本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)，具體涉及一種適用多種結(jié)構(gòu)類型發(fā)動機(jī)的高效連續(xù)可變幾何壓縮比裝置。

背景技術(shù)：

1、國內(nèi)外各大汽車公司和研究機(jī)構(gòu)提出了多種vcr發(fā)動機(jī)。按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要分為：多連桿式、偏心曲軸軸承式、偏心連桿小頭式以及偏心連桿大頭式。

2、其中，多連桿式是在連桿和曲軸之間設(shè)置多桿機(jī)構(gòu)(或齒輪齒條機(jī)構(gòu))，如日產(chǎn)、雪鐵龍、長城汽車等單位的方案。但是，此類方案僅適用于直列發(fā)動機(jī)，無法應(yīng)用于v型、w型和星型等結(jié)構(gòu)類型的發(fā)動機(jī)。

3、偏心曲軸軸承式是在曲軸和機(jī)體之間設(shè)置偏心軸承組件，如卡特彼勒、重慶長安、大連理工等單位的方案。但是，此類方案也僅適用于直列發(fā)動機(jī)，無法應(yīng)用于v型、水平對置、w型和星型等結(jié)構(gòu)類型的發(fā)動機(jī)。

4、偏心連桿小頭式是在連桿小頭和活塞銷之間設(shè)置偏心軸套，如保時(shí)捷、fev等單位的方案。但是，此類方案中難以實(shí)現(xiàn)對偏心軸套相位的連續(xù)調(diào)節(jié)，目前只能實(shí)現(xiàn)兩種壓縮比的切換。

5、偏心連桿大頭式是在曲柄軸頸和連桿大頭孔之間設(shè)置偏心軸套，如天津大學(xué)、戈梅克賽斯、標(biāo)致雪鐵龍等單位的方案。但是，現(xiàn)有的此類方案中，驅(qū)動齒輪和與偏心軸承固接的從動齒輪之間均必須存在多個(gè)傳動齒輪，并且驅(qū)動齒輪和從動齒輪之間需要滿足特定的傳動比要求。對于四沖程發(fā)動機(jī)，傳動比為0.5，這樣才能保證偏心軸套的轉(zhuǎn)速是曲軸轉(zhuǎn)速的一半。這不僅導(dǎo)致此類裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且，無論壓縮比是否需要被調(diào)節(jié)，相關(guān)齒輪均相對曲軸高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步導(dǎo)致以下幾方面的問題：(a)增加了非常多的存在相對運(yùn)動的零部件，發(fā)動機(jī)機(jī)械損失增加；(b)極大地降低了齒輪和發(fā)動機(jī)相關(guān)零部件的可靠性和耐久性；(c)由于各個(gè)嚙合齒輪對之間均存在齒間間隙，這不僅導(dǎo)致發(fā)動機(jī)各部件運(yùn)行一致性和各缸壓縮比一致性均難以保證，而且導(dǎo)致發(fā)動機(jī)振動和噪音問題嚴(yán)重。

6、此外，早年間，還有學(xué)者提出主從活塞式和副活塞式的方案。前者是將活塞分成兩部分，通過調(diào)節(jié)這兩部分活塞的相對位置來調(diào)節(jié)壓縮比，存在操作難度大和可靠性差等方面的問題。后者是在發(fā)動機(jī)缸蓋上增加一個(gè)副活塞，顯然，這導(dǎo)致了發(fā)動機(jī)缸內(nèi)燃燒和排放特性的嚴(yán)重惡化。

7、由此可知，現(xiàn)有技術(shù)中的方案均存在各自的問題，因此亟需設(shè)計(jì)一種適用多種結(jié)構(gòu)類型發(fā)動機(jī)的高效連續(xù)可變幾何壓縮比裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明主要目的在于提供一種適用多種結(jié)構(gòu)類型發(fā)動機(jī)的高效連續(xù)可變幾何壓縮比裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

3、一種適用多種結(jié)構(gòu)類型發(fā)動機(jī)的高效連續(xù)可變幾何壓縮比裝置，包括機(jī)體、活塞、連桿、曲軸和偏心軸套，所述活塞相對所述機(jī)體往復(fù)移動，所述曲軸的主軸頸相對所述機(jī)體的主軸承孔轉(zhuǎn)動連接，所述連桿的小頭孔相對所述活塞轉(zhuǎn)動連接，所述連桿的大頭孔相對偏心軸套外圓轉(zhuǎn)動連接，所述曲軸的曲柄軸頸相對偏心軸套內(nèi)孔轉(zhuǎn)動連接，所述偏心軸套至少有一端固定連接有從動齒輪，所述從動齒輪傳動連接有主動齒輪，所述主動齒輪的軸線與所述曲軸的主軸頸的軸線共線，所述從動齒輪的軸線與所述曲軸的曲柄軸頸的軸線共線，所述曲軸的主軸頸的軸線與曲柄軸頸的軸線平行但不共線，偏心軸套外圓的軸線和偏心軸承內(nèi)孔的軸線平行但不共線；所述主動齒輪與曲軸之間設(shè)有調(diào)控單元；當(dāng)發(fā)動機(jī)需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，所述調(diào)控單元控制所述主動齒輪相對所述曲軸旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)相位；當(dāng)發(fā)動機(jī)不需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，所述調(diào)控單元控制所述主動齒輪與所述曲軸同步旋轉(zhuǎn)。

