心的內(nèi)燃機(jī)。具體
的構(gòu)成是連接活塞的上連桿的下端頭與連接曲柄的下連桿的上端頭通過一設(shè)有輔助驅(qū)動
輪的偏心銷鉸接直接傳遞動力，該鉸接銷上還連接一擺桿，直接支撐在缸體上的擺桿另一
端處設(shè)有可受控轉(zhuǎn)動的主動驅(qū)動輪；曲軸中心線可與氣缸中心線具有偏心。該機(jī)構(gòu)的主要
優(yōu)點在于不用像已有報道的三連桿內(nèi)燃機(jī)通過改變所加擺桿的支撐點位置來改變壓縮比，
因為那樣會使機(jī)構(gòu)動力學(xué)特性變壞，取而代之它是將擺桿的支撐點固定靠所布置的傳動機(jī)
構(gòu)改變上連桿的長度從而改變壓縮比。但其不足之處，首先在于該機(jī)構(gòu)由于使用上下連桿
和擺桿的結(jié)構(gòu)，受機(jī)體結(jié)構(gòu)以及曲柄滑塊機(jī)構(gòu)傳動條件限制，下連桿不可能太短，所以不得
不增加發(fā)動機(jī)的高度，這使發(fā)動機(jī)重量和尺寸明顯加大、成本提高；其次，由于發(fā)動機(jī)曲軸
布置在氣缸中心線附近，使得曲柄長度大，剛性差；這些因素大大限制了其實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠使發(fā)動機(jī)曲柄長度大幅減小，并在 其剛度增大的同時使發(fā)動機(jī)整體高度可以大幅度減小，發(fā)動機(jī)成本明顯減小的壓縮比可調(diào) 發(fā)動機(jī)。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，包括有氣缸、位于氣缸內(nèi)的
活塞、以及上端頭與活塞銷鉸接下端頭與偏心銷鉸接的上連桿，所述的偏心銷與固接有一
個或兩個輔助驅(qū)動輪的第一銷一體形成，所述的輔助驅(qū)動輪與第一銷同軸，還設(shè)置有擺桿，
所述的擺桿的一端鉸接在第一銷上，另一端被支撐在發(fā)動機(jī)缸體上的第二銷上并同軸連接
有與輔助驅(qū)動輪平行且受控轉(zhuǎn)動的一個或兩個主動驅(qū)動輪；所述的主動驅(qū)動輪帶動輔助驅(qū)
動輪轉(zhuǎn)動；所述的擺桿的中部設(shè)置有鉸接點并鉸接有與曲柄相連的下連桿。 在活塞處于上止點位置時所述的曲柄所連接的曲軸的軸心線的垂線與擺桿的鉸
接點的垂線偏心地設(shè)置。 所述的擺桿的中部鉸接點的位置是在以擺桿的中點為對稱正負(fù)1/4擺桿長度的 范圍內(nèi)。 所述的曲軸的設(shè)置位置是，使通過該曲軸軸心線的垂線與在活塞處于上止點位置 時擺桿的中點垂線具有偏心值e為小于或等于正負(fù)1/2的氣缸的中心軸線距擺桿支撐點之間的距離而設(shè)置。 所述的主動驅(qū)動輪與輔助驅(qū)動輪之間通過齒輪系驅(qū)動或通過鏈條、摩擦輪、皮帶 方式驅(qū)動。 所述的擺桿兩端設(shè)置的具有相轉(zhuǎn)動配合的輔助驅(qū)動輪和主動驅(qū)動輪，當(dāng)輔助驅(qū)動 輪和主動驅(qū)動輪各設(shè)置一個時均設(shè)置在擺桿的同側(cè)；當(dāng)輔助驅(qū)動輪和主動驅(qū)動輪各設(shè)置兩 個時，其中的一組輔助驅(qū)動輪和主動驅(qū)動輪與另一組輔助驅(qū)動輪和主動驅(qū)動輪對稱地設(shè)置 在擺桿的兩側(cè)。 所述的偏心銷的軸線與第一銷的軸線之間的距離，使發(fā)動機(jī)壓縮比的最大調(diào)整范 圍在6到23之間。 其特征在于，所述的主動驅(qū)動輪由電控渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)或齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動。
本發(fā)明的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)具有如下的特點發(fā)動機(jī)整機(jī)高度小，曲軸剛度好、壽
命長，成本低，動力學(xué)特性好，壓縮比調(diào)節(jié)簡便，輸出的低速轉(zhuǎn)矩大、功率高，燃料消耗量和
排放污染少。車用機(jī)常用工況的經(jīng)濟(jì)性和動力性好。與點火或噴油提前角調(diào)節(jié)、EGR、HCCI、
