CN111927872B - 压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法，曲轴系统的曲拐主要由中空结构的曲柄臂和连杆轴颈构成，连杆轴颈内相对曲柄臂活动设置，曲柄臂内以可转动方式安装有旋转轮，旋转轮能够在电力、液压或机械结构驱动下转动，连杆轴颈能够在旋转轮的带动下沿曲轴的径向移动，从而改变曲拐的有效工作长度，内燃机主要采用了上述的曲轴系统，同时配置液压油箱和与液压油路相通的泵油管线和回油管线，以及转换阀门，使用时主要通过中央控制器进行阀门切换，从而改变高压油的进出方向，即调整旋转轮的转动方向，达到调整曲拐工作长度的目的。能够满足内燃机压缩比调节需求，可操作性良好，且稳定可靠，有利于延长内燃机的使用寿命。

Description

压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，具体涉及一种压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法。

背景技术

内燃机的压缩比是活塞在下止点时气缸内容积与活塞在上止点时气缸内容积的比值，其对内燃机的功率输出和热效率有重要作用。根据内燃机工作原理，内燃机在小负荷时需要高压缩比以提升内燃机的工作效率，而在大负荷时需要小压缩比以避免所谓的内燃机“爆震”，提升功率输出。一般的火花塞点火式内燃机由于曲轴位置固定，曲轴曲拐长度不变，连杆长度不变，所以活塞在上止点和下止点位置不变，内燃机压缩比固定不变，这种固定压缩比是兼顾大负荷和小负荷两种情况是折中选择。因此，这种固定压缩比内燃机在小负荷时热效率大打折扣，而大负荷时功率输出受到“爆震”的限制。

当可以变化地调整内燃机压缩比时，小负荷区域可以增加压缩比以改善内燃机的热效率，大负荷区域可减小压缩比以提升内燃机的功率输出。许多已公开的专利也实现了内燃机的压缩比可变，主要有采用偏心轮改变曲轴主轴承位置，通过偏心轮改变连杆轴承位置，通过偏心轮改变活塞销中心位置等方式来改变曲轴主轴心与活塞顶面的距离，但这些结构大多会造成曲轴主轴、连杆轴或活塞销的偏心，进而导致内燃机工作稳定性差，寿命较短或异响较大等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法，以更稳定方式实现内燃机压缩比的调整，提高工作稳定性和可靠性，同时延长使用寿命等。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种压缩比可变的内燃机曲轴系统，包括曲轴本体和沿曲轴本体轴向分布，用于支撑曲轴本体的主轴承座，曲轴本体在相邻两个主轴承座之间形成有曲拐，所述曲拐包括连杆轴颈和分别连接在连杆轴颈两端的两个曲柄臂，其特征在于：所述连杆轴颈能够相对于曲柄臂沿曲轴本体径向滑动，所述曲柄臂内部以可转动方式安装有旋转轮，所述旋转轮能够在电力、液压或机械结构的驱动下以曲轴本体轴线为中心转动，并驱动连杆轴颈滑动，以靠近或远离曲轴本体。

采用以上方案，曲轴工作过程中，主要通过外力驱动旋转轮转动，并将其旋转运动转换成连杆轴颈的直线移动，依靠旋转轮结构，调整连杆轴颈移动距离，改变连杆轴颈在曲轴径向方向的位置，即改变曲拐的有效长度，达到调整内燃机压缩比的目的，不会产生曲轴主轴、连杆轴或活塞销的偏心，减少内燃机活塞、曲柄连杆机构的偏磨，提高内燃机压缩比调节可靠性和延长整体寿命等。

作为优选：所述曲柄臂外侧具有主轴颈，所述旋转轮与主轴颈同轴设置，所述旋转轮正面具有弧形凹槽A，所述弧形凹槽A的圆心与旋转轮的圆心之间具有偏距；

所述连杆轴颈的两端具有向外延伸的插入部，插入部端部具有沿径向设置的连接部，所述连接部端部具有与弧形凹槽A滑动配合的柱状凸起A，所述曲柄臂上具有供插入部伸入的过孔，所述过孔限定连杆轴颈的移动行程。采用以上方案，连杆轴颈的滑动主要由旋转轮的弧形凹槽A进行导向驱动，同时过孔对连杆轴颈进行二次限位，有利于提高连杆轴颈滑动稳定性。