4、進(jìn)一步的，所述主動齒輪與所述從動齒輪的傳動連接關(guān)系采用如下三類中的任意一種：

5、第一類連接方式：所述主動齒輪與所述從動齒輪直接嚙合；

6、第二類連接方式：所述主動齒輪與所述從動齒輪之間至少串聯(lián)嚙合一個(gè)中間齒輪；

7、第三類連接方式：還包括至少一對大小相同的中間齒輪，所有的所述中間齒輪分成兩組，每組包括成對的所述中間齒輪中的一個(gè)；所述主動齒輪與所述從動齒輪之間形成兩條齒輪傳動鏈，每條傳動鏈上在所述主動齒輪與所述從動齒輪之間串聯(lián)嚙合上述一組中間齒輪。

8、進(jìn)一步的，所述調(diào)控單元包括調(diào)相機(jī)構(gòu)；當(dāng)發(fā)動機(jī)需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，所述調(diào)相機(jī)構(gòu)控制所述主動齒輪相對所述曲軸旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)相位；當(dāng)發(fā)動機(jī)不需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，所述調(diào)相機(jī)構(gòu)控制所述主動齒輪相對所述曲軸的相位始終維持當(dāng)前的目標(biāo)相位。

9、進(jìn)一步的，所述調(diào)相機(jī)構(gòu)采用行星齒輪式調(diào)相機(jī)構(gòu)、液壓式調(diào)相機(jī)構(gòu)、花鍵式調(diào)相機(jī)構(gòu)或多桿式調(diào)相機(jī)構(gòu)中的任意一種。

10、進(jìn)一步的，所述調(diào)控單元包括鎖緊器；當(dāng)發(fā)動機(jī)需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，所述鎖緊器控制所述主動齒輪相對所述曲軸解鎖；當(dāng)發(fā)動機(jī)不需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，所述鎖緊器控制所述主動齒輪與所述曲軸鎖緊。

11、進(jìn)一步的，所述鎖緊器采用摩擦離合器、電磁離合器或磁粉離合器中的任意一種。

12、進(jìn)一步的，所述行星齒輪式調(diào)相機(jī)構(gòu)包括第一齒輪、第二齒輪、行星支架、行星輪組件、行星軸和被控齒輪；至少一個(gè)所述行星輪組件通過與之一一相對應(yīng)的所述行星軸安裝于所述行星支架上，各個(gè)所述行星輪組件相對各自的所述行星軸的軸線轉(zhuǎn)動；所述第一齒輪、所述第二齒輪和所述行星輪組件之間的傳動連接關(guān)系采用如下兩類中的任意一種：

13、第一類連接方式：所述第一齒輪和所述第二齒輪中，一個(gè)采用內(nèi)嚙合齒輪，另一個(gè)采用外嚙合齒輪時(shí)，所述行星輪組件采用一個(gè)外嚙合行星齒輪，各個(gè)所述外嚙合行星齒輪均分別與所述第一齒輪和所述第二齒輪嚙合；

14、第二類連接方式：所述第一齒輪和所述第二齒輪均采用內(nèi)嚙合齒輪或者均采用外嚙合齒輪時(shí)，所述行星輪組件包括第一行星輪和第二行星輪，所述第一行星輪和所述第二行星輪均采用外嚙合齒輪，所述第一行星輪和所述第二行星輪同軸并列設(shè)置且二者同步轉(zhuǎn)動；所述第一齒輪與所述第一行星輪嚙合，所述第二齒輪與所述第二行星輪嚙合；

15、所述曲軸、主動齒輪、第一齒輪、第二齒輪、行星支架和被控齒輪之間的傳動連接關(guān)系采用如下三類中的任意一種：

16、第一類連接方式：所述第一齒輪設(shè)置在所述主動齒輪上且二者同步轉(zhuǎn)動，所述第二齒輪設(shè)置在所述曲軸上且二者同步轉(zhuǎn)動，所述被控齒輪設(shè)置在所述行星支架上且二者同步轉(zhuǎn)動；

