一種無級可變壓縮比內燃機的製作方法

2023-06-26 20:40:14

本發明涉及內燃機，特別涉及一種無級可變壓縮比內燃機

背景技術：

現有的已經量產的內燃機的壓縮比都是在設計和製造時就已經固定而不能在內燃機運轉工作時變化調節的，而內燃機在不同的運行工況下的最佳壓縮比是不同的，在高負荷工況下為避免爆震則壓縮比不能太高，而在低負荷下為提高內燃機效率就需要較高的壓縮比，因此按照高負荷不爆震而設計確定一個壓縮比在低負荷下就嚴重影響內燃機的效率和燃油經濟性，而在內燃機運用最廣泛的汽車大部分時間都是運行在中小負荷下，所以內燃機壓縮比能根據運行工況變化調節的意義非常重要。由於目前的可變壓縮比技術或者過於複雜、或成本太高及其他原因，還沒有一種可變壓縮比內燃機技術得到廣泛應用。

技術實現要素：

針對上述技術問題，本發明提供一種無級可變壓縮比內燃機，其曲軸主軸承孔相對軸承外圓偏心，曲軸主軸承安裝在內燃機缸體上的主軸承座上並且軸承外圓與軸承座是微小間隙配合，使得曲軸主軸承可以在軸承座上轉動。主軸承上固定安裝一個齒輪用來控制轉動主軸承，這個齒輪與一個控制齒輪嚙合，由這個控制齒輪旋轉並帶動主軸承在主軸承座內轉動，也可以在曲軸主軸承上延伸出一個橫杆，由控制機構的縱拉杆拉動橫杆從而轉動曲軸主軸承，由於主軸承孔的偏心結構，而曲軸主軸頸是安裝在主軸承孔內的，主軸承的轉動帶動曲軸主軸頸相對於內燃機缸體上下移動，使得活塞運行的上下止點位置發生變化，從而使得活塞上止點位時的燃燒室容積發生變化，而壓縮比＝(單汽缸排量+上止點燃燒室容積)÷上止點燃燒室容積，因單汽缸排量是不變的，所以上止點燃燒室容積的變化使得壓縮比也發生變化。

由於內燃機的氣門正時是由曲軸主軸正時鏈輪或皮帶輪通過鏈條或皮帶帶動頂端的氣門凸輪軸鏈輪或皮帶輪的，而本發明之可變壓縮比內燃機的曲軸主軸頸是可以上下移動的，為保證氣門正時不受曲軸主軸頸上下移動的影響，本發明之內燃機的氣門正時傳動系統有左右兩個張緊輪，這兩個張緊輪軸心在一個水平的滑道內滑動，且平行四邊形機構的左右兩個轉軸孔也分別安裝在左右兩個張緊輪的軸心上，而平行四邊形機構的上下兩個轉軸孔之軸心在垂直滑道內上下滑動，這樣的機構保證當曲軸主軸頸上下移動時，左右兩個張緊輪在彈簧的推動下可以同步對稱向內或向外移動，左右兩個張緊輪對鏈條或皮帶的張緊度也是左右對稱的，這樣就保證了在曲軸主軸頸上下移動時氣門凸輪軸和曲軸之間的相對相位角不發生或發生很小的變化而不會影響氣門正時的準確性。

由於本發明之內燃機在工作運行的時候，其曲軸主軸頸中心是以缸體曲軸軸承座中心為圓心轉動的，這就造成曲軸輸出端也是會平行移動的，必須將移動的曲軸輸出軸轉變為相對缸體固定的輸出軸，這樣的內燃機動力輸出才好被後面的變速箱或其他機構所接受利用。為此在曲軸主軸頸輸出軸上固定安裝一個曲軸輸出齒輪，同這個齒輪嚙合的齒圈固定安裝在內燃機的動力輸出軸上，齒圈的中心同內燃機缸體上的曲軸主軸承座中心一致，齒圈齒數大於齒輪齒數，齒輪在齒圈內同齒圈嚙合，齒輪和齒圈的中心距同上文所述曲軸主軸承孔與曲軸主軸承座的偏心距一樣，這樣齒輪中心正好繞齒圈的中心可以轉動而不影響齒輪同齒圈的嚙合，這樣內燃機的動力就通過齒輪傳動到齒圈以及內燃機動力輸出軸，移動的曲軸輸出軸動力就轉化成了固定軸線的內燃機動力輸出並被後面機構所利用。

由於曲軸主軸承的轉動是無級連續的，所以本發明之內燃機的壓縮比也是在很寬範圍內無級連續可變的，且容易通過內燃機的多種傳感器和控制器根據內燃機的各種工況調節出最佳壓縮比。

