X-可變壓縮比發動機的製作方法

2023-05-30 04:58:31 2

專利名稱：X-可變壓縮比發動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發動機領域，尤其是可變壓縮比裝置，根據發動機的工作狀況改變發動機的壓縮比，同時X-可變壓縮比發動機新型的構造可以大幅度降低發動機的摩擦耗損和減小發動機的體積。
背景技術：
通常，發動機的熱效率隨著其壓縮比的增大而提高，可變壓縮比裝置在E⑶根據發動機的行駛條件下調節而改變空氣-燃料混合物的壓縮比。可變壓縮比的裝置在發動機的低負荷的條件下提高空氣-燃料混合物的壓縮比，以便提高燃料裡程。相反的，可變壓縮比裝置在發動機高負荷條件下降低空氣-燃料混合物的壓縮比，從而控制爆震的發生，並 改進發動機的動力輸出。通常可變壓縮比裝置是在傳統發動機的結構下進行改進，控制機構比較複雜或者控制機構數量比較多，在具體的控制情形中的靈活度、可靠性上比較差，同時體積也有不同程度的增加。在傳統汽車發動機中，機組的摩擦耗能佔了機械損失較大的比例，其中活塞和活塞環的摩擦佔總摩擦比例最大約為45% 60%，而摩擦損失就佔指示功率的8% 20%，可以說是非常大的損失。活塞在高速運動過程中，活塞與氣缸之間的側壓力作用於氣缸壁上，加速了氣缸與活塞的磨損，增大漏氣，降低了發動機的壽命。同時，曲軸頸與連杆大頭之間的摩擦也比較大約佔總摩擦的15% 20%。(數據摘自《現代汽車發動機原理》北京大學出版社)它們之間的摩擦與機件的數量成正比，增加了能量的損耗。發動機在工作過程中，連杆和曲軸飛輪做功時的慣量(往復慣性質量和轉動慣量)與數量成正比，不利於能量的高效利用。隨著人們對小型車和經濟性汽車的需求，同時也使得對發動機的體積的大小提出更高的要求，以降低自重與體積。所以在當前石油資源消耗巨大的情況下，能源的高效利用成為人們的關注，而與人們日常生活一起的汽車，能否高效利用燃料更引人關注。

發明內容
為了解決上述傳統發動機的構造缺陷，本發明提供一種蝶形活塞與氣缸組合，弧形搖擺作用於圓周運動的原理，把燃料燃燒作用於活塞的運動，通過動力軸間接轉化成弧形搖擺的運動，再轉化為曲軸圓周運動，即連杆曲柄搖杆機構。本發明採用對稱式蝶形活塞，對稱式蝶形氣缸體，四氣缸組組成一個完整的蝶形氣缸活塞組合單元。所述的一個完整的蝶形氣缸組合單元共用一個動力輸出軸、動力搖臂、連杆、對應的部分曲軸。所述的動力輸出軸在八氣缸組發動機中是同軸分開的，並用軸瓦連接，它們是反向轉動的。所述的對稱式蝶形活塞採用花鍵與動力輸出軸連接。所述的動力搖臂與動力輸出軸是一個整體。所述的八氣缸曲軸只有兩個對稱式曲柄，所述曲柄中間是直軸，兩端與現有曲軸相近。本發明的可變壓縮比控制機構，採用偏心活塞銷支座，所述偏心活塞銷支座的旋轉調節動力搖臂的上下止點的位置。所述的活塞銷偏心支座有齒輪構造，所述的偏心活塞銷齒輪與扇形齒輪連接。所述的扇形齒輪套在動力軸上，並與螺旋杆連接，所述的螺旋杆由電機控制。·所述的活塞銷偏心支座在動力搖臂是對稱分布的，都是處於動力搖臂的外側。所述扇形齒輪也是對稱分布的，分布在動力搖臂的外側，所述的扇形齒輪用弧形板連接。所述的偏心活塞銷支座齒輪半徑與扇形齒輪半徑具有的一定的比值，所述的比值根據發動機的具體設計要求來確定。