CN101560917A - 一种汽车发动机可变压缩比装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车发动机可变压缩比装置，包括曲轴、主连杆、活塞、偏心衬套、铰链杆件传动机构和调节轴，主连杆小头与活塞通过活塞销连接，主连杆大头与曲轴连接，偏心衬套设置在主连杆小头与活塞销之间或者设置在连杆颈与主连杆大头之间或者设置在曲轴的主轴颈与曲轴箱的主轴承座孔之间，调节轴与偏心衬套之间使用铰链杆件传动机构进行传动。铰链杆件传动机构控制偏心衬套转动，可改变活塞上止点位置即改变发动机压缩比，并且该铰链杆件传动机构为两个平行四边形铰链四杆机构，其结构简单、容易制造、便于控制、使用可靠、经久耐用、成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及汽车发动机技术领域，特别是涉及一种汽车发动机可变压缩比装置。
背景技术
瑞典SAAB(绅宝)公司将可变压缩比技术最早用于汽车发动机，此技术可以显著提高发动机的动力性能，降低油耗和排放，提高了升功率有利于发动机小型化，尤其在节能减排方面优势显著，是下一代汽车发动机的核心技术之一。目前可变压缩比技术方案有很多，虽然这种技术节能减排效果非常明显，但有些大多数可变压缩比方案使发动机的机械结构进一步复杂化，成本大幅增加，可靠性降低，有些还存在着控制难题，动平衡变动等问题，很大程度上削弱了技术竞争力和综合效益，使得量产化进展缓慢。动平衡方面的问题往往会成为某些方案最大的难题，例如：德国FEV的多连杆可边压缩比机构，改变压缩比时机构会发生很大位移，动平衡也随之改变，最终由于无法解决震动过大问题而不得不放弃开发，本田、日产也是多连杆机构，都在动平衡方面遭遇极大困难，本田甚至使用可变动平衡机构也没有彻底解决问题。并且一些发动机上采用的可变压缩比机构在控制上存在着复杂的技术难题。如：法国MCE-5可变压缩比发动机的可变压缩比装置需采用全新的活塞、连杆、曲轴、液压控制器和机体等，新结构过多，大大增加了开发难度和成本，目前已投入研发资金达十几亿欧元，主要用于新型零部件研制和大量生产技术工艺的开发上。再如SAAB SVC可变压缩比发动机，其缸头能摇动，缸头与机体铰接，巨大的汽缸压力使铰接处和压缩比控制部件要承受数吨的交变应力，机体强度必须大大加强，增加了重量体积，驱动摇头的电机功率还要很大，此外汽缸盖上的凸轮轴还要进行补偿，还需采用柔性进、排气管，引来一大堆麻烦。
发明内容
本发明的目的是解决可变压缩比发动机对发动机改动大、机械结构复杂、成本高、可靠性低的缺点，提供一种在不改变目前成熟发动机的汽缸盖、汽缸、活塞、主连杆、曲轴及曲轴支撑结构的前提下，能与目前成熟发动机很好地结合的可变压缩比装置，该装置体积小，安装在曲轴箱的空余空间内，开发成本低，并能调节发动机压缩比在7到16之间或更大的范围连续变化，适用于单缸、直列多缸和V型发动机。
为达到上述目的，本发明技术方案为：一种汽车发动机可变压缩比装置，包括曲轴、主连杆、活塞、偏心衬套、铰链杆件传动机构和调节轴，主连杆小头与活塞通过活塞销连接，主连杆大头与曲轴连接，偏心衬套设置在主连杆小头与活塞销之间或者设置在连杆颈与主连杆大头之间或者设置在曲轴的主轴颈与曲轴箱的主轴承座孔之间，调节轴与偏心衬套之间使用铰链杆件传动机构进行传动。
所述调节轴上设置有驱动臂，偏心衬套上连接有两个耳臂，两个耳臂分别与第一连杆和第二连杆铰接，第一连杆和第二连杆分别与换向架铰接，从而构成第一平行四边形铰链四杆机构；换向架分别与第三连杆和第四连杆铰接，第三连杆与调节轴铰接，第四连杆与驱动臂铰接，从而构成第二平行四边形铰链四杆机构；
所述驱动臂的转动受调节轴的控制，调节轴由电机或液压装置驱动，各铰接处有轴承。
所述换向架为三角架，第一连杆和第二连杆的长度方向为活塞的运动方向。
本发明的有益效果：铰链杆件传动机构控制偏心衬套转动，可改变活塞上止点位置即改变发动机压缩比，并且该铰链杆件传动机构为两个平行四边形铰链四杆机构，其结构简单、容易制造、便于控制、使用可靠、经久耐用、成本低廉。本发明以一种近乎独立的方式改变发动机的压缩比，发动机的传统结构没有改变，活塞的往复运动仍然是正弦曲线，对进气过程的影响较小，不改变发动机排量，而仅仅改变发动机的压缩比。动平衡方面，由于本发明与发动机曲轴连杆机构的动平衡不相关，不影响发动机曲轴连杆机构的动平衡，而本发明重量轻，运动惯性小，在改变压缩比的过程中重心位移改变很小，惯性力方向稳定。