作为优选：所述曲柄臂内具有用于安装所述旋转轮的沉槽，所述沉槽呈台阶状，所述旋转轮与对应沉槽合围形成密封腔室；

所述旋转轮具有向两侧延伸的支撑轴，所述支撑轴靠近主轴颈的一端外侧具有两个叶片A，所述沉槽内具有两个叶片B，所述叶片A和叶片B将所述密封腔室分隔形成四个液压油室，四个所述液压油室均连接有液压油路。

采用四个液压油室分别进出油的方式，使旋转轮能够在稳定压力下进行转动，有利于提高旋转轮转动平稳性，即提高曲拐有效长度调整的平稳性，并使连杆轴颈能够稳定保持在调整位置，具有良好的应力承受能力。

作为优选：所述曲柄臂外侧具有主轴颈，所述主轴颈上设有环形油道A和环形油道B，四个所述液压油室分别为沿圆周方向依次分布的液压油室A、液压油室B、液压油室C和液压油室D；

其中，液压油室A和液压油室C通过主轴颈内的油孔道A与所述环形油道A连通，液压油室B和液压油室D通过主轴颈内的油孔道B与环形油道B连通，所述主轴承座上具有分别与环形油道A和环形油道B连通的油孔道C和油孔道D。采用以上方案，利用主轴颈上设置双环形油道的方式，对密封腔室内相对的两个液压油室进行充放液压油操作，从而实现旋转轮转动方向的调整，且与曲轴高速转动的工况不会产生干涉，满足工况需求。

作为优选：所述油孔道A与液压油室A和液压油室C的连通位置，以及油孔道B与液压油室B和液压油室D的连通位置，均位于对应油室内靠近叶片B的位置。采用以上方案，配合旋转轮正面的弧形凹槽对旋转轮的转动进行限位，通过设计正面凹槽可转动角度保证叶片A的位置不会遮挡油孔道，即确保旋转轮转动过程中，对应液压油室必与对应的油孔道始终处于连通状态，液压油进出顺畅，提高旋转轮转动调整的可靠性。

作为优选：所述旋转轮背侧具有与沉槽相适应的凸台A，所述凸台A嵌入沉槽内，凸台A的圆周外侧与沉槽内壁之间、叶片A外侧与沉槽内壁之间、以及支撑轴与沉槽之间均设有密封结构。采用以上方案，有利于防止各液压油室之间发生窜油的现象，导致压力波动误差较大，即进一步提高液压驱动调整的可靠性和稳定性。

作为优选：所述曲柄臂内在旋转轮的上下两侧分别设有滑槽A和滑槽B，所述连接部与滑槽A滑动配合，所述滑槽B内具有与其滑动配合的平衡重，旋转轮上具有与弧形凹槽A呈中心对称设置的弧形凹槽B，所述平衡重上具有与弧形凹槽B滑动配合的柱状凸起B。采用以上方案，通过弧形凹槽B带动平衡重与连杆轴颈同步移动，当连杆轴颈沿远离曲轴本体中心方向移动时，平衡重也朝远离曲轴本体中心的方向移动，反之则同步朝靠近曲轴本体中心移动，有利于保证曲轴本体整体转动工作的平稳性。

作为优选：所述旋转轮正面具有凸台B，所述凸台B位于弧形凹槽B和弧形凹槽A的内侧，其周向轮廓与所述弧形凹槽B和弧形凹槽A相适应，所述连接部和平衡重的端部与所述凸台B侧面滑动抵接。采用以上方案，在压缩和膨胀冲程中，增加滑动的连杆轴颈承压能力，延长使用寿命。

在此基础之上，本申请提出了一种内燃机，具有压缩比可变的功能，以满足更多工况需求，其技术方案如下：

一种内燃机，包括上述压缩比可变的内燃机曲轴系统，并配置有液压油箱，所述液压油箱连接有泵油管线和回油管线，所述泵油管线和回油管线均与环形油道A和环形油道B连通；

所述泵油管线和回油管线上分别设有三通转换阀A和三通转换阀B，所述三通转换阀A和三通转换阀B配置有电子执行器，所述泵油管线上设有高压油泵，所述高压油泵位于三通转换阀A与液压油箱之间。

