连续可变容积压缩比发动机
技术领域
本发明涉及发动机的可变缩比技术，可以允许通过控制活塞在上止点时的不同压缩高度来实现不同的压缩比。
背景技术
随着排放法规的日益严格和顾客对发动机经济性的要求，改善发动机的排放性能和燃油经济性能已是传统内燃机所面临的最大困难。现在发动机改变排放主要采用三元催化剂，提高燃油经济性能主要采用缸内直喷和可变气门技术。为了进一步减少排放，现在出现了多种新的燃烧模式。这些新的燃烧模式主要是追求低温燃烧和均质混合气的形成，即要求低的充量温度和均匀的混合气，还有较低的压缩比，以降低NOX和PM排放。为了能使低温燃烧技术在全负荷工况范围内实现，可变压缩比技术的应用是非常有必要的。另一方面为了提高燃油经济性能和在各种转速负荷工况下平顺的动力输出，可变压缩比技术的应用也是非常有必要的。
现在大部分发动机的压缩比是固定的，在低转速时进气充量少，实际压缩比低于设计的压缩比，不能使燃油充分雾化和燃烧。在高转速或涡轮增压器介入时，缸内充气量大于缸内容积，实际压缩比高于设计的压缩比，这时容易产生爆震和提前燃烧，大大减小了动力输出和加大对发动机的损害。可变压缩比技术能根据进气充量的改变而改变压缩比，使燃油能充分燃烧和避免爆震。在低负荷时适当的降低压缩比，能有效减少排放。
目前对可变压缩比发动机的研究在国外已经比较普遍，但是能实现可变压缩比功能的成果比较少，且结构复杂，不易量产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可连续改变活塞压缩高度的可变压缩比机构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的连续可变容积压缩比发动机包括传感器、箱体、曲轴以及一端与安装在轴颈上的外轴颈套形成可转动连接的至少一个连杆和活塞组成；曲轴的轴颈上设置有连续可变容积压缩比机构；可变压缩比机构是通过安装在箱体内的圆环轨道体来控制的；箱体上设置有固定机构，固定机构上设置有连续可变容积压缩比发动机的操控机构，通过操控机构来操控圆环轨道体；圆形滑槽与圆形凸台之间设置有减少摩擦和分散应力的机构。
可变容积压缩比机构由外轴颈套和曲轴组成，外轴颈套可沿曲轴和轴颈的中心连线上下滑动；外轴颈套安装在轴颈和曲柄上，两端的圆形凸台安装在导向滑动套孔内，导向滑动套安装在圆形滑槽内；圆环轨道体安装在圆环轨道体滑槽内；主轴颈在圆环轨道体上的环形滑槽内。
在采取上述技术方案后，通过操控机构操控圆形滑槽来控制外轴颈套在上止与下止点时的位置。从而改变活塞在上止点时的不同压缩高度实现不同的压缩比。当降低压缩比时，圆形滑槽降低了外轴颈套在上止点和下止点时的高度，由于外轴颈套围圆形滑槽作旋转运动，不以曲轴中心作旋转运动，曲轴从上止点往下止点运动时主轴颈与外轴颈套距离逐渐增大。由于这种可变容积压缩比发动机的特殊结构，在降低压缩比膨胀做功时，有效做功压力逐渐减小，做功半径逐渐增加，这样就使得上止点到下止点时发动机扭力均衡，可有效降低发动机震动和提高旋转惯性。由于活塞连杆驱动的外轴颈套是沿圆形滑槽作旋转运动，活塞上止点降低时，活塞冲程没有改变，这样就提高了发动机缸内容积。
本发明的有益效果是：发动机在工作过程中，根据进气充量和各种负荷工况下以及根据各种燃料所需压缩比的不同来进行控制，使发动机的压缩比最符合当前情况。来达到燃油经济性、动力性以及排放的最佳效果。并能使一台发动机对燃料的选择性更加广泛。本发明可在全工况下实现米勒循环进一步提高燃油经济性和动力性。这种可变容积压缩比发动机的特殊机构，在降低压缩比时，可有效降低发动机震动和提高旋转惯性，并提高发动机缸内容积。如配合涡轮增压器，那么将大大提高进气充量，可把发动机设计成小排量来实现大功率。有效减小发动机体积，提高功率与重量比。减小发动机重量与体积，同时减小整车质量，进一步节省燃油。
附图说明
本说明书包括如下十幅附图：
图1是本发明连续可变容积压缩比发动机的结构示意图；
图2是本发明连续可变容积压缩比发动机的工作原理示意图；
图3是本发明连续可变容积压缩比发动机曲轴的侧视图；
图4是本发明连续可变容积压缩比发动机外轴颈套的主视图；
图5是本发明连续可变容积压缩比发动机外轴颈套的右视图；
图6是本发明连续可变容积压缩比发动机导向滑动套的主视图；
图7是本发明连续可变容积压缩比发动机圆环轨道体的主视图；
图8是本发明发明连续可变容积压缩比发动机升降器的主视图；
图9是本发明连续可变容积压缩比发动机涡轮螺旋组的主视图；
图10是本发明连续可变容积压缩比发动机主轴颈固定架的主视图；
图11是本发明连续可变容积压缩比发动机整体固定架的主视图；
图12是本发明连续可变容积压缩比发动机箱体的剖视图；
