[发明专利]一种连杆轴颈偏心套可变压缩比装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于车辆中往复活塞式发动机的可变压缩比装置，具体涉及一种连杆轴颈偏心套可变压缩比装置，属于汽车技术领域。

背景技术

众所周知，车辆发动机的燃烧效率直接决定了发动机的输出效率，提高发动机的效率对减少碳排放、减少石油等燃料的消耗具有至关重要的作用。目前在发动机提高燃烧效率方面最大的难题之一是，当发动机处于部分负荷时，随着进入汽缸的空气和燃料的减少，发动机无法达到预定的点火温度而不能正常点火。而随着进入汽缸的空气和燃料的增加，又容易产生所谓的“燃烧爆震”，这将导致发动机的损坏和热效率的急剧下降。解决该问题的办法之一是改变发动机的压缩比。

可变压缩比发动机（VCR Engine）是当今世界上最有发展潜力的发动机技术，为此，近年来全球各公司和研究机构竞相研究并申请有关此方面的专利达数百上千件，以求获得发动机技术上的领先地位。然而许多专利至今仍处在实验室试验阶段，尚未见商品发动机投放市场。能够实现可变压缩比的结构有许多种类型，在发动机的曲轴连杆轴颈上安装偏心轴套是其中的一类技术方案，当偏心轴套绕连杆轴颈旋转一角度时，曲轴曲柄半径将发生改变，因而发动机压缩比也得以改变。

由本申请人提出的中国发明专利申请“一种带自锁结构的可变压缩比装置”（申请号201210379648.5）采用单一驱动器，通过一系列的传动轴和齿轮来改变安装在连杆轴颈上的偏心套相对于连杆轴颈的旋转角度，从而改变曲柄臂的长度，最终达到改变压缩比的目的。

在上述专利申请中，改变发动机压缩比的原理如下（见图1）：

偏心套1内、外圆的偏心距为e，偏心套1绕连杆轴颈2旋转，其相对于连杆轴颈2的转角为则发动机曲柄半径r的增加量为

当偏心套1绕连杆轴颈2旋转到图1a和图1b位置时，发动机曲柄的实际半径为R=r+β,则发动机冲程S₁等于两倍曲柄半径：

当偏心套1绕连杆轴颈2旋转到图1c和图1d位置时，发动机曲柄半径的实际长度为R=r-β,则此时发动机冲程S₂为：

因而发动机的冲程改变量为：

由此可见，发动机压缩比的改变依赖于发动机冲程的改变，而冲程的改变则取决于偏心套1相对于连杆轴颈2的转角

所述在先专利申请201210379648.5的结构见图2。驱动器5内的外轮4和内轮3在液压油作用下，带动传动轴6相对于曲轴前端轴颈7旋转时，安装在传动轴6上的过渡齿轮8驱动偏心套齿轮9，使与偏心套齿轮9固定连接的偏心套1相对于连杆轴颈2旋转，从而改变压缩比。在该技术方案中，传动轴6和过渡齿轮8的中心线与发动机曲轴的中心线10相重合，这就导致了下述一系列问题。

该专利申请提出了针对长冲程发动机的第一方案（见图3）和针对短冲程发动机的第二方案（见图4）。在第一方案中，当发动机采用较小的曲柄半径r值时，一个办法是采取小直径的过渡齿轮8，但当过渡齿轮8的直径减小过多时，则其本身的强度大为减小，同时导致过渡齿轮8与偏心套齿轮9的传动比过大，由于驱动器外轮4相对于驱动器内轮3的旋转角度有限，过大的传动比将使偏心套1相对于连杆轴颈2的旋转角度偏小，从而使冲程改变量Δ减小，导致压缩比可变范围变小，以至无法达到应有的效果；另一个办法就是不过度减小过渡齿轮8的直径，而是减小偏心套齿轮9的直径，但这又将导致连杆轴颈2直径的减小，从而降低连杆轴颈2的强度，即削弱了曲轴的强度。第二方案虽然部分克服了第一方案的缺陷，然而依旧无法彻底解决问题，尤其是传动比过大导致的压缩比可变范围变小的问题。总之，这两种方案中都不可能采取直径过小的过渡齿轮8；此外，由于增加了过渡齿轮8，使曲轴的曲柄臂11的宽度减小（见图2），削弱了曲柄臂11的强度，这与可变压缩比发动机曲轴需要有更高强度的要求背道而驰。

在所述在先专利申请（201210379648.5）中，偏心套1由两个半圆的偏心套对合固接而成（见图3），这种结构存在两点不足：1、对合连接必要的固定螺栓使偏心套1和连杆的体积庞大，结构沉重，导致质量惯性加大，动力负载加重；2、两半圆对合的结构不能保证偏心套1在全圆周上的受力均匀，在连接缝隙出会产生应力集中，甚至导致固定螺栓的断裂。

所述专利申请还提出了偏心套1在连杆轴颈2上应满足的第一自锁条件（见图5）：

e≤E=f₁*r₁+f₂*r₂

其中，e--偏心套1内、外两圆柱表面的偏心距，