本發明的有益新型構造在於I、很大程度上能有效減小活塞、活塞環與汽缸壁之間的摩擦，降低活塞的磨損，提高發動機的壽命； 2、四汽缸組共用一組連杆曲軸組，能大大減小發動機工作時的軸運動之間的摩擦耗損，同時大大減小了發動機的慣性質量、體積、發動機自重，提高能量的利用率；3、八氣缸組採用一個連杆曲軸組，曲軸結構簡單，質量大大減小，從而降低曲軸的轉動慣量，同時大大降低製造難度、最終降低製造成本；4、連杆組和活塞腔之間是隔開的，降低對機油的不利燃燒，提高機油的潤滑效果，減少機油熱解成碳氫化合物，降低有害氣體的排放；5、對稱式蝶形活塞無燃燒作用產生的側向壓力，使活塞環可以逼近安裝於活塞的側面，有助於減小縫隙體積，從而減少在氣體壓縮過程中進入到活塞與氣缸的縫隙中的氣體量，減少積碳和碳氫化合物的生成；6、傳統發動機除了做功衝程作用帶動曲軸，其它三個環節都由曲軸帶動，且壓縮環節的摩擦比其它兩個要大許多；由於點火提前角，因此蝶形活塞在做功(同時壓縮)終點時，蝶形氣缸的一側壓力已經達到一定值了，所以連杆和提前點火的活塞可以共同作用降低蝶形活塞的速度，這樣共同作用有利於減小摩擦，更有助於過渡到下一個環節，從而不至於使活塞連杆承受力的巨大突變。本實用型區別於傳統連杆組的間接作用，有利於加快轉速，同時也有助於減少摩擦降低耗損.7、對於所述的新型結構發動機的可變壓縮比裝置，採用齒輪調節，結構簡單，調節機構數量少，對裝置的裝配空間要求低，對發動機的體積幾乎不影響。8、可變壓縮比裝置大部分機件不與動力搖臂同步運動，只有偏心活塞銷支座同步於動力臂運動，所以對發動機的轉動影響並不大。9、可變壓縮比裝置採用螺杆機構調節，調節靈活精確，可靠性高。10、可變壓縮比裝置，一個調節機構可以同時控制四缸的壓縮比，可以較大範圍內調節發動機的壓縮比，調節效率高。11、可變壓縮比裝置的調節的應力很小，調節的動力要求比較低。


圖I :本發明X-可變壓縮比發動機整體軸向剖面結構圖。圖2 :本發明X-可變壓縮比發動機整體剖面圖。圖3 :本發明X-可變壓縮比發動機軸向A-A剖面圖。圖4 :本發明X-可變壓縮比 發動機軸向B-B首I]面圖。圖5 :本發明X-可變壓縮比發動機弧形搖擺作用於圓周運動的原理圖。圖6 :本發明X-可變壓縮比發動機可變壓縮比裝置整體示意7 :本發明X-可變壓縮比發動機可變壓縮比裝置裝配8 :本發明X-可變壓縮比發動機可變壓縮比裝置橫向剖面9 :本發明X-可變壓縮比發動機可變壓縮比裝置高壓縮比運動原理10 :本發明X-可變壓縮比發動機可變壓縮比裝置低壓縮比運動原理圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
進一步詳細描述。以下以八氣缸發動機為實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。本實施例假設以下數據方便說明實施例。以動力臂擺角為60度，即Z CO1O2 = 60度，動力臂長為80mm，衝程為80mm，發動機在壓縮止點等效為活塞與汽缸蓋的夾角為4. 3度，偏心活塞銷支撐的偏心距為3mm。假設R為動力臂半徑，Φ為動力臂的轉角，r為偏心活塞銷支座的偏心半徑，t為扇形齒輪調節的轉角，n為扇形齒輪與偏心活塞銷支座偏心半徑的比值，I為氣缸蓋等不規則空間與活塞在最高壓縮比時等效為與與活塞是夾角。