17、第二類連接方式：所述第一齒輪設(shè)置在所述主動齒輪上且二者同步轉(zhuǎn)動，所述行星支架設(shè)置在所述曲軸上且二者同步轉(zhuǎn)動，所述被控齒輪設(shè)置在所述第二齒輪上且二者同步轉(zhuǎn)動；

18、第三類連接方式：所述行星支架設(shè)置在所述主動齒輪上且二者同步轉(zhuǎn)動，所述第二齒輪設(shè)置在所述曲軸上且二者同步轉(zhuǎn)動，所述被控齒輪設(shè)置在所述第一齒輪上且二者同步轉(zhuǎn)動；

19、在相鄰布置并且只有在發(fā)動機(jī)壓縮比被調(diào)節(jié)時(shí)二者的相對相位才被改變的兩個(gè)零部件之間，選擇至少一處設(shè)有鎖緊器；

20、當(dāng)發(fā)動機(jī)需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，首先，將所述鎖緊器設(shè)置在解鎖狀態(tài)，使得所述主動齒輪、所述曲軸和所述被控齒輪三者解鎖；接著，外界動力驅(qū)動所述被控齒輪轉(zhuǎn)動，使得所述主動齒輪相對所述曲軸旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)相位，此時(shí)，所述主動齒輪帶動所述從動齒輪轉(zhuǎn)動一定角度，所述偏心軸套相對曲柄軸頸的軸線轉(zhuǎn)動一定角度，導(dǎo)致所述連桿的大頭孔的旋轉(zhuǎn)中心相對曲軸的主軸頸中心的位置發(fā)生改變，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了發(fā)動機(jī)壓縮比的改變；最后，將所述鎖緊器設(shè)置在鎖定狀態(tài)，使得所述主動齒輪、所述曲軸和所述被控齒輪三者同步旋轉(zhuǎn)；

21、當(dāng)發(fā)動機(jī)不需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，所述鎖緊器始終保持處于鎖緊狀態(tài)，使得所述主動齒輪、所述曲軸和所述被控齒輪同步旋轉(zhuǎn)，所述主動齒輪相對曲軸的相位不變。

22、進(jìn)一步的，所述液壓式調(diào)相機(jī)構(gòu)至少包括第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子；所述第一轉(zhuǎn)子設(shè)置在所述曲軸上且二者同步轉(zhuǎn)動，所述第二轉(zhuǎn)子設(shè)置在主動齒輪上且二者同步轉(zhuǎn)動；所述第一轉(zhuǎn)子和第二轉(zhuǎn)子之間形成至少一對油腔，命名為第一油腔和第二油腔；當(dāng)發(fā)動機(jī)需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，調(diào)節(jié)所述第一油腔和第二油腔內(nèi)的液壓油量，使得所述第二轉(zhuǎn)子相對所述第一轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到目標(biāo)相位；當(dāng)發(fā)動機(jī)不需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，所述第二轉(zhuǎn)子相對所述第一轉(zhuǎn)子的相位不變。

23、進(jìn)一步的，所述調(diào)控單元還包括至少一個(gè)定位機(jī)構(gòu)，所述定位機(jī)構(gòu)包括定位銷和定位彈簧；在相鄰布置并且只有在發(fā)動機(jī)壓縮比被調(diào)節(jié)時(shí)二者的相對相位才被改變的兩個(gè)零部件之間，選擇至少一處設(shè)有定位機(jī)構(gòu)；在上述配套組件中的其中一個(gè)件上設(shè)置若干個(gè)定位凹坑，在另一個(gè)件上設(shè)置定位銷孔，定位銷孔的數(shù)量不多于定位凹坑的數(shù)量，每個(gè)定位銷孔內(nèi)滑動設(shè)置一個(gè)定位銷，定位銷尾部和定位銷孔底部之間設(shè)置定位彈簧；

24、當(dāng)發(fā)動機(jī)需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，所述調(diào)相機(jī)構(gòu)控制所述主動齒輪相對所述曲軸旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)相位，相應(yīng)地各定位銷和各定位凹坑的對應(yīng)關(guān)系被改變；

25、當(dāng)發(fā)動機(jī)不需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，所述調(diào)相機(jī)構(gòu)控制所述主動齒輪相對所述曲軸的相位始終維持當(dāng)前的目標(biāo)相位，各定位銷頭部和相應(yīng)的定位凹坑底部相配合，并且各定位銷和各定位凹坑的對應(yīng)關(guān)系不變。

