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CN107084046A - 一种偏心曲拐式可变压缩比机构 - Google Patents

一种偏心曲拐式可变压缩比机构 Download PDF

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CN107084046A
CN107084046A CN201710473417.3A CN201710473417A CN107084046A CN 107084046 A CN107084046 A CN 107084046A CN 201710473417 A CN201710473417 A CN 201710473417A CN 107084046 A CN107084046 A CN 107084046A
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CN
China
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Application number
CN201710473417.3A
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Inventor
解方喜
洪伟
石卜从
苏岩
许允
李小平
姜北平
于岐
冯爽
赵海平
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Jilin University
Original Assignee
Jilin University
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/047—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of variable crankshaft position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/04—Varying compression ratio by alteration of volume of compression space without changing piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2700/00—Mechanical control of speed or power of a single cylinder piston engine
    • F02D2700/03—Controlling by changing the compression ratio

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种偏心曲拐式可变压缩比机构。本发明由曲轴、连杆、连杆盖、锁止销等组成；曲轴为组合式曲轴，由曲轴左体、曲柄销和曲轴右体组成，曲柄销为三段式偏心阶梯轴结构，每段轴上均设有一圈锁止销孔，在曲轴左体、连杆和曲轴右体上分别设有油道，可通入高压油或低压油；当油道内为低压油时，锁止销a和锁止销b分别进入锁止销孔a和锁止销孔b内，而锁止销c与锁止销孔c分离，此时压缩比恒定；当油道内为高压油时，锁止销a和锁止销b分别与锁止销孔a和锁止销孔b分离，而锁止销c进入锁止销孔c内，此时可调整压缩比；本发明可实现压缩比连续可调，控制灵活；结构简单，制造方便，可靠性高，易于推广。

Description

一种偏心曲拐式可变压缩比机构
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种偏心曲拐式可变压缩比机构。
背景技术
日益严峻的能源危机和排放法规使传统发动机面临越来越严峻的挑战。动力性、经济性和排放性能的综合提高是对传统发动机提出的要求与挑战。为解决传统发动机无法同时兼顾高效、节能、低排的综合要求这一技术难题，可变压缩比技术应运而生，这一技术能够很好地改善发动机的热效率、燃油经济性和排放特性。
