[發明專利]一種連桿軸頸偏心套可變壓縮比裝置

有效

• 申請號: 201210548124.4
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103047002A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 沈大茲
• 申請（專利權）人: 沈大茲
• 主分類號: F02B75/04
• 分類號: F02B75/04
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 祖志翔

技術領域

本發明涉及一種用于車輛中往復活塞式發動機的可變壓縮比裝置，具體涉及一種連桿軸頸偏心套可變壓縮比裝置，屬于汽車技術領域。

背景技術

眾所周知，車輛發動機的燃燒效率直接決定了發動機的輸出效率，提高發動機的效率對減少碳排放、減少石油等燃料的消耗具有至關重要的作用。目前在發動機提高燃燒效率方面最大的難題之一是，當發動機處于部分負荷時，隨著進入汽缸的空氣和燃料的減少，發動機無法達到預定的點火溫度而不能正常點火。而隨著進入汽缸的空氣和燃料的增加，又容易產生所謂的“燃燒爆震”，這將導致發動機的損壞和熱效率的急劇下降。解決該問題的辦法之一是改變發動機的壓縮比。

可變壓縮比發動機（VCR?Engine）是當今世界上最有發展潛力的發動機技術，為此，近年來全球各公司和研究機構競相研究并申請有關此方面的專利達數百上千件，以求獲得發動機技術上的領先地位。然而許多專利至今仍處在實驗室試驗階段，尚未見商品發動機投放市場。能夠實現可變壓縮比的結構有許多種類型，在發動機的曲軸連桿軸頸上安裝偏心軸套是其中的一類技術方案，當偏心軸套繞連桿軸頸旋轉一角度時，曲軸曲柄半徑將發生改變，因而發動機壓縮比也得以改變。

由本申請人提出的中國發明專利申請“一種帶自鎖結構的可變壓縮比裝置”（申請號201210379648.5）采用單一驅動器，通過一系列的傳動軸和齒輪來改變安裝在連桿軸頸上的偏心套相對于連桿軸頸的旋轉角度，從而改變曲柄臂的長度，最終達到改變壓縮比的目的。

在上述專利申請中，改變發動機壓縮比的原理如下（見圖1）：

偏心套1內、外圓的偏心距為e，偏心套1繞連桿軸頸2旋轉，其相對于連桿軸頸2的轉角為則發動機曲柄半徑r的增加量為

當偏心套1繞連桿軸頸2旋轉到圖1a和圖1b位置時，發動機曲柄的實際半徑為R=r+β,則發動機沖程S₁等于兩倍曲柄半徑：

當偏心套1繞連桿軸頸2旋轉到圖1c和圖1d位置時，發動機曲柄半徑的實際長度為R=r-β,則此時發動機沖程S₂為：

因而發動機的沖程改變量為：

由此可見，發動機壓縮比的改變依賴于發動機沖程的改變，而沖程的改變則取決于偏心套1相對于連桿軸頸2的轉角

所述在先專利申請201210379648.5的結構見圖2。驅動器5內的外輪4和內輪3在液壓油作用下，帶動傳動軸6相對于曲軸前端軸頸7旋轉時，安裝在傳動軸6上的過渡齒輪8驅動偏心套齒輪9，使與偏心套齒輪9固定連接的偏心套1相對于連桿軸頸2旋轉，從而改變壓縮比。在該技術方案中，傳動軸6和過渡齒輪8的中心線與發動機曲軸的中心線10相重合，這就導致了下述一系列問題。

該專利申請提出了針對長沖程發動機的第一方案（見圖3）和針對短沖程發動機的第二方案（見圖4）。在第一方案中，當發動機采用較小的曲柄半徑r值時，一個辦法是采取小直徑的過渡齒輪8，但當過渡齒輪8的直徑減小過多時，則其本身的強度大為減小，同時導致過渡齒輪8與偏心套齒輪9的傳動比過大，由于驅動器外輪4相對于驅動器內輪3的旋轉角度有限，過大的傳動比將使偏心套1相對于連桿軸頸2的旋轉角度偏小，從而使沖程改變量Δ減小，導致壓縮比可變范圍變小，以至無法達到應有的效果；另一個辦法就是不過度減小過渡齒輪8的直徑，而是減小偏心套齒輪9的直徑，但這又將導致連桿軸頸2直徑的減小，從而降低連桿軸頸2的強度，即削弱了曲軸的強度。第二方案雖然部分克服了第一方案的缺陷，然而依舊無法徹底解決問題，尤其是傳動比過大導致的壓縮比可變范圍變小的問題?？傊@兩種方案中都不可能采取直徑過小的過渡齒輪8；此外，由于增加了過渡齒輪8，使曲軸的曲柄臂11的寬度減小（見圖2），削弱了曲柄臂11的強度，這與可變壓縮比發動機曲軸需要有更高強度的要求背道而馳。

在所述在先專利申請（201210379648.5）中，偏心套1由兩個半圓的偏心套對合固接而成（見圖3），這種結構存在兩點不足：1、對合連接必要的固定螺栓使偏心套1和連桿的體積龐大，結構沉重，導致質量慣性加大，動力負載加重；2、兩半圓對合的結構不能保證偏心套1在全圓周上的受力均勻，在連接縫隙出會產生應力集中，甚至導致固定螺栓的斷裂。

所述專利申請還提出了偏心套1在連桿軸頸2上應滿足的第一自鎖條件（見圖5）：

e≤E=f₁*r₁+f₂*r₂

其中，e--偏心套1內、外兩圓柱表面的偏心距，