采用以上方案，泵油管线和回油管线均分别通过两个三通转换阀与两个环形油道连通，控制时只需通过电子执行器控制三通转换阀的接驳口连通状态，即实现各液压油室进油和回油的切换，提高内燃机压缩比调整的可操作性，且实施成本相对较低。

进一步的，本申请针对上述内燃机，提出了一种控制方法，主要用于控制压缩比的调节，具有良好的可行性，其具体方案如下：

当内燃机中央控制器向内燃机发出增加压缩比指令时，通过电子执行器使三通转换阀A的第一和第二接口连通，三通转换阀B的第一和第二接口连通，液压油通过泵油管线进入液压油室A和液压油室C，液压油室B和液压油室D内液压油经回油管线流回液压油箱，液压油推动所述同一连杆轴颈左侧旋转轮顺时针转动，右侧旋转轮逆时针转动，从而使连杆轴颈和平衡重沿远离曲轴中心的方向移动；

当内燃机中央控制器向内燃机发出降低压缩比指令后，通过电子执行器使三通转换阀A的第一和第三接口连通，三通转换阀B的第一和第三接口连通，液压油通过泵油管线进入液压油室B和液压油室D，所述液压油室A和液压油室C的液压油经回油管线流回液压油箱，液压油推动所述同一连杆轴颈左侧旋转轮逆时针转动，右侧旋转轮顺时针转动，从而使连杆轴颈和平衡重沿靠近曲轴中心的方向移动。

采用以上控制方法，可以快速实现曲拐有效工作长度的平稳调整，可操作性良好，且因为同一曲拐上两个旋转轮旋向相反，有利于进一步增加发动曲拐滑动稳定性和增加承压能力，且具有较好的可靠性和稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用本发明提供的压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其压缩比控制方法，主要以液力驱动的方式，实现曲轴曲拐有效工作长度的调整，满足内燃机压缩比调节需求，可操作性良好，且整体结构稳定可靠，有利于延长内燃机的使用寿命等。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖视图；

图3为连杆轴颈与平衡重安装结构示意图；

图4为叶片A与叶片B相对位置示意图；

图5为曲拐安装结构分解示意图；

图6为图5的侧视图；

图7为旋转轮上弧形凹槽A与弧形凹槽B与其转动中心的几何关系图；

图8为旋转轮正面结构示意图；

图9为旋转轮背面结构示意图；

图10为连杆轴颈结构示意图；

图11为曲柄臂结构示意图；

图12为曲柄臂结构分解示意图；

图13为旋转轮安装剖视图；

图14为主轴颈内油道示意图；

图15为主轴承座内油道示意图；

图16为旋转轮与沉槽之间的密封结构示意图；

图17为平衡重的结构示意图；

图18液压油驱动旋转轮顺时针旋转，使曲拐达到最大有效长度时，油路结构及旋转轮、连杆轴颈和平衡重相对位置示意图；

图19为曲拐达到最大有效长度时的活塞位置示意图；

图20为四个液压油室液压油互通保持压力平衡时的油路结构及旋转轮、连杆轴颈和平衡重相对位置示意图；

图21为图20旋转轮所处状态时，曲拐有效长度与活塞位置示意图；

图22液压油驱动旋转轮逆时针旋转，使曲拐达到最小有效长度时，油路结构及旋转轮、连杆轴颈和平衡重相对位置示意图；

图23为曲拐达到最小有效长度时的活塞位置示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

参考图1和图23所示的压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法，其中压缩比可变的内燃机曲轴系统主要包括曲轴本体100和沿曲轴本体100轴向分布，用于支撑曲轴本体100的主轴承座400，曲轴本体100上在相邻两个主轴承座400之间形成有曲拐200，曲拐200通过外侧的主轴颈300以可转动方式支撑在主轴承座400上，本申请中曲拐200为组装式结构，其包括连杆轴颈210和分别连接在连杆轴颈210两端的两个曲柄臂220，连杆轴颈210能够相对于曲柄臂220沿曲轴本体100径向滑动，曲柄臂220内部以可转动方式安装有旋转轮230，当其转动时能够驱动连杆轴颈210相对曲柄臂220滑动，以改变曲拐200的有效工作长度，旋转轮230能够在电力、液压或其他机械驱动结构的驱动下以曲轴本体100的轴线为中心发生转动。