運動方程為大圓弧的坐標方程4R " 2 = (X- V 3 · R) " 2+y " 2 ①小圓弧的坐標方程R a 2 = (X- V 3 · R) a 2+y a 2 ②偏心活塞銷支座的偏心圓心的坐標方程X = Rcos [ α -Φ ] -rcos [ ( η +1) · Φ- β - α ] ③y = Rsin[ α - Φ] +rsin[ ( η +1) · Φ- β - α ] ④其中α= 90+ δ -t ⑤β = 90+ η · t ⑥聯立方程①②③④⑤⑥，可以求出解Φ1，Φ2;Ψ = Φ1-90,Ω = 30-Φ2,上壓縮比ε 丨=(60+ξ+Ψ+Ω)/(ξ+Φ);下壓縮比ε2= (60+ ξ+Ψ+Ω) / (ξ+Ω)0結合上訴先對X-可變壓縮比發動機的進行具體說明，如圖I至圖5。所述活塞採用中空肋板結構101，以降低活塞的質量和轉動慣量；在活塞的弧形102近表面處和側壁103上安裝活塞環，由於很小的側向摩擦，活塞環可以安裝在距活塞表面很近處。所述對稱蝶形活塞I、對稱蝶形氣缸5、動力輸出軸201為共軸。
所述對稱蝶形活塞101的外弧是圓上的一段圓弧,對稱蝶形氣缸5的內氣缸壁為圓上的圓弧。活塞軸部104採用花鍵和動力輸出軸201連接。兩動力輸出軸201之間用軸瓦601連接,減小動力輸出軸反向運動的摩擦。動力輸出軸201與動力搖臂202是同一整體，動力搖臂間的末端安裝有活塞銷203，軸銷203作用於連杆的小頭301.連杆3的強度要求能夠承受動力搖臂的巨大的壓力與拉力，從而連杆的尺寸比傳統連杆較大。連杆的大頭連接曲軸4的曲柄，本實施例中曲軸對稱分布的兩個曲柄構造，曲軸的中間軸部分401並不與缸體接觸。
動力搖臂的弧形運動轉化為曲軸圓周運動原理如圖5所示，O1為動力輸出軸的軸心，O2為曲軸的軸心。AB、⑶、EF為連杆，曲軸的的軸心在CE的延長線上，幾何關係滿足⑶=EF,曲柄的圓直徑等於CE。圖示為動力搖臂臂轉過角α，曲軸轉過角β ,連杆運動到AB的位置。所述動力搖臂的軸銷軸心從C轉動到Ε,曲柄的軸心從D轉動到F ;所述動力搖臂從E轉動到C,所述曲柄的軸心從F動到D,所述曲軸完成一周的轉動。可變壓縮比裝置如圖6至圖10。活塞銷203插入活塞銷偏心支座中204，所述活塞銷偏心支座204的外側有齒輪結構，並與扇形齒輪8連接，扇形齒輪的角度由發動機的具體設計的要求所定。所述的扇形齒輪套在動力軸201上，末端801有齒輪結構，所述的齒輪結構801與螺杆齒輪9連接。所述的扇形齒輪的背部802用螺栓803與右側的扇形齒輪機件804連接。所述的圖右側的扇形齒輪804與活塞銷偏心支座205連接，控制偏心活塞銷支座的旋轉角度。所述的螺杆齒輪9連接電機10，電機由E⑶控制，調節扇形齒輪的旋轉角度，進而控制動力臂上下止點的位置，進而調節發動機的壓縮比。如圖8所示,動力旋臂從位置AP旋轉到位置AQ。本實例設計為動力臂從位置AP運動到位置AQ(即上下止點的位置)，發動機在最高壓縮比為16時偏心活塞銷支座的偏心相位是相同的。相位相差180度，所以本例扇形齒輪的半徑與偏心活塞銷支座的齒輪半徑比值為2.8。如圖9，最高壓縮比時，C、E、D、02、F五個點在通一條直線上，如圖低壓縮比時C、D、