压缩比指的是发动机混合气体被压缩的程度，用压缩前的气缸总容积与压缩后的气缸容积即燃烧室容积之比来表示。压缩比对内燃机性能有多方面的影响。压缩比越高，热效率越高，但随压缩比的增高，热效率增长幅度越来越小；同时压缩比过高使压缩压力、最高燃烧压力均升高，而使内燃机机械效率下降。压缩比改变还影响内燃机有害排放物的变化。另外，可变压缩比技术与涡轮增压技术相结合有效弥补了涡轮增压在中低转速不工作的弱点。随着负荷的变化，实现压缩比的无极调节，可以最大限度的发掘发动机的潜力，使其在整个工况范围内均能有效的提高热效率，进而提高发动机的综合性能。
目前发动机可变压缩比技术的实现主要有改进气缸盖、活塞及燃烧室、曲轴连杆组件等几种形式，存在的几个问题主要有对气缸盖进行了大量复杂的改动，使得制造成本大大增加；加装了大量复杂的机械组件使得可靠性降低。除此之外，机构磨损、压缩比变换控制精度、机械能耗损失等问题都是非常棘手的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述发动机可变压缩比技术的难题和不足，提供一种结构简单、工作可靠、研发成本低、对发动机整体改动小的一种偏心曲拐式可变压缩比机构。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：
本发明所述的一种偏心曲拐式可变压缩比机构主要由曲轴左体(1)、锁止销孔a(2)、卡环a(3)、曲柄销(4)、密封圈a(5)、油腔a(6)、锁止销a(7)、弹簧a(8)、锁止销安装孔a(9)、油道a(10)、油道b(11)、锁止销安装孔b(12)、弹簧b(13)、锁止销b(14)、油腔b(15)、密封圈b(16)、卡环b(17)、锁止销孔b(18)、曲轴右体(19)、锁止销孔c(20)、油道c(21)、连杆(22)、连杆盖(23)、油腔c(24)、锁止销c(25)、弹簧c(26)、锁止销安装孔c(27)、卡环c(28)组成。
其特征在于所述的曲轴为组合式曲轴，由曲轴左体(1)、曲柄销(4)和曲轴右体(19)组成；曲柄销(4)为三段式对称阶梯轴结构，左右两段轴线重合并与中间段轴线不在同一水平线上，在曲柄销(4)的左段外表面圆周上加工有n个大小相同的锁止销孔a(2)、中段外表面圆周上加工有m个大小相同的锁止销孔c(20)、右段外表面圆周上加工有n个大小相同的锁止销孔b(18)；在曲轴左体(1)上加工有锁止销安装孔a(9)和油道a(10)，在曲轴右体(19)上加工有油道b(11)和锁止销安装孔b(12)；所述的连杆(22)上加工有油道c(21)和锁止销安装孔c(27)；所述的锁止销a(7)、锁止销b(14)和锁止销c(25)底座均为圆柱体结构，头部为圆形杆状结构。
所述的曲柄销(4)连接曲轴左体(1)和曲轴右体(19)，曲柄销(4)的左段和右段分别放入曲轴左体(1)和曲轴右体(19)的销孔内，均与销孔间隙配合，并且由卡环a(3)和卡环b(17)进行限位。
所述的密封圈a(5)、锁止销a(7)、弹簧a(8)均安装在曲轴左体(1)上的锁止销安装孔a(9)内，其中弹簧a(8)固接在锁止销安装孔a(9)底部，锁止销a(7)底座与弹簧a(8)上端接触且锁止销a(7)头部轴线在锁止销孔a(2)截面内，密封圈a(5)内圈套在锁止销a(7)头部，且固接在锁止销安装孔a(9)的开口处，密封圈a(5)下方与锁止销a(7)底座之间构成密闭的环形油腔a(6)，并且油道a(10)与油腔a(6)相通；弹簧b(13)、锁止销b(14)、密封圈b(16)均安装在曲轴右体(19)上的锁止销安装孔b(12)内，其中弹簧b(13)固接在锁止销安装孔b(12)底部，锁止销b(14)底座与弹簧b(13)上端接触且锁止销b(14)头部轴线在锁止销孔b(18)截面内，密封圈b(16)内圈套在锁止销b(14)头部，且固接在圆孔b(12)的开口处，密封圈b(16)下方与锁止销b(14)底座之间构成密闭的环形油腔b(15)，并且油道b(11)与油腔b(15)相通。
所述的连杆(22)和连杆盖(23)通过螺栓连接，并且连杆(22)和连杆盖(23)安装在曲柄销(4)的中间轴段上，并与中间轴段间隙配合，可以相对转动；锁止销c(25)、弹簧c(26)、卡环c(28)均安装在连杆(22)上的锁止销安装孔c(27)内，其中锁止销c(25)头部轴线在锁止销孔c(20)截面内，弹簧c(26)套在锁止销c(25)上，且顶端由锁止销c(25)底座限位，底端由卡环c(28)限位，锁止销c(25)底座与锁止销安装孔c(27)底端之间构成密闭的圆形油腔c(24)、并且油道c(21)与油腔c(24)相通。