本申请中为充分保证连杆轴颈210滑动稳定性，以及承压能力，故调整过程中，采用同一曲拐200所对应的两个旋转轮230的转动方向相反策略。

参考图5、图6、图8至图13，本实施例中曲柄臂220为中空结构，旋转轮230主体呈圆盘结构，曲柄臂220中部具有与旋转轮230相适应的中空内腔，该中空内腔靠近曲柄臂220小头的一侧具有与其贯通的滑槽A224，曲柄臂220的小头端远离主轴颈300的一侧具有与滑槽A224贯通的过孔221，如图10所示，连杆轴颈210两端具有沿其轴向向外延伸的插入部211，插入部211与过孔221相适应，插入部211呈圆柱状，其能够通过过孔221伸入滑槽A224中，插入部211的端部具有沿其径向设置的连接部212，连接部212呈板状结构，连接部212的端部具有沿其厚度方向向上延伸的柱状凸起A213，柱状凸起A213呈圆柱状，并与插入部211平行设置。

以液压驱动旋转轮230转动为例，旋转轮230上具有沿其厚度方向贯穿两侧的支撑轴232，旋转轮230通过支撑轴232与主轴颈300同轴设置，曲柄臂220内靠近主轴颈300的一侧具有旋转轮230背侧（靠近主轴颈300的一侧，远离主轴颈300的一侧则为正侧）结构相适应的沉槽222，旋转轮230的背面与沉槽222的内壁合围形成密封腔室，密封腔室连接有液压油路以驱动旋转轮230转动。

旋转轮230的正面具有弧形凹槽A231，弧形凹槽A231大小与柱状凸起A213相适应，同时弧形凹槽A231相对旋转轮230的转动中心偏心设置，即如图7所示，弧形凹槽A231的圆心与旋转轮230的圆心之间存在偏距L，并令弧形凹槽A231的圆弧半径为R，连杆轴颈210通过插入部211伸入滑槽A224中，而连接部212与滑槽A224滑动配合，其端部的柱状凸起A213插入弧形凹槽A231中与其滑动配合，当旋转轮230转动时，弧形凹槽A231即可驱动连杆轴颈210直线滑动。

沉槽222呈台阶状，包括从内到外直径逐渐变大的三段，分别为轴固定段2220、液力工作段2221和转动配合段2222，旋转轮230主体直径与转动配合段2222相适应，旋转轮230的背侧具有与其同轴设置的凸台A234，凸台A234直径与液力工作段2221直径相适应，支撑轴232直径与轴固定段2220直径相适应，支撑轴232伸入沉槽222的一段外侧设有两个叶片A233，两个叶片A233沿支撑轴232的轴线对称设置，并沿其轴线向外突出，叶片A233外端到支撑轴232轴线的距离与液力工作段2221的直径相适应，当旋转轮230安装完成之后，旋转轮230背面与转动配合段2222的底面紧贴，凸台A234嵌入液力工作段2221中，叶片A233位于液力工作段2221内，同时液力工作段2221内具有对称并固定设置的两个叶片B223，两个叶片B223的宽度与叶片A233一致，叶片A233的内侧表面与液力工作段2221的底面紧贴，而叶片B223的外侧表面凸台A234紧贴。

两个叶片A233和两个叶片B223将密封腔室则分隔形成四个相对独立的液压油室，液压油路与四个液压油室单独连通，当对不同的液压油室进行充放液压油操作时，则可驱动旋转轮230进行顺时针和逆时针的转动（注：本实施例中顺时针和逆时针非绝对旋转方向，分别以图18和图22中所示方向作为参考，参考物不同，液压油路不同均可能导致旋转轮230的旋转方向发生改变，其实施方式均在本申请的保护范围之内）。

结合图14和图15可知，本实施例中的液压油路主要包括设置于主轴颈300上的环形油道A310和环形油道B311，四个液压油室分别为沿圆周方向依次分布的液压油室A312、液压油室B313、液压油室C314和液压油室D315，主轴承座400上具有分别与环形油道A310和环形油道B311连通的油孔道C410和油孔道D420。

其中，液压油室A312和液压油室C314通过主轴颈300内的油孔道A316与环形油道A310连通，液压油室B313和液压油室D315通过主轴颈300内的油孔道B317与环形油道B311连通，主轴承座400上具有分别与环形油道A310和环形油道B311连通的油孔道C410和油孔道D420，需要注意的是，为确保旋转轮230转动过程中，各液压油室内能够始终保持与对应的油孔道连通，故油孔道A316与液压油室A312和液压油室C314的连通位置，以及油孔道B317与液压油室B313和液压油室D315的连通位置，均位于对应油室内靠近叶片B223的位置。