图中零部件、部位名称及所对应的标记：连杆2、活塞5、蜗杆8、伺服电机9、箱体10、主轴颈固定孔11、圆环轨道体滑槽12、缸体13、压缩比测量器14、进气充量传感器15、缸内压力和燃烧温度传感器16、涡轮增压器17、ECU18、曲轴20、主轴颈21、曲柄22、轴颈23、导向滑动套25、导向滑动套孔26、滚轮27、外轴颈套30、圆形凸台31、圆环轨道体40、环形滑槽41、圆形滑槽42、升降器43、螺旋槽44、涡轮螺旋组45、螺旋凸台46A、螺旋凸台46B、涡轮齿47、主轴颈固定架50、主轴颈孔51、蜗杆固定孔52A、蜗杆固定孔52B、整体固定架53
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
参照图1，本发明的连续可变容积压缩比发动机，包括传感器、箱体10、曲轴20以及一端与安装在轴颈23上的外轴颈套30形成可转动连接的至少一个连杆2和活塞5组成；曲轴20的轴颈23上设置有连续可变容积压缩比机构；可变压缩比机构是通过安装在箱体10内的圆环轨道体40来控制的；箱体10上设置有固定机构，固定机构上设置有连续可变容积压缩比发动机的操控机构，通过操控机构操控圆环轨道体40来控制外轴颈套30在上止点时的位置，从而改变活塞在上止点时位置，最终达到改变压缩比的目的。
参照图2，所述可变容积压缩比机构：通过圆形滑槽42操控外轴颈套30在上止点与下止点时的位置。从而改变活塞5在上止点时的不同压缩高度实现不同的压缩比。
参照图3、图4、图5、图6及图7，所述可变容积压缩比机构包括至少一个外轴颈套30和两个圆环轨道体40组成；外轴颈套30安装在曲柄22和轴颈23上可上下滑动；外轴颈套30两端上的圆形凸台31安装在导向滑动套孔26内，导向滑动套25安装在圆形滑槽42内，主轴颈21在圆环轨道体40上的环形滑槽41内。
参照图1、图7、图8和图9，所述可变容积压缩比操控机构由升降器43和涡轮螺旋组45组成，涡轮螺旋组45上的两个螺旋凸台46A、46B分别安装在对称的两个升降器43上的螺旋槽44内；通过伺服电机9和蜗杆8驱动，涡轮齿47与涡杆8咬合连接，升降器43与圆环轨道体40固定连接。
参照图10、图11及图12.所述可变容积压缩比固定机构由主轴颈固定架50、整体固定架53和箱体10组成。共同固定主轴颈21和涡轮螺旋组45以及蜗杆8。
本发明的连续可变容积压缩比发动机结合上面的工作原理图对本技术方案作进一步说明：
发动机在启动前和低转速时处于高压缩比状态，活塞5在最高上止点位置工作，升降器43和圆环轨道体40处于最高位置。当发动机运转时，根据进气充量的增加，通过进气流量传感器15传递信息给ECU18，通过ECU18处理后传递信息至伺服电机9，使伺服电机9旋转驱动蜗杆8，带动在主轴颈固定架50和整体固定架53上的涡轮齿47在180度内往一个方向旋转。通过涡轮螺旋组45上的螺旋凸台46A和螺旋凸台46B，驱动左右对称的升降器43同步向下移动。由于升降器43与圆环轨道体40固定连接，使圆环轨道体40也同步向下移动。同时，由于外轴颈套30两端的圆形凸台31安装在导向滑动套孔26内，导向滑动套25安装在圆环轨道体40上的圆形滑槽42内，使外轴颈套30也同步向下移动。因为外轴颈套30在圆形滑槽42内做旋转运动，连杆2的一端与外轴颈套30转动连接，连杆2的另一端与活塞5连接，所以活塞5在上止点时，外轴颈套30在上止点和下止点时高度降低。这样就降低了活塞在上止点的压缩高度，从而降低了压缩比。
当发动机在低负荷运转时，通过ECU18对缸内压力和燃烧温度传感器16信息进行处理，通过上述工作原理，适当降低压缩比让低温燃烧技术在全工况下得以实现，使NOX和PM等排放降低。
当发动机在降低进气充量或高负荷运转时，通过ECU18对进气流量传感器15和缸内压力和燃烧温度传感器16的信息进行处理，传递信息至伺服电机9，使伺服电机9旋转驱动蜗杆8，带动在主轴颈固定架50和整体固定架53上的涡轮齿47在180度内往另一个方向旋转。通过涡轮螺旋组45上的螺旋凸台46A和螺旋凸台46B，驱动左右对称的升降器43和圆环轨道体40同步向上移动。使安装在圆形滑槽42内的外轴颈套30在上止点和下止点时高度升高。这样就提高了活塞在上止点的压缩高度，从而提高压缩比。在不产生爆震范围内，尽可能提高压缩比，可达到稀薄燃烧技术提高燃油经济性和动力性。
本可变容积压缩比技术方案可根据进气充量调节压缩比，使各种工况下，燃油都能充分雾化和燃烧，提高各种工况下的动力输出和燃油经济性能。
本发明的连续可变容积压缩比发动机并不受发动机缸数的限制，可用在多缸发动机上，其工作原理同上。