本发明装置的工作过程如下：
当发动机压缩比不调整时，由油道a(10)、油道b(11)和油道c(21)分别向油腔a(6)、油腔b(15)和油腔c(24)中通入低压油，此时弹簧a(8)、弹簧b(13)和弹簧c(26)的作用力均大于低压油液压力，锁止销a(7)和锁止销b(14)分别在弹簧a(8)和弹簧b(13)的作用力下向上运动进入锁止销孔a(2)和锁止销孔b(18)内，而锁止销c(25)在弹簧c(26)的作用力下向上运动与锁止销孔c(20)分离；此状态下，曲柄销(4)与曲轴左体(1)和曲轴右体(19)固接为一体，曲柄销(4)无法相对曲轴左体(1)和曲轴右体(19)转动，压缩比保持恒定。
当发动机压缩比改变时，通过油道a(10)、油道b(11)和油道c(21)分别向油腔a(6)、油腔b(15)和油腔c(24)内通入高压油，此时高压油的液压力均大于弹簧a(8)、弹簧b(13)和弹簧c(26)的作用力，锁止销a(7)和锁止销b(14)分别在高压油的压力下压缩弹簧a(8)和弹簧b(13)并脱离锁止销孔a(2)和锁止销孔b(18)，而锁止销c(25)在高压油的压力下压缩弹簧c(26)并进入锁止销孔c(20)内；此状态下，曲柄销(4)与连杆(22)固接为一体，而与曲轴左体(1)和曲轴右体(19)分离，在曲轴转动过程中，由连杆(22)带动曲柄销(4)相对曲轴左体(1)和曲轴右体(19)转动，从而改变压缩比。
当压缩比调整完毕时，油道a(10)、油道b(11)和油道c(21)内的液压油切换为低压油，从而使油腔a(6)、油腔b(15)和油腔c(24)中液压油均又变为低压状态，锁止销a(7)和锁止销b(14)分别在弹簧a(8)和弹簧b(13)的作用力下重新进入锁止销孔a(2)和锁止销孔b(18)内，而锁止销c(25)在弹簧c(26)的作用力下与锁止销孔c(20)分离，发动机压缩比重新保持恒定，由此完成一次压缩比调整过程。
与现有技术相比本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的一种偏心曲拐式可变压缩比机构可实现多级压缩比调整过程，控制灵活；
2.本发明提供的一种偏心曲拐式可变压缩比机构可兼顾发动机不同工况下性能，优化发动机工作过程，有效提高发动机的热效率，改善发动机性能；
3.本发明提供的一种偏心曲拐式可变压缩比机构结构简单，对发动机改动小，成本低，制造方便，易于推广；
4.本发明提供的一种偏心曲拐式可变压缩比机构利用曲轴连杆转动过程中的作用力作为动力源，没有外加过于复杂的驱动装置，工作可靠性高。
附图说明
图1是偏心曲拐式可变压缩比机构的结构示意图
图2是图1中A—A向剖视图的结构示意图
图3是图1中B—B向剖视图的结构示意图
其中，1.曲轴左体 2.锁止销孔a 3.卡环a 4.曲柄销 5.密封圈a 6.油腔a 7.锁止销a 8.弹簧a 9.锁止销安装孔a 10.油道a 11.油道b 12.锁止销安装孔b 13.弹簧b 14.锁止销b 15.油腔b 16.密封圈b 17.卡环b 18.锁止销孔b 19.曲轴右体 20.锁止销孔c 21.油道c 22.连杆 23.连杆盖 24.油腔c 25.锁止销c 26.弹簧c 27.锁止销安装孔c 28.卡环c
具体实施方式
下面结合附图1-3对本发明做详细描述：
参照附图1、2：
本发明由曲轴左体(1)、锁止销孔a(2)、卡环a(3)、曲柄销(4)、密封圈a(5)、油腔a(6)、锁止销a(7)、弹簧a(8)、锁止销安装孔a(9)、油道a(10)、油道b(11)、锁止销安装孔b(12)、弹簧b(13)、锁止销b(14)、油腔b(15)、密封圈b(16)、卡环b(17)、锁止销孔b(18)、曲轴右体(19)、锁止销孔c(20)、油道c(21)、连杆(22)、连杆盖(23)、油腔c(24)、锁止销c(25)、弹簧c(26)、锁止销安装孔c(27)、卡环c(28)组成。
参照附图1、3：
所述的曲轴为组合式曲轴，由曲轴左体(1)、曲柄销(4)和曲轴右体(19)组成；
曲柄销(4)连接曲轴左体(1)和曲轴右体(19)，曲柄销(4)的左段和右段分别放入曲轴左体(1)和曲轴右体(19)的销孔内，均与销孔间隙配合，并且由卡环a(3)和卡环b(17)进行限位，曲轴销(4)可相对曲轴左体(1)和曲轴右体(19)转动；