如图所示，主轴颈300上对应环形油道A310和环形油道B311均分别设有四个油孔道A316和四个油孔道B317，采用此种结构还能够便于对两个相邻旋转轮230进行同步控制，保持转动同步性，提高其转动调节可靠性，为便于布置，并保持主轴颈300的整体稳定性，故两个油孔道A316分别位于主轴颈300上相对的两侧，同样的两个油孔道B317也位于主轴颈300上相对的两侧，可以有效保证曲轴整体的动平衡，同时使其能够更好的与叶片B223的位置相适应，缩短油孔道的长度及降低加工难度等，为保证同一曲拐210两边的旋转轮230调整过程中，转动方向相反，故安装完成之后正对的两个沉槽222内的叶片B223角度位置处于对称姿态。

本实施例中，为进一步提高液压油路工作可靠性，本实施例中凸台A234的圆周外侧与液力工作段2221的内壁之间，叶片A233端与液力工作段2221内壁之间，叶片B223与支撑座232之间，以及支撑轴232端部与轴固定段2220之间均设有密封结构，具体实施时如图16所示，叶片A233的外端具有沿其厚度方向嵌设的密封条A2330，叶片B223的内端具有沿其厚度方向嵌设的密封条B2230，通过密封条A2330和密封条B2230则可防止液压油径向窜流，支撑轴232和凸台A234的圆周均套设有内密封环（图中未示出），通过内密封环防止液压油轴向窜流，同样的，主轴承座400的轴瓦上对应环形油道A310和环形油道B311的外侧及之间部位均设有外密封环430，以防止液压油从主轴颈300与轴瓦之间的缝隙内流出。

从曲轴转动稳定性角度出发，故本实施例中每个曲柄臂220内还配置有平衡重240，如图3和图17所示，曲柄臂220的大头端内部设有滑槽B225，滑槽B225与沉槽222贯通，并与滑槽A224分别位于沉槽222的正对两侧，平衡重240以可滑动方式设置于该滑槽B225内，同时旋转轮230的正面设有弧形凹槽B235，弧形凹槽B235和弧形凹槽A231以旋转轮230的中心为原点中心对称设置，而平衡重240上具有与弧形滑槽B235滑动配的柱状凸起B241，则当旋转轮230转动时，平衡重240能够与连杆轴颈210同步滑动，即连杆轴颈210朝远离旋转轮230中心的方向移动时，平衡重240也朝远离旋转轮230中心的方向移动。

在此基础之上，为提高旋转轮230转动过程中，连杆轴颈210和平衡重240移动平稳性，增加其承压能力，故在旋转轮230的正面设有凸台B236，如图所示凸台B236位于弧形凹槽B235和弧形凹槽A231之间，且凸台B236的周向轮廓与弧形凹槽B235和弧形凹槽A231的内轮廓相适应，即平行设置，构成凸轮型面，当连杆轴颈210和平衡重240均与旋转轮230安装配合完成之后，连接部212与平衡重240的端部具有凸台B236的周向侧壁滑动抵接，平衡重240的主要作用在于使旋转轮230转动到任意位置时，均能够使曲轴重量保持平衡，且平衡重心保持在曲轴的轴心上。

本实施例中为便于连杆轴颈210的安装，故将曲柄臂220设计为组装式结构，并采用高强度钢材制成，其主要包括与主轴颈300一体成型的固定部226和与固定部226扣合的盖合部227，而其中盖合部227与固定部226之间可通过螺钉或焊接等方式固定，合围构成安装中空内腔，而盖合部227又包括上盖2270和下盖2271，上盖2270和下盖2271能够以焊接方式进行固定连接，并通过相对的端部弧形缺口合围构成过孔221，过孔221结构类似条形孔，其宽度与插入部211相适应，其长度稍大于或等于与插入部211移动距离，连杆轴颈210的端部具有与过孔221相适应的遮挡部214。