本发明能很容易地实现与现有成熟的发动机较好地结合。偏心衬套设置在连杆小头与活塞小轴之间或者设置在曲轴的主轴颈与曲轴箱的主轴承座孔之间，只需将连杆小头的直径加大或者将曲轴箱的主轴承座孔的直径加大，不必改变连杆或者曲轴箱的形状结构。传动机构为平面连杆机构，可将该机构设置于发动机中的连杆与曲轴平衡块之间的空隙中。调节轴位于汽缸底边与曲轴箱交接处外侧，类似柴油机凸轮轴的位置，此部位一般没有发动机的其他重要部件，调节轴由曲轴箱支撑，不需要在发动机内部设计支撑结构。驱动动力部件的电机、蜗轴、蜗轮可置于调节轴的一端，不占用机体内部空间。所以，在现有成熟发动机中使用本发明，无需对发动机的主要部件结构引入新设计，只需对现有发动机做一些难度较低的改进，避免与其他部件碰撞就可以了。如(1)增大曲轴配重块与连杆的间距；(2)使连杆偏向一侧；(3)在汽缸底边开槽；(4)增大曲拐宽度；(5)使平行传动机构更扁，运动时侧偏更小；(6)减小平行传动机构的连杆的宽度；(7)把平行传动机构的连杆设计成弯曲的；(8)曲轴偏置、(9)加长主连杆等。与其他可变压缩比装置相比，可最大程度上继承现有发动机的结构，这无疑可以最大程度地减少开发成本和投产周期。再就是，活塞在上止点的位置上下移动幅度达到3到5毫米就可产生足够大的可变压缩比范围，所以偏心衬套只需达到3毫米左右，转角120度即可达到目标。一台2.0升排量汽油发动机估算平行四边形机构连杆受力情况，设：缸径为86毫米，行程为86毫米，燃烧室最高爆发压力达到70个大气压，偏心衬套偏心距为3毫米，耳臂力臂为50毫米，不计摩擦，在汽缸爆发最高压力时，偏心衬套将产生约120牛米转矩，每个传动机构的连杆只承受172公斤的拉力或压力，所以平行四边形机构受力不大，其重量体积可以做得比较小。对于一台2.0升低增压发动机而言，加入这种可变压缩比装置后，发动机的总重增加可以控制在10到15公斤范围内(包括发动机由于功率负荷提高而进行强化增加的重量)，而整个可变压缩比装置的质量小于5公斤。所以，本发明可以在基本不改变发动机结构、重量和体积的情况下，实现可变压缩比功能。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明进行进一步说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为铰链杆件传动机构的结构示意图。
图中：1-主连杆 2-主连杆小头 3-调节轴 4-活塞销 5-偏心衬套 6-换向架 7-驱动臂 8-第一连杆 9-第二连杆 10-第三连杆 11-第四连杆12-活塞 13-曲轴 14-气缸 15-耳臂 16-主连杆大头
具体实施例
实施例1
如图1、图2所示，发动机的主连杆1与曲轴13连接，气缸14内的活塞12通过活塞销4与主连杆小头2连接，在活塞销4与主连杆小头2之间设置有偏心衬套5，偏心衬套5上固定连接两个耳臂15，两个耳臂15分别与第一连杆8和第二连杆9铰接，第一连杆8和第二连杆9分别与换向架6铰接，从而构成第一平行四边形铰链四杆机构；换向架6分别与第三连杆10和第四连杆11铰接，第三连杆10与调节轴3铰接，第四连杆11与连接在调节轴3上的驱动臂7铰接，从而构成第二平行四边形铰链四杆机构；驱动臂7与调节轴3采用键联接，其转动受调节轴3的控制，调节轴3由电机或液压装置驱动。换向架6为三角架，每个铰接处设置有轴承。第一连杆8和第二连杆9的长度方向为活塞12运动方向。由于采用平行四边形铰链杆件传动机构进行传动，调节轴3的转角与偏心衬套5的转角时刻保持相等，发动机ECU可用步进电机、蜗杆蜗轮机构来驱动调节轴3，利用角度传感器可以灵活精确地计算出实时压缩比。由于本可变压缩比装置在工作时受力较小，质量小，运动惯性小，只需用功率较小的电机就可满足要求。为节约成本，不使用角度传感器，采用步进电机也可精确控制压缩比。使用液压驱动器和角度传感器，可以使成本降到最低。
实施例2
将偏心衬套5设置在曲轴13的主轴颈与曲轴箱的主轴承座孔之间，其它同实施例1。
实施例3
将偏心衬套5设置在主连杆大头16与曲轴13的连杆颈之间，其他同实施例1。
Claims (4)
1、一种汽车发动机可变压缩比装置，其特征在于：其包括曲轴(13)、主连杆(1)、活塞(12)、偏心衬套(5)、铰链杆件传动机构和调节轴(3)，主连杆小头(2)与活塞(12)通过活塞销(4)连接，主连杆大头(16)与曲轴(13)连接，偏心衬套(5)设置在主连杆小头(2)与活塞销(4)之间或者设置在曲轴(13)连杆颈与主连杆大头(16)之间或者设置在曲轴(13)的主轴颈与曲轴箱的主轴承座孔之间，调节轴(3)与偏心衬套(5)之间使用铰链杆件传动机构进行传动。
2、根据权利要求1所述的汽车发动机可变压缩比装置，其特征在于：所述调节轴(3)上设置有驱动臂(7)，偏心衬套(5)上连接有两个耳臂(15)，两个耳臂(15)分别与第一连杆(8)和第二连杆(9)铰接，第一连杆(8)和第二连杆(9)分别与换向架(6)铰接，从而构成第一平行四边形铰链四杆机构；换向架(6)分别与第三连杆(10)和第四连杆(11)铰接，第三连杆(10)与调节轴(3)铰接，第四连杆(11)与驱动臂(7)铰接，从而构成第二平行四边形铰链四杆机构。
3、根据权利要求1所述的汽车发动机可变压缩比装置，其特征在于：所述驱动臂(7)的转动受调节轴(3)的控制，调节轴(3)由电机或液压装置驱动，各铰接处有轴承。
4、根据权利要求2所述的汽车发动机可变压缩比装置，其特征在于：所述换向架(6)为三角架，第一连杆(8)和第二连杆(9)的长度方向为活塞(12)的运动方向。
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