曲轴左体(1)上加工有锁止销安装孔a(9)和油道a(10)；曲轴右体(19)上加工有油道b(11)和锁止销安装孔b(12)；
曲柄销(4)为三段式对称阶梯轴结构，左右两段轴线重合并与中间段轴线不在同一水平线上，在曲柄销(4)的左段外表面圆周上加工有n个大小相同的锁止销孔a(2)、中段外表面圆周上加工有m个大小相同的锁止销孔c(20)、右段外表面圆周上加工有n个大小相同的锁止销孔b(18)；
所述的锁止销a(7)和锁止销b(14)底座均为圆柱体结构，头部为圆形杆状结构；
密封圈a(5)、锁止销a(7)、弹簧a(8)均安装在曲轴左体(1)上的锁止销安装孔a(9)内；
弹簧a(8)固接在锁止销安装孔a(9)底部，弹簧a(8)可以为锁止销a(7)的运动提供动力；
锁止销a(7)底座与弹簧a(8)上端接触且锁止销a(7)头部轴线在锁止销孔a(2)截面内，锁止销a(7)进入锁止销孔a(2)内时，可使曲轴左体(1)与曲轴销(4)固接；
密封圈a(5)内圈套在锁止销a(7)头部，且固接在锁止销安装孔a(9)的开口处，密封圈a(5)下方与锁止销a(7)底座之间构成密闭的环形油腔a(6)，并且油道a(10)与油腔a(6)相通，油道a(10)可向油腔a(6)内供给高压液压油或低压液压油；
弹簧b(13)、锁止销b(14)、密封圈b(16)均安装在曲轴右体(19)上的锁止销安装孔b(12)内；
弹簧b(13)固接在锁止销安装孔b(12)底部，弹簧b(13)可以为锁止销b(14)的运动提供动力；
锁止销b(14)底座与弹簧b(13)上端接触且锁止销b(14)头部轴线在锁止销孔b(18)截面内，锁止销b(14)进入锁止销孔b(18)内时，可使曲轴右体(19)与曲轴销(4)固接；
密封圈b(16)内圈套在锁止销b(14)头部，且固接在圆孔b(12)的开口处，密封圈b(16)下方与锁止销b(14)底座之间构成密闭的环形油腔b(15)，并且油道b(11)与油腔b(15)相通，油道b(11)可向油腔b(15)内供给高压液压油或低压液压油；
参照附图1、2：
所述的连杆(22)上加工有油道c(21)和锁止销安装孔c(27)；
连杆(22)和连杆盖(23)安装在曲柄销(4)的中间轴段上，并与中间轴段间隙配合，可以相对转动；并且连杆(22)和连杆盖(23)之间通过螺栓连接；
锁止销c(25)底座为圆柱体结构，头部为圆形杆状结构；
锁止销c(25)、弹簧c(26)、卡环c(28)均安装在连杆(22)上的锁止销安装孔c(27)内；
锁止销c(25)头部轴线在锁止销孔c(20)截面内，锁止销c(25)进入锁止销孔c(20)内时，可使连杆(22)与曲轴销(4)固接；
弹簧c(26)套在锁止销c(25)上，且顶端由锁止销c(25)底座限位，底端由卡环c(28)限位，弹簧c(26)可以为锁止销c(25)的运动提供动力；
锁止销c(25)底座与锁止销安装孔c(27)底端之间构成密闭的圆形油腔c(24)、并且油道c(21)与油腔c(24)相通，油道c(21)可向油腔c(24)内供给高压液压油或低压液压油；
结合本发明装置各组件及其安装位置关系，该偏心曲拐式可变压缩比机构的技术方案如下：
本发明装置的具体工作过程可分为如下两种情况：
发动机工况稳定，压缩比恒定过程：
当发动机压缩比不调整时，由油道a(10)、油道b(11)和油道c(21)分别向油腔a(6)、油腔b(15)和油腔c(24)中通入低压油，此时弹簧a(8)、弹簧b(13)和弹簧c(26)的作用力均大于低压油液压力，锁止销a(7)和锁止销b(14)分别在弹簧a(8)和弹簧b(13)的作用力下向上运动进入锁止销孔a(2)和锁止销孔b(18)内，而锁止销c(25)在弹簧c(26)的作用力下向上运动与锁止销孔c(20)分离；此状态下，曲柄销(4)与曲轴左体(1)和曲轴右体(19)固接为一体，曲柄销(4)无法相对曲轴左体(1)和曲轴右体(19)转动，压缩比保持恒定。
发动机工况变化，压缩比调整过程：
当发动机压缩比改变时，通过油道a(10)、油道b(11)和油道c(21)分别向油腔a(6)、油腔b(15)和油腔c(24)内通入高压油，此时高压油的液压力均大于弹簧a(8)、弹簧b(13)和弹簧c(26)的作用力，锁止销a(7)和锁止销b(14)分别在高压油的压力下压缩弹簧a(8)和弹簧b(13)并脱离锁止销孔a(2)和锁止销孔b(18)，而锁止销c(25)在高压油的压力下压缩弹簧c(26)并进入锁止销孔c(20)内；此状态下，曲柄销(4)与连杆(22)固接为一体，而与曲轴左体(1)和曲轴右体(19)分离，在曲轴转动过程中，由连杆(22)带动曲柄销(4)相对曲轴左体(1)和曲轴右体(19)转动，从而改变压缩比。