基于上述压缩比可变的内燃机曲轴系统，本申请提出了一种内燃机，其主要包括上述压缩比可变的内燃机曲轴系统，并具体设置有四个曲拐200，曲轴系统配置有液压油箱500，同时液压油箱500连接有泵油管线510和回油管线520，并且泵油管线510和回油管线520的末端均同时与环形油道A310和环形油道B311连通，而泵油管线510和回油管线520上分别设有三通转换阀A530和三通转换阀B540，三通转换阀A530和三通转换阀B540配置有电子执行器，通过电子执行器可切换各接口与对应油管线的连通状态和内部连通状态，泵油管线510上设有高压油泵550，高压油泵550位于三通转换阀A530与液压油箱500之间，通过高压油泵550既可将液压油箱500内液压油加压送入环形油道A310内，也可将液压油加压送入环形油道B311内，且当环形油道A310处于进油状态时，环形油道B311处于回油状态，反之，环形油道B311处于进油状态时，环形油道A310处于回油状态。

上述内燃机的压缩比控制方法主要在于，当内燃机中央控制器向内燃机发出增加或降低压缩比指令时，通过电子执行器使对应的三通转换阀接口连通状态转换，液压油推动旋转轮230转动，使连杆轴颈210和平衡重240朝远离或靠近曲轴中心的方向移动，以实现内燃机压缩比的调整，且如前所述在调整过程中，同一曲拐200两侧的旋转轮230的旋转方向相反。

其具体包括如下几种措施，当需要提高内燃机压缩比时，通过中控操作，使内燃机中央控制器向内燃机发出增加压缩比指令时，通过电子执行器使三通转换阀A530的第一接口a和第二接口b连通，三通转换阀B540的第一接口a和第二接口b连通，如图18所示，液压油通过泵油管线510进入环形油道A310，再通过对应油孔道进入液压油室A312和液压油室C314，液压油室B313和液压油室D315内液压油则通过对应油孔道回流到环形油道B311中，并经回油管线520流回液压油箱500，连杆轴颈210左侧的旋转轮230顺时针转动，而右侧的旋转轮230则逆时针转动，使连杆轴颈210和平衡重240沿远离曲轴中心的方向移动，曲拐200达到最大有效工作长度。

当需要降低内燃机压缩比时，通过中控操作，使内燃机中央控制器向内燃机发出降低压缩比指令后，通过电子执行器使三通转换阀A530的第一接口a和第三接口c连通，三通转换阀B540的第一接口a和第三接口c连通，如如21所示，液压油通过泵油管线510进入环形油道B311，并通过对应油孔道进入液压油室B313和液压油室D315，液压油室A312和液压油室C314的液压油则通过对应油孔道回流至环形油道A310内，最后经回油管线520流回液压油箱500，连杆轴颈210左侧的旋转轮230逆时针转动，右侧的旋转轮230顺时针转动，使连杆轴颈210和平衡重240沿靠近曲轴中心的方向移动。

参考图20，当内燃机需要保持当前压缩比时，内燃机中央控制器向内燃机发出保持压缩比指令时，电子执行器使三通转换阀A530的第二接口b和第三接口c连通，三通转换阀B540的第二接口b和第三接口c连通，且三通转换阀A530的第二接口b与三通转换阀B540的第三接口c处于连通状态，并同时与环形油道A310连通，三通转换阀A530的第三接口c与三通转换阀B540的第二接口b处于连通状态，并同时与环形油道B311连通，即使得同一曲柄臂220内液压油室A312、液压油室C314、液压油室B313和液压油室D315内液压油相通，从而保持液压稳定的状态，防止旋转轮230转动，从而使连杆轴颈210的位置保持不变，即保持内燃机的压缩比不变。

此外，旋转轮230的转动除了依靠上述实施例中的液压驱动之外，还可采用诸如步进电机驱动涡轮蜗杆的机构来实现旋转轮230的转动驱动。

参考图1至图23所示的一种压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法，安装时，先对内燃机曲轴系统进行组装，在进行曲拐200的组装时，需注意安装旋转轮230与沉槽222之间的密封结构，然后将连杆轴颈210和平衡重240与旋转轮230配合完成之后，再将盖合部227与固定部226固定连接，最后再将组装好的内燃机曲轴系统安装至内燃机内，并将主轴承座400上的油孔道C410和油孔道D420，通过管线同时与泵油管线510和回油管线520相连，确保可以通过内燃机中央控制器控制三通转换阀A530和三通转换阀B540，并能够通过外部操作进行管线连通状态的切换。