26、進(jìn)一步的，所述調(diào)控單元還包括至少一個(gè)鎖緊定位機(jī)構(gòu)，所述鎖緊定位機(jī)構(gòu)包括解鎖活塞、鎖緊定位銷和鎖緊定位彈簧；在相鄰布置并且只有在發(fā)動機(jī)壓縮比被調(diào)節(jié)時(shí)二者的相對相位才被改變的兩個(gè)零部件之間，選擇至少一處設(shè)有鎖緊定位機(jī)構(gòu)；在上述配套組件中的其中一個(gè)件上設(shè)置若干個(gè)定位通道，每個(gè)定位通道內(nèi)滑動設(shè)置一個(gè)解鎖活塞，被控油道與每個(gè)定位通道相連接，液壓閥控制被控油道的連接對象；在另一個(gè)件上相應(yīng)地設(shè)置若干個(gè)鎖緊定位銷孔，每個(gè)鎖緊定位銷孔內(nèi)滑動設(shè)置一個(gè)鎖緊定位銷，鎖緊定位銷尾部和鎖緊定位銷孔底部之間設(shè)置鎖緊定位彈簧；解鎖活塞頭部與鎖緊定位銷頭部相接觸；

27、當(dāng)發(fā)動機(jī)需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，首先，液壓閥將被控油道接通到高壓油源，高壓液壓油推動解鎖活塞和鎖緊定位銷向鎖緊定位銷孔的方向移動，鎖緊定位彈簧被壓縮，最終使得鎖緊定位機(jī)構(gòu)處于解鎖狀態(tài)；接著，所述調(diào)相機(jī)構(gòu)控制所述主動齒輪相對所述曲軸旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)相位，相應(yīng)地各解鎖定位銷和各定位通道的對應(yīng)關(guān)系被改變；最后，液壓閥將被控油道接通到低壓油源，在鎖緊定位彈簧的作用下，鎖緊定位銷推動解鎖活塞向定位通道的方向移動，最終使得鎖緊定位機(jī)構(gòu)處于鎖緊狀態(tài)；

28、當(dāng)發(fā)動機(jī)不需要調(diào)節(jié)壓縮比時(shí)，液壓閥將被控油道始終接通到低壓油源，所述調(diào)相機(jī)構(gòu)不工作，與各鎖緊定位銷和相應(yīng)的各定位通道之間的對應(yīng)關(guān)系不變。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

30、本發(fā)明的可變幾何壓縮比裝置結(jié)構(gòu)簡單緊湊、調(diào)控簡單、機(jī)械效率高、各缸運(yùn)行一致性和各缸壓縮比一致性高、各零部件的可靠性和耐久性好，其可以用于單缸發(fā)動機(jī)以及采用直列、v型、水平對置、w型、單排多星型和多排多星型等多種結(jié)構(gòu)類型的多缸發(fā)動機(jī)，具有較高的普適性，解決了現(xiàn)有vcr裝置適用范圍窄等問題，而且極大地降低了發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的機(jī)械損失，大幅度提升了發(fā)動機(jī)效率。

31、對比目前在連桿大頭孔和曲柄軸頸之間采用偏心軸套的方案，它們都需要滿足1:2的傳動比關(guān)系，這導(dǎo)致相關(guān)齒輪的設(shè)計(jì)靈活度受限，大齒輪的齒數(shù)多，尺寸大；并且往往需要采用多個(gè)齒輪傳遞，裝置整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需空間較大，這對發(fā)動機(jī)縮減尺寸和輕量化都非常不利；相關(guān)齒輪均相對曲軸高速旋轉(zhuǎn)，發(fā)動機(jī)機(jī)械效率低；齒間間隙導(dǎo)致發(fā)動機(jī)各缸壓縮比一致性差，發(fā)動機(jī)振動和噪音問題嚴(yán)重。而本發(fā)明各齒輪之間無需滿足特定的傳動比，使得發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)靈活度增加，相關(guān)零部件可以根據(jù)需要做到盡可能??；在不調(diào)壓縮比時(shí)，裝置相關(guān)零部件相對曲軸固定不動，發(fā)動機(jī)機(jī)械效率高；尤其是采用定位機(jī)構(gòu)或鎖緊定位機(jī)構(gòu)，確保發(fā)動機(jī)各缸幾何壓縮比的一致性并大幅度降低發(fā)動機(jī)振動和噪音。此外，根據(jù)發(fā)動機(jī)具體需求，本裝置還可以與現(xiàn)有vcr裝置聯(lián)合使用，來獲得更高的發(fā)動機(jī)高動力和節(jié)能減排效果。例如，本裝置可以與偏心連桿小頭式vcr裝置聯(lián)合使用，應(yīng)用于上述多種結(jié)構(gòu)類型的發(fā)動機(jī)，從而同時(shí)滿足發(fā)動機(jī)不同工況對壓縮比、活塞偏心距和活塞行程等參數(shù)的調(diào)控要求。再如，本裝置可以與偏心曲軸軸承式vcr裝置聯(lián)合使用，應(yīng)用于直列發(fā)動機(jī)，從而同時(shí)滿足發(fā)動機(jī)不同工況對壓縮比、曲軸偏心距和活塞行程等參數(shù)的調(diào)控要求。