当压缩比调整完毕时，油道a(10)、油道b(11)和油道c(21)内的液压油切换为低压油，从而使油腔a(6)、油腔b(15)和油腔c(24)中液压油均又变为低压状态，锁止销a(7)和锁止销b(14)分别在弹簧a(8)和弹簧b(13)的作用力下重新进入锁止销孔a(2)和锁止销孔b(18)内，而锁止销c(25)在弹簧c(26)的作用力下与锁止销孔c(20)分离，发动机压缩比重新保持恒定，由此完成一次压缩比调整过程。

Claims (5)

1.一种偏心曲拐式可变压缩比机构，由曲轴左体(1)、锁止销孔a(2)、卡环a(3)、曲柄销(4)、密封圈a(5)、油腔a(6)、锁止销a(7)、弹簧a(8)、锁止销安装孔a(9)、油道a(10)、油道b(11)、锁止销安装孔b(12)、弹簧b(13)、锁止销b(14)、油腔b(15)、密封圈b(16)、卡环b(17)、锁止销孔b(18)、曲轴右体(19)、锁止销孔c(20)、油道c(21)、连杆(22)、连杆盖(23)、油腔c(24)、锁止销c(25)、弹簧c(26)、锁止销安装孔c(27)、卡环c(28)组成。
2.按权利要求1所述的一种偏心曲拐式可变压缩比机构，其特征在于所述的曲轴为组合式曲轴，由曲轴左体(1)、曲柄销(4)和曲轴右体(19)组成；曲柄销(4)为三段式对称阶梯轴结构，左右两段轴线重合并与中间段轴线不在同一水平线上，在曲柄销(4)的左段外表面圆周上加工有n个大小相同的锁止销孔a(2)、中段外表面圆周上加工有m个大小相同的锁止销孔c(20)、右段外表面圆周上加工有n个大小相同的锁止销孔b(18)；在曲轴左体(1)上加工有锁止销安装孔a(9)和油道a(10)，在曲轴右体(19)上加工有油道b(11)和锁止销安装孔b(12)；所述的连杆(22)上加工有油道c(21)和锁止销安装孔c(27)；所述的锁止销a(7)、锁止销b(14)和锁止销c(25)底座均为圆柱体结构，头部为圆形杆状结构。
3.按权利要求1所述的一种偏心曲拐式可变压缩比机构，其特征在于所述的曲柄销(4)连接曲轴左体(1)和曲轴右体(19)，曲柄销(4)的左段和右段分别放入曲轴左体(1)和曲轴右体(19)的销孔内，均与销孔间隙配合，并且由卡环a(3)和卡环b(17)进行限位。
4.按权利要求1所述的一种偏心曲拐式可变压缩比机构，其特征在于所述的密封圈a(5)、锁止销a(7)、弹簧a(8)均安装在曲轴左体(1)上的锁止销安装孔a(9)内，其中弹簧a(8)固接在锁止销安装孔a(9)底部，锁止销a(7)底座与弹簧a(8)上端接触且锁止销a(7)头部轴线在锁止销孔a(2)截面内，密封圈a(5)内圈套在锁止销a(7)头部，且固接在锁止销安装孔a(9)的开口处，密封圈a(5)下方与锁止销a(7)底座之间构成密闭的环形油腔a(6)，并且油道a(10)与油腔a(6)相通；弹簧b(13)、锁止销b(14)、密封圈b(16)均安装在曲轴右体(19)上的锁止销安装孔b(12)内，其中弹簧b(13)固接在锁止销安装孔b(12)底部，锁止销b(14)底座与弹簧b(13)上端接触且锁止销b(14)头部轴线在锁止销孔b(18)截面内，密封圈b(16)内圈套在锁止销b(14)头部，且固接在圆孔b(12)的开口处，密封圈b(16)下方与锁止销b(14)底座之间构成密闭的环形油腔b(15)，并且油道b(11)与油腔b(15)相通。
5.按权利要求1所述的一种偏心曲拐式可变压缩比机构，其特征在于所述的连杆(22)和连杆盖(23)通过螺栓连接，并且连杆(22)和连杆盖(23)安装在曲柄销(4)的中间轴段上，并与中间轴段间隙配合，可以相对转动；锁止销c(25)、弹簧c(26)、卡环c(28)均安装在连杆(22)上的锁止销安装孔c(27)内，其中锁止销c(25)头部轴线在锁止销孔c(20)截面内，弹簧c(26)套在锁止销c(25)上，且顶端由锁止销c(25)底座限位，底端由卡环c(28)限位，锁止销c(25)底座与锁止销安装孔c(27)底端之间构成密闭的圆形油腔c(24)、并且油道c(21)与油腔c(24)相通。
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