另一方面，参考图7，设旋转轮230绕转动中心的转动一角度后，圆柱凸起A213中心与旋转轮中心连线与旋转轮水平中心线夹角为θ，柱状凸起A213和柱状凸起B241的内缘到旋转轮230转动中心的距离为X，设弧凹槽A231与旋转轮23的圆心偏距为L和弧凹槽A231的圆弧半径为R，则存在如下关系：

由公式可知，旋转轮230转动一定角度时，可以得到唯一确定的X值。

如图20和图21所示，内燃机处于中间负荷工况时，压缩比为中间值γ₂，且保持不变，圆柱凸起A213中心与旋转轮中心连线与旋转轮水平中心线夹角为θ=90°，即叶片A233与叶片B223相互垂直，当旋转轮转动到此角度时，通过切换阀门使液压油室A312、液压油室C314、液压油室B313和液压油室D315内液压油相通，保持叶片A233两边的油压一致，从而控制有效曲拐长度Q2=X ₂+r保持不变，r为连杆轴颈210固定的曲拐长度，由此控制压缩比在需要的值并保持不变。

其中，s₂为中间压缩比时的冲程。

V为中间压缩比时燃烧容积和上止点时余隙容积之和。

A为气缸横截面面积。

如图18和图19所示，当旋转轮230按如图所示顺时针转动，使连杆轴颈210和平衡重240朝远离曲轴中心的方向移动，曲拐200达到最大有效工作长度，此时柱状凸起A213内缘到旋转轮230的转动中心的距离为达到最大值X ₁，此时有效的曲拐长度Q1= X ₁+r，r为连杆轴颈210的径向长度。

此时，内燃机达到最大压缩比为γ₁，

其中，s₁为最大压缩比时的冲程。

同理，如图22和图23所示，当旋转轮230按如图所示逆时针转动，使连杆轴颈210和平衡重240朝靠近曲轴中心的方向移动，曲拐200达到最小有效工作长度，此时柱状凸起A213内缘到旋转轮230的转动中心的距离为达到最小值X ₃，此时有效的曲拐长度Q3= X ₃+r。

此时，内燃机达到最小压缩比为γ₃：

其中，s₃为最小压缩比时的冲程。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，或是增加或减少本曲轴系统的曲拐数量从而应用于其他缸数的内燃机，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种压缩比可变的内燃机曲轴系统，包括曲轴本体（100）和沿曲轴本体（100）轴向分布，用于支撑曲轴本体（100）的主轴承座（400），曲轴本体（100）在相邻两个主轴承座（400）之间形成有曲拐（200），所述曲拐（200）包括连杆轴颈（210）和分别连接在连杆轴颈（210）两端的两个曲柄臂（220），其特征在于：所述连杆轴颈（210）能够相对于曲柄臂（220）沿曲轴本体（100）径向滑动，所述曲柄臂（220）内部以可转动方式安装有旋转轮（230），所述旋转轮（230）能够在液压结构的驱动下以曲轴本体（100）轴线为中心转动，并驱动连杆轴颈（210）滑动，以靠近或远离曲轴本体（100）；

所述曲柄臂（220）外侧具有主轴颈（300），所述旋转轮（230）与主轴颈（300）同轴设置，所述旋转轮（230）正面具有弧形凹槽A（231），所述弧形凹槽A（231）的圆心与旋转轮（230）的圆心之间具有偏距；

所述连杆轴颈（210）的两端具有向外延伸的插入部（211），插入部（211）端部具有沿径向设置的连接部（212），所述连接部（212）端部具有与弧形凹槽A（231）滑动配合的柱状凸起A（213），所述曲柄臂（220）上具有供插入部（211）伸入的过孔（221），所述过孔（221）限定连杆轴颈（210）的移动行程；

所述曲柄臂（220）内具有用于安装所述旋转轮（230）的沉槽（222），所述沉槽（222）呈台阶状，所述旋转轮（230）与对应沉槽（222）合围形成密封腔室；

所述旋转轮（230）具有向两侧延伸的支撑轴（232），所述支撑轴（232）靠近主轴颈（300）的一端外侧具有两个叶片A（233），所述沉槽（222）内具有两个叶片B（223），所述叶片A（233）和叶片B（223）将所述密封腔室分隔形成四个液压油室，四个所述液压油室均连接有液压油路；