本發明之可變壓縮比內燃機相對現有可變壓縮比內燃機技術，具有結構簡單，運行穩定可靠，而且在現有固定壓縮比內燃機生產設備上稍加改造即可實現大規模生產，製造成本提高不多，但因內燃機工作時壓縮比在較寬範圍內可以根據工況無級變化調節，由此帶來內燃機既能保證高負荷工作穩定可靠，又能在內燃機中低負荷時大幅度提高燃燒效率和燃油經濟性，降低汙染物排放。由此帶來的經濟和社會效益遠超製造成本的提高。

附圖說明

如圖1，曲軸主軸承9內孔相對軸承外圓偏心，1是曲軸主軸承孔中心，2是曲軸主軸承外圓也是曲軸主軸承座的中心，e是偏心距，主軸承9上固定安裝一個齒輪13。如圖2，曲軸主軸承9安裝在內燃機缸體6上的主軸承座8上並且軸承9外圓與軸承座8是微小間隙配合，使得曲軸主軸承9可以在軸承座8上轉動。主軸承9上固定安裝一個齒輪13用來控制轉動主軸承，齒輪13與一個控制齒輪12嚙合，由這個控制齒輪12旋轉並帶動主軸承9在主軸承座8內轉動，也可以如圖5，在曲軸主軸承9上延伸出一個橫杆27，由控制機構的縱拉杆28拉動橫杆27從而轉動曲軸主軸承，由於主軸承9孔的偏心結構，而曲軸主軸頸11是安裝在曲軸主軸承9孔內的，主軸承9轉動帶動曲軸主軸頸11相對內燃機缸體6上下移動，使得在活塞4運行上下止點位置發生變化，從而使得活塞上止點位時的燃燒室容積發生變化，而壓縮比＝(單汽缸排量+上止點燃燒室容積)÷上止點燃燒室容積，由此使得內燃機的壓縮比發生變化。圖2是曲軸主軸承孔轉動到較高位置時的活塞4上止點位置，此時燃燒室3容積較小，壓縮比就較高。圖3是主軸承孔轉至水平偏心時的活塞4上止點位置，較圖2的下降M，此時燃燒室3容積適中，壓縮比就適中，圖4是曲軸主軸承孔轉動到較低位置時的活塞4上止點位置，較圖2的下降N，此時燃燒室3容積較大，壓縮比就比較低。

5：連杆 7：曲軸之曲柄銷 10：曲軸之曲柄

圖6是本內燃機正時端附圖，內燃機氣門正時是由曲軸主軸端正時鏈輪或皮帶輪14通過鏈條或皮帶17帶動頂端的氣門凸輪軸鏈輪或皮帶輪18和19的，而本發明之可變壓縮比內燃機的曲軸主軸頸是可以上下移動的，使得曲軸主軸端正時鏈輪或皮帶輪14也是可以上下移動的，為保證氣門正時的準確，本發明之內燃機的氣門正時傳動系統有左右兩個張緊輪15和16，這兩個張緊輪軸心在一個水平的滑道21內滑動，且平行四邊形機構20的左右兩個轉軸孔也分別安裝在左右兩個張緊輪15和16的軸心上，而平行四邊形機構20的上下兩個轉軸孔之軸心在垂直滑道22內上下滑動，這樣的機構保證當曲軸主軸頸上下移動時，左右兩個張緊輪15和16在彈簧23和24的推動下可以同步對稱向內或向外移動。圖6是壓縮比較高時的氣門正時系統，圖7是壓縮比適中時的氣門正時系統，圖8是壓縮比較低時的氣門正時系統。這樣就保證了在曲軸主軸頸上下移動時氣門凸輪軸和曲軸之間的相對相位角不發生或發生很小的變化而不會影響氣門正時的準確性。

圖9是本內燃機動力輸出端附圖，其曲軸主軸頸11的中心1是以缸體曲軸軸承座中心2為圓心轉動的，這就造成曲軸輸出端也是會平行移動的，必須將移動的曲軸輸出軸轉變為相對缸體固定的輸出軸，這樣內燃機動力輸出才好被後面的變速箱或其他機構所接受利用。為此曲軸輸出齒輪25固定在曲軸主軸頸11上，中心同樣是前述的1，同齒輪25嚙合的齒圈26固定在內燃機的動力輸出軸上，齒圈26的中心同內燃機缸體上的曲軸主軸承座中心2一致，齒輪25和齒圈26的中心距同樣是上文所述的偏心距e，這樣齒輪25中心正好繞齒圈26的中心可以轉動而不影響齒輪25同齒圈26的嚙合，這樣內燃機的動力就通過齒輪25傳動到齒圈26以及內燃機動力輸出軸上，移動的曲軸輸出軸動力就轉化成了固定軸線的內燃機動力輸出並被後面機構所利用。圖9是較高壓縮比時的輸出端圖，圖10是適中壓縮比時的輸出端圖，圖11是較低壓縮比時的輸出端圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特徵能更易於被本領域技術人員理解。