增壓以及其他可變技術(shù)等相結(jié)合，既可降低排放又可保持良好的經(jīng)濟(jì)性、動力性和較高的
升功率并縮小排量。在本發(fā)明基礎(chǔ)上可應(yīng)用現(xiàn)有的任何內(nèi)燃機(jī)先進(jìn)技術(shù)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的壓縮比可調(diào)式內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2是另一現(xiàn)有技術(shù)的壓縮比可調(diào)式內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本發(fā)明的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1 :活塞2 :上連桿3 :活塞銷4 :擺桿5.下連桿6 :曲柄7 :偏心銷8 :第一銷9 :輔助驅(qū)動輪10 :缸體銷11 :主動驅(qū)動輪12 :鉸接點13 :曲柄銷14 :曲軸15 :曲柄銷與曲軸主軸承銷重疊部分16 :氣缸
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)做出詳細(xì)說明。 本發(fā)明的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)是在申請?zhí)枮?007100567958所公開的技術(shù)基礎(chǔ)上
進(jìn)行的改進(jìn)，提供一種既可保留上述機(jī)構(gòu)的優(yōu)點又能規(guī)避其缺點的壓縮比可調(diào)式發(fā)動機(jī)。
該發(fā)動機(jī)可以保持傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)的高度和比傳統(tǒng)曲軸更好的剛度特性和與傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)接近
的動力學(xué)特性的一種新型壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)。本發(fā)明除同樣具有可隨工況變化調(diào)節(jié)壓縮
比，從而可提高發(fā)動機(jī)循環(huán)熱效率，與增壓等其他技術(shù)相結(jié)合，還可明顯改善發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)
濟(jì)性，提高動力性能，縮小排量，降低排氣污染。在發(fā)動機(jī)曲柄長度可以大幅減小，而曲軸剛
度增大的同時使發(fā)動機(jī)整體高度可以大幅度減小，發(fā)動機(jī)成本明顯降低。
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為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過下述技術(shù)加以實現(xiàn)的。主要包括直列式和V型內(nèi) 燃機(jī)，至少一個氣缸、氣缸內(nèi)的活塞，活塞通過上連桿、擺桿和下連桿與曲柄連接，構(gòu)成內(nèi)燃 機(jī)。 本發(fā)明的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，主要是指直列式和V型內(nèi)燃機(jī)，至少有一個氣缸。如 圖3所示，包括有氣缸16、位于氣缸16內(nèi)的活塞1、以及上端頭與活塞銷3鉸接下端頭與偏 心銷7鉸接的上連桿2，所述的偏心銷7與固接有一個或兩個輔助驅(qū)動輪9的第一銷8 —體 形成，所述的輔助驅(qū)動輪9與第一銷8同軸，還設(shè)置有擺桿4，所述的擺桿4的一端鉸接在第 一銷8上，另一端被支撐在發(fā)動機(jī)缸體上的缸體銷10上并同軸連接有與輔助驅(qū)動輪9平行 且受控轉(zhuǎn)動的一個或兩個主動驅(qū)動輪11 ;所述的主動驅(qū)動輪11帶動輔助驅(qū)動輪9轉(zhuǎn)動；所 述的擺桿4的中部設(shè)置有鉸接點12并鉸接有與曲柄6相連的下連桿5。
