[发明专利]具有可变压缩比的内燃机

说明书

技术领域

本发明涉及一种能够改变压缩比的内燃机。更特别地，本发明涉及一种 内燃机，该内燃机包括：至少一个气缸，所述气缸内具有两个反向往复式移 动的活塞，所述活塞分别经由活塞杆与对应的臂连接，每一所述臂均具有一 个开口，连接两个臂的主轴可旋转地支撑在该开口内的轴承中，该主轴与每 一开口的中心线呈一夹角；以及用于改变该气缸内的压缩比的装置。这种发 动机已知于例如美国第4,622,927号专利说明书中。

背景技术

内燃机的压缩比通过气缸容积除以当活塞位于上止点时的压缩室容积 而确定出。换言之，压缩比表示空气和燃料的混合物在点燃前被压缩的压缩 量。压缩比在很大程度上决定着发动机输出功率。通常随着燃烧室内压力的 增大，输出功率相应增大，但这种情况不是无限发生的。

在过高的压缩下，尤其在高的转速和满载的情况下，会发生所谓的敲缸。 这是因为混合气过早的自发爆燃，并将造成活塞的损坏。因此需要基于所确 定的压缩比来最大程度地限制敲缸的情况。以下均不考虑转速或负载量。但 特别地，在低转速、低压力的条件下期望获得较高的压缩比，以便得到较高 的输出功率。然而，由于发动机需要在城市中、在乡村道路上以及在高速公 路上高速行驶时均能提供最佳的、可获得的性能结合，因此通常车辆中的内 燃机的压缩比等级是折衷的结果。

目前已针对改变内燃机的压缩比的问题进行了一些研究，以便以这种方 式在任何条件下均能获得良好的性能和最佳的输出功率。

然而，对于常规的汽油发动机而言，这意味着非常复杂的构造。通常， 这种发动机设有多个气缸，所述气缸彼此相邻地排列为直线形、V形、甚至 目前的W形，或者所述气缸彼此相对地设置为盒形。这些气缸中的每一个 气缸的上侧由固定在气缸上的气缸头而封闭，其中活塞在所述气缸内上下移 动，在所述气缸内形成有进气阀和排气阀以及火花塞。活塞封闭气缸的另一 侧，并通过连接杆与用于所有发动机的活塞的共用曲轴的曲轴连接。这种曲 轴将活塞的上下往复运动转换为用于驱动例如车辆的旋转运动。由于这里描 述的结构的原因，传统的内燃机不太适合改变传动比。

最近，用于改变这种传统的内燃机内的压缩比的一个尝试为所谓的SVC 发动机，这种发动机是近期由瑞典的制造商Saab作为样机提出的。这种SVC 发动机包括彼此往复运动的两部分。这两部分中，一方面是气缸头，带有固 定在其上的气缸筒，因此实际上是气缸本体，另一方面是载具(carter)，其 中设置有曲轴和活塞。通过使气缸本体相对于载具摇摆，使得当活塞处于上 止点时，燃烧室的容积改变，从而也使压缩比改变。应当明确的是，这种发 动机的结构较复杂，其运动也难以控制，而且，可能其本身已经需要较大的 容量。考虑这种设计的唯一原因似乎是考虑到希望尽可能地结合现有的发动 机配置。

为了更容易地改变压缩比，需要另一种根本性的内燃机的基础设计。在 上述的美国第4,622,927号专利中提出了这种设计。在该专利中描述了四缸 汽油发动机，其中各气缸相互平行地围绕中心主轴布置，该主轴的功能与传 统发动机的曲轴类似。在每一气缸中具有可沿相反方向运动的两个活塞。这 两个活塞在彼此最靠近的端部位置，即上止点位置共同限定了燃烧室。因此， 在这种结构中无需单独的气缸头来封闭气缸。火花塞在气缸壁上凸入到燃烧 室内，并且在气缸壁上还形成有进气门和排气门。进气门和排气门由可滑动 的气缸筒封闭，各活塞在气缸筒内移动。

每一活塞通过活塞杆与臂连接，该活塞杆支撑在导向件内的轴承中。发 动机的每一侧上的四个活塞的臂均固定到一个盘上，该盘具有一中央开口， 主轴在该开口内可旋转地支撑在轴承中，因此，该盘设置为相对于主轴呈一 角度，以使该盘在主轴旋转期间实现摆动。因此，不同的气缸中的汽油/空气 混合物的连续燃烧使得活塞和活塞杆往复运动，在这种方式下使得该盘摆 动，并利用该摆动使得主轴旋转。这种旋转可被用于例如驱动车辆。

如上所述，这种类型的内燃机能够以相对简单的方式改变压缩比。因此， 摆盘中的一个可沿着主轴移位。当该摆盘相对于其他摆盘移位时，处于上止 点位置的两个活塞之间的空间减小或增大，从而压缩比随之相应地增加或相 应地减小。