所述曲柄臂（220）外侧具有主轴颈（300），所述主轴颈（300）上设有环形油道A（310）和环形油道B（311），四个所述液压油室分别为沿圆周方向依次分布的液压油室A（312）、液压油室B（313）、液压油室C（314）和液压油室D（315）；

其中，液压油室A（312）和液压油室C（314）通过主轴颈（300）内的油孔道A（316）与所述环形油道A（310）连通，液压油室B（313）和液压油室D（315）通过主轴颈（300）内的油孔道B（317）与环形油道B（311）连通，所述主轴承座（400）上具有分别与环形油道A（310）和环形油道B（311）连通的油孔道C（410）和油孔道D（420）。

2.根据权利要求1所述的压缩比可变的内燃机曲轴系统，其特征在于：所述油孔道A（316）与液压油室A（312）和液压油室C（314）的连通位置，以及油孔道B（317）与液压油室B（313）和液压油室D（315）的连通位置，均位于对应油室内靠近叶片B（223）的位置。

3.根据权利要求1或2所述的压缩比可变的内燃机曲轴系统，其特征在于：所述旋转轮（230）背侧具有与沉槽（222）相适应的凸台A（234），所述凸台A（234）嵌入沉槽（222）内，凸台A（234）的圆周外侧与沉槽（222）内壁之间、叶片A（233）外侧与沉槽（222）内壁之间、以及支撑轴（232）与沉槽（222）之间均设有密封结构。

4.根据权利要求1所述的压缩比可变的内燃机曲轴系统，其特征在于：所述曲柄臂（220）内在旋转轮（230）的上下两侧分别设有滑槽A（224）和滑槽B（225），所述连接部（212）与滑槽A（224）滑动配合，所述滑槽B（225）内具有与其滑动配合的平衡重（240），旋转轮（230）上具有与弧形凹槽A（231）呈中心对称设置的弧形凹槽B（235），所述平衡重（240）上具有与弧形凹槽B（235）滑动配合的柱状凸起B（241）。

5.根据权利要求4所述的压缩比可变的内燃机曲轴系统，其特征在于：所述旋转轮（230）正面具有凸台B（236），所述凸台B（236）位于弧形凹槽B（235）和弧形凹槽A（231）的内侧，其周向轮廓与所述弧形凹槽B（235）和弧形凹槽A（231）相适应，所述连接部（212）和平衡重（240）的端部与所述凸台B（236）侧面滑动抵接。

6.一种内燃机，其特征在于：包括权利要求1至5中任一项所述的压缩比可变的内燃机曲轴系统，并配置有液压油箱（500），所述液压油箱（500）连接有泵油管线（510）和回油管线（520），所述泵油管线（510）和回油管线（520）均与环形油道A（310）和环形油道B（311）连通；

所述泵油管线（510）和回油管线（520）上分别设有三通转换阀A（530）和三通转换阀B（540），所述三通转换阀A（530）和三通转换阀B（540）配置有电子执行器，所述泵油管线（510）上设有高压油泵（550），所述高压油泵（550）位于三通转换阀A（530）与液压油箱（500）之间。

7.一种如权利要求6所述内燃机的控制方法，其特征在于：当内燃机中央控制器向内燃机发出增加压缩比指令时，通过电子执行器使三通转换阀A（530）的第一和第二接口连通，三通转换阀B（540）的第一和第二接口连通，液压油通过泵油管线（510）进入液压油室A（312）和液压油室C（314），液压油室B（313）和液压油室D（315）内液压油经回油管线（520）流回液压油箱（500），所述连杆轴颈（210）左侧旋转轮（230）顺时针转动，右侧旋转轮（230）逆时针转动，使连杆轴颈（210）和平衡重（240）沿远离曲轴中心的方向移动；

当内燃机中央控制器向内燃机发出降低压缩比指令后，通过电子执行器使三通转换阀A（530）的第一和第三接口连通，三通转换阀B（540）的第一和第三接口连通，液压油通过泵油管线（510）进入液压油室B（313）和液压油室D（315），所述液压油室A（312）和液压油室C（314）的液压油经回油管线（520）流回液压油箱（500），所述连杆轴颈（210）左侧旋转轮（230）逆时针转动，右侧旋转轮（230）顺时针转动，使连杆轴颈（210）和平衡重（240）沿靠近曲轴中心的方向移动。

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