所述的主動驅(qū)動輪11與輔助驅(qū)動輪8之間通過齒輪系驅(qū)動或通過鏈條、摩擦輪、 皮帶方式驅(qū)動。 所述的主動驅(qū)動輪11根據(jù)發(fā)動機(jī)工況信息由電控渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)或齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū) 動。 本發(fā)明的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)各部件的設(shè)置條件是 在活塞1處于上止點位置時所述的曲柄6所連接的曲軸14的軸心線的垂線與擺 桿4的鉸接點12的垂線偏心地設(shè)置。 所述的擺桿4的中部鉸接點12的位置是在以擺桿4的中點為對稱正負(fù)1/4擺桿 長度的范圍內(nèi)。 所述的曲軸14的設(shè)置位置是，使通過該曲軸14軸心線的垂線與在活塞1處于上 止點位置時擺桿4的中點垂線具有偏心值e為小于或等于正負(fù)1/2的氣缸6的中心軸線 距擺桿4支撐點之間的距離而設(shè)置。 所述的擺桿4兩端設(shè)置的具有相轉(zhuǎn)動配合的輔助驅(qū)動輪9和主動驅(qū)動輪11，當(dāng)輔 助驅(qū)動輪9和主動驅(qū)動輪11各設(shè)置一個時均設(shè)置在擺桿的同側(cè)；當(dāng)輔助驅(qū)動輪9和主動驅(qū) 動輪11各設(shè)置兩個時，其中的一組輔助驅(qū)動輪9和主動驅(qū)動輪11與另一組輔助驅(qū)動輪9 和主動驅(qū)動輪11對稱地設(shè)置在擺桿的兩側(cè)。 所述的偏心銷7的軸線與第一銷的軸線之間的距離，使發(fā)動機(jī)壓縮比的最大調(diào)整 范圍在6到23之間。 對照圖3進(jìn)行分析，本發(fā)明與對比發(fā)動機(jī)的明顯區(qū)別在于 連接活塞的上連桿2下端頭與連接曲柄6的下連桿5的上端頭通過帶偏心銷7的 第一銷8將活塞動力先傳給擺桿4的一端，然后再經(jīng)起杠桿作用、一端支撐在缸體上的擺桿 通過在其中部設(shè)置的下連桿鉸接點，將作用力加大然后再傳給與氣缸中心可具有偏心設(shè)置 的曲軸而傳遞動力。在擺桿4缸體銷10上布置的可受控旋轉(zhuǎn)的主動驅(qū)動輪11可通過鏈 條、齒輪等機(jī)械傳動部件驅(qū)動與其平行設(shè)置在擺桿另一端頭的與第一銷8固接并可帶動偏 心銷旋轉(zhuǎn)的輔助驅(qū)動輪。 一般情況下，當(dāng)曲柄旋轉(zhuǎn)時，上連桿2和下連桿5受擺桿4控制， 使發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)；當(dāng)需要調(diào)整壓縮比時，可以由常規(guī)的控制機(jī)構(gòu)，如渦輪蝸桿或齒輪系等控制 機(jī)構(gòu)根據(jù)工況信息通過調(diào)控主動驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)動使裝置在第一銷8上的輔助驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，從 而帶動偏心銷7轉(zhuǎn)動，使活塞位置發(fā)生變化改變發(fā)動機(jī)的壓縮比。
經(jīng)上述改進(jìn)后的發(fā)動機(jī)，結(jié)合附圖進(jìn)行說明有以下優(yōu)點
經(jīng)上述改進(jìn)后的發(fā)動機(jī)，如圖3所示，由于下連桿在擺桿上的位置，從擺桿的上連 桿端頭改為擺桿的中部，首先保持了原有機(jī)構(gòu)的優(yōu)點，譬如簡便的壓縮比調(diào)節(jié)帶來的好處 活塞在上止點時的位置可通過上連桿2和擺桿4相互連接的端頭處所設(shè)置的第一銷上一體 設(shè)置的偏心銷7的位置所控制，而且與第一銷固接的輔助驅(qū)動輪9，同樣可由與缸體銷10同 軸鉸接在缸體上的主動驅(qū)動輪11所控制。