如圖2所示，一種可變壓縮比內燃機，其包括汽缸體6，安裝在汽缸體曲軸主軸承座8上的曲軸主軸承9。如圖1所示，曲軸主軸承9的軸承孔相對於曲軸主軸承座8偏心，偏心距e設定為5mm。曲軸主軸承9可以在曲軸主軸承座8上轉動，而曲軸主軸承9上安裝固定的齒輪13和一個控制齒輪12相嚙合，由控制齒輪12的旋轉來帶動齒輪13轉動，進而帶動曲軸主軸承9在曲軸主軸承座8上轉動，由此就帶動曲軸主軸頸11相對於汽缸體上下移動。如果設定曲軸主軸承轉動角度範圍為相對水平偏心上下各45°，由此活塞4運行的上止點發生變化，變化範圍是偏心距5mm×1.414＝7.07mm，如果內燃機的缸徑是82mm，活塞行程是94.5mm，那麼其單缸排氣量為4.12×3.1416×9.45＝499ml，活塞上止點時的燃燒室容積變化範圍就是4.12×3.1416×0.707＝37.34ml，如果設計活塞最高上止點時的燃燒室容積為30ml，因壓縮比＝(單汽缸排量+上止點燃燒室容積)÷上止點燃燒室容積，所以最高壓縮比＝(499+30)÷30＝17.63，而最小壓縮比＝(499+30+37.34)÷(30+37.34)＝8.41。本實施例之可變壓縮比內燃機的壓縮比就可以在8.41至17.63之間根據內燃機的各種工況數據無級連續調整，使內燃機可以高效穩定地工作。

由於本發明之內燃機在工作運行時，其曲軸主軸頸之軸線是繞曲軸主軸承座中心可以轉動的，為保證氣門正時相位的穩定正確，需在氣門正時傳動系統中安置兩個鏈條或皮帶張緊輪15和16，如圖5，這兩個張緊輪在一個平行四邊形機構的控制以及鏈條或皮帶的拉力加上彈簧的推力的共同作用下，只能同時向內或向外同步移動，這樣就保證了當曲軸主軸頸上下移動時，氣門凸輪軸和曲軸之間的相位關係穩定不變或變化非常微小，不會影響到內燃機的正常工作。

由於本發明之內燃機在工作運行時，其曲軸主軸頸之軸線是繞曲軸主軸承座中心可以轉動的，而移動的動力輸出軸是不利於後續機構的利用的，為此本發明之內燃機的曲軸輸出端安裝一個齒輪25，和齒輪25相嚙合的一個齒圈26，如圖9所示，如果這組齒輪傳動模數確定為2，齒輪25的齒數為50，其分度圓直徑就是100mm，齒圈26的齒數為55，那麼齒圈26的分度圓直徑就是110mm，那麼齒輪25和齒圈26的中心距剛好也是5mm，同前述的偏心距5mm是一樣的。由於齒圈26同內燃機輸出軸相連接，其中心正好同曲軸主軸承座中心一致，這樣在曲軸主軸頸之軸線繞曲軸主軸承座中心轉動時，齒輪25同齒圈26的嚙合都是不受影響的，就此本發明之內燃機的移動的曲軸動力輸出就通過齒輪25和齒圈26的嚙合而傳動到固定的內燃機動力輸出軸上，並被後面機構所利用。

從以上所述可以看到，本發明之內燃機的壓縮比可以在很寬範圍根據內燃機的各種工況做無級連續的調節。在高負荷工況下，由於內燃機進氣量大且汽缸以及燃燒室溫度已經很高，此時本發明之內燃機就可以適當降低壓縮比以避免爆震的發生，使內燃機能穩定正常工作。在冷啟動、怠速以及低速小負荷工況下，內燃機汽缸以及燃燒室溫度不高且進氣量也小，此時不容易發生爆震，就可適當提高壓縮比，而壓縮比的高低直接影響內燃機的燃燒效率，在保證不發生爆震的前提下儘量提高壓縮比可以較大幅度的提高內燃機的效率，降低燃油的消耗，也能降低汙染物的排放。由於本發明之內燃機的壓縮比是無級連續可調整的，那麼在全部工況下本內燃機都可以選定最佳壓縮比以使內燃機在全工況範圍內擁有最好的燃燒效率。

以上僅為本發明的一個具體實施例，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本領域的技術人員在本發明所揭露的技術範圍內，不經過創造性的勞動想到的變化和替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求書所限定的保護範圍為準。