O2三點在同一條直線上，E、02、F三點在同一條直線上。所述在最高壓縮比(如圖9)時，偏心活塞銷支座在扇形齒輪上從上止點到下止點，所述的偏心活塞銷支座剛好旋轉180度，使動力臂下止點時也同樣處於最高壓縮比的狀態。如圖7所示，活塞偏心銷支座204的齒輪與扇形齒輪8連接，動力臂202在做順時針運動時，所述的活塞偏心銷支座204同步於動力臂202做順時針運動。同理，在動力臂202做逆時針運動時,所述的活塞銷偏心支座同步於動力臂做逆時針運動。在發動機的壓縮比不變時，所述的扇形齒輪8的在壓縮比不變時，並不隨動力臂做往復運動，此時的扇形齒輪由螺杆鎖定住。
所述的在高壓縮比時，螺杆控制扇形齒輪的旋轉角度，以控制偏心活塞銷支撐的相位。如圖10要把高壓縮比調節到低壓縮比，圓A順順時旋轉，O1A, AC、弧HR為一個幾何運動單元，點C向弧HR的右側滑動，在點C向右側滑動時，圓心A下降一定的高度，同時動力搖臂O1A也順時針旋轉一定的角度。從而使活塞壓縮止點與汽缸蓋的夾角增大,減小壓縮比。所述的偏心活塞支座旋轉一周可以調節動力臂的角度連續變化4. 30度，可變壓縮比裝置可調節壓縮比從16 I連續 調節到7. 5 I。如圖10所示，所述的弧HR是以O2為圓心，以O2C為半徑的一段圓弧；所述的弧Hr是以O2為圓心，以O2E為半徑的一段圓弧。所述10為X-可變壓縮比發動機的汽缸蓋組。
權利要求
1.ー種X-可變壓縮比發動機根據發動機的工作條件下調節而改變空氣-燃料混合物的壓縮比，即發動機的壓縮比，所述的X-可變壓縮比發動機如下 新型發動機的運動原理，所述的新型的發動機運動原理是ー種蝶形活塞與氣缸組合，弧形搖擺作用於圓周運動的原理，把燃料燃燒作用於活塞的運動，通過動カ軸間接轉化成弧形搖擺的運動，再轉化為曲軸圓周運動。
可變壓縮比裝置，所述的可變壓縮比控制裝置，針對於新型發動機新型結構採用偏心活塞銷支座，所述偏心活塞銷支座的旋轉由扇形齒輪調節，從而調節動力搖臂的上下止點的位置以改變發動機的壓縮比。
2.根據權利要求1，新型發動機結構採用對稱式蝶形活塞，對稱式蝶形氣缸體，四氣缸組組成一個完整的蝶形氣缸活塞組合單元。所述的ー個完整的蝶形氣缸組合単元共用ー個動カ輸出軸、動カ搖臂、連杆、對應的部分曲軸。
3.根據權利要求2，所述的動力輸出軸在八氣缸組發動機中是同軸分開的，並用軸瓦連接，它們是反向轉動的。
4.根據權利要求1，X-可變壓縮比發動機裝置中所述的活塞銷偏心支座有齒輪構造，所述的偏心活塞銷齒輪與扇形齒輪連接。所述的扇形齒輪套在動カ軸上，並與螺旋杆連接，所述的螺旋杆由電機控制。
5.根據權利要求3，所述的活塞銷偏心支座在動カ搖臂是對稱分布的，都是處於動カ搖臂的外側。所述扇形齒輪也是對稱分布的，分布在動カ搖臂的外側，所述的扇形齒輪用弧形板連接。
全文摘要
本發明X-可變壓縮比發動機採用一種蝶形活塞與氣缸組合，弧形搖擺作用於圓周運動的原理；本發明的可變壓縮比控制機構，採用偏心活塞銷支座，所述偏心活塞銷支座的旋轉由扇形齒輪調節，所述的扇形齒輪由電機驅動，改變動力搖臂的上下止點的位置，從而改變發動機的壓縮比。X-可變壓縮發動新型的構造可以大幅度降低發動機的摩擦耗損和減小發動機的體積，同時控制發動機的壓縮比。
文檔編號F02B53/00GK102953806SQ20121049458
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月19日 優先權日2012年11月19日
發明者黎澄生 申請人:黎澄生