因此在活塞運動過程中，不需要改變壓縮比時， 主動驅(qū)動輪的位置不變，這時偏心銷位置不變，保證了活塞在上止點時的位置不變從而確 保了發(fā)動機(jī)在保持一個恒定的壓縮比下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。當(dāng)需要改變發(fā)動機(jī)壓縮比情況下，可由 控制機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)動機(jī)工況需要對受控的主動驅(qū)動輪11實施轉(zhuǎn)動，并同時也使受控的輔助 驅(qū)動輪9轉(zhuǎn)動，改變了與其固接的第一銷的位置使偏心銷7的旋轉(zhuǎn)，從而使活塞上止點的位 置發(fā)生變化并改變了發(fā)動機(jī)的壓縮比。這樣就可做到根據(jù)發(fā)動機(jī)工況的需要調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的 壓縮比，從而確保發(fā)動機(jī)經(jīng)常在較高的循環(huán)熱效率下工作，大大提高燃油效率和動力性又 兼顧具有較低的排放污染。此外由于壓縮比的提高，使熱功轉(zhuǎn)換效率提高，同樣的燃料消耗 下可做更多的功。因此提高發(fā)動機(jī)的壓縮比會同時改善發(fā)動機(jī)的動力性能，在輸出同樣動 力情況下，可以減小發(fā)動機(jī)的排量，進(jìn)一步降低發(fā)動機(jī)機(jī)械損失，提高發(fā)動機(jī)的升功率。
除此之外，由于下連桿在擺桿上的位置變化，使得原有技術(shù)中只起擺動作用的擺 桿，成了名副其實的杠桿，它帶來了以下優(yōu)點其一，由于下連桿與擺桿鉸接點12的位置可 以在以擺桿4的中點為對稱正負(fù)1/4擺桿長度的范圍內(nèi)變化，一方面使活塞的位移隨該鉸 接點12的位置而變化；另一方面下連桿驅(qū)動曲軸做功的驅(qū)動力將增加；其二，由于下連桿 驅(qū)動力增加，如果保持同樣的輸出力矩，就可以把曲柄6的長度同比例縮小，這樣既可以減 輕曲柄的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，又可使發(fā)動機(jī)高度大大降低，整機(jī)質(zhì)量減小，發(fā)動機(jī)成本下降；其三，由 于曲軸14的設(shè)置位置是，使通過該曲軸14軸心線的垂線與在活塞1處于上止點位置時擺 桿4的中點垂線具有偏心值e，所以與在活塞在上止點位置時擺桿的下連桿鉸接點正心布 置曲軸的情況相比，下連桿的長度可以增大，從機(jī)械原理上講，對改善發(fā)動機(jī)曲柄動力學(xué)特 性有利；其四，由于擺桿支撐點移向擺桿中部使曲柄長度大大縮短，附圖3中曲柄銷13與曲 軸主軸承銷14重疊部分15明顯加大，這就使曲軸剛度大大增強(qiáng)，有可能使用較寬而直徑較 小的曲柄銷，既減輕慣性質(zhì)量又有利于盡可能滿足曲軸的輕量化、小慣量、高速化、長壽命 設(shè)計的宗旨，有利于延長其使用壽命。 綜上所述，本發(fā)明提供的一種壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)有如下主要優(yōu)點
發(fā)動機(jī)整機(jī)高度小，曲軸剛度好、壽命長，成本低，動力學(xué)特性好，壓縮比調(diào)節(jié)簡 便、輸出的低速轉(zhuǎn)矩大、功率高，燃料消耗量和排放污染少。車用機(jī)常用工況的經(jīng)濟(jì)性和動 力性好。與點火或噴油提前角調(diào)節(jié)、EGR、HCCI、增壓以及其他可變技術(shù)等相結(jié)合，既可降低 排放又可保持良好的經(jīng)濟(jì)性、動力性和較高的升功率并縮小排量。在本發(fā)明基礎(chǔ)上可應(yīng)用 現(xiàn)有的任何內(nèi)燃機(jī)先進(jìn)技術(shù)。
權(quán)利要求
一種壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，包括有氣缸(16)、位于氣缸(16)內(nèi)的活塞(1)、以及上端頭與活塞銷(3)鉸接下端頭與偏心銷(7)鉸接的上連桿(2)，所述的偏心銷(7)與固接有一個或兩個輔助驅(qū)動輪(9)的第一銷(8)一體形成，所述的輔助驅(qū)動輪(9)與第一銷(8)同軸，還設(shè)置有擺桿(4)，所述的擺桿(4)的一端鉸接在第一銷(8)上，另一端被支撐在發(fā)動機(jī)缸體上的第二銷(10)上并同軸連接有與輔助驅(qū)動輪(9)平行且受控轉(zhuǎn)動的一個或兩個主動驅(qū)動輪(11)；所述的主動驅(qū)動輪(11)帶動輔助驅(qū)動輪(9)轉(zhuǎn)動；其特征在于，所述的擺桿(4)的中部設(shè)置有鉸接點(12)并鉸接有與曲柄(6)相連的下連桿(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，其特征在于，在活塞(1)處于上止點位置 時所述的曲柄(6)所連接的曲軸(14)的軸心線的垂線與擺桿(4)的鉸接點(12)的垂線偏 心地設(shè)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述的擺桿(4)的中部鉸接 點(12)的位置是在以擺桿(4)的中點為對稱正負(fù)1/4擺桿長度的范圍內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述的曲軸(14)的設(shè)置位 置是，使通過該曲軸(14)軸心線的垂線與在活塞(1)處于上止點位置時擺桿(4)的中點垂 線具有偏心值e為小于或等于正負(fù)1/2的氣缸(6)的中心軸線距擺桿(4)支撐點之間的 距離而設(shè)置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述的主動驅(qū)動輪(11)與 輔助驅(qū)動輪(9)之間通過齒輪系驅(qū)動或通過鏈條、摩擦輪、皮帶方式驅(qū)動。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述的擺桿(4)兩端設(shè)置 的具有相轉(zhuǎn)動配合的輔助驅(qū)動輪(9)和主動驅(qū)動輪(ll)，當(dāng)輔助驅(qū)動輪(9)和主動驅(qū)動輪 (11)各設(shè)置一個時均設(shè)置在擺桿的同側(cè)；當(dāng)輔助驅(qū)動輪(9)和主動驅(qū)動輪(11)各設(shè)置兩 個時，其中的一組輔助驅(qū)動輪(9)和主動驅(qū)動輪(11)與另一組輔助驅(qū)動輪(9)和主動驅(qū)動 輪(11)對稱地設(shè)置在擺桿的兩側(cè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述的偏心銷(7)的軸線與 第一銷的軸線之間的距離，使發(fā)動機(jī)壓縮比的最大調(diào)整范圍在6到23之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述的主動驅(qū)動輪(11)由 電控渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)或齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動。
全文摘要
本發(fā)明公開一種壓縮比可調(diào)發(fā)動機(jī)，包括有氣缸、位于氣缸內(nèi)的活塞、以及上端頭與活塞銷鉸接下端頭與偏心銷鉸接的上連桿，所述的偏心銷與固接有一個或兩個輔助驅(qū)動輪的第一銷一體形成，所述的輔助驅(qū)動輪與第一銷同軸，還設(shè)置有擺桿，所述的擺桿的一端鉸接在第一銷上，另一端被支撐在發(fā)動機(jī)缸體上的第二銷上并同軸連接有與輔助驅(qū)動輪平行且受控轉(zhuǎn)動的一個或兩個主動驅(qū)動輪；所述的主動驅(qū)動輪帶動輔助驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動；所述的擺桿的中部設(shè)置有鉸接點并鉸接有與曲柄相連的下連桿。本發(fā)明發(fā)動機(jī)整機(jī)高度小，曲軸剛度好、壽命長，成本低，動力學(xué)特性好，壓縮比調(diào)節(jié)簡便，輸出的低速轉(zhuǎn)矩大、功率高，燃料消耗量和排放污染少。
文檔編號F02B75/32GK101701548SQ20091022863
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者林建生 申請人:天津大學(xué)