[发明专利]一种带自锁结构的可变压缩比装置

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，具体涉及一种带自锁结构的可变压缩比装置，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。

近年来，随着发动机电控技术等一系列技术的完善，车辆用汽油机在全负荷时的有效效率已达到32～35%的较高水平，而在部分负荷条件下（车辆在正常使用条件下大多为部分负荷），其有效效率大约为20～24%的较低水平，这里意味着还有很大的效率提高空间。

根据燃烧原理，精确的空燃比、空气和燃料的充分混合以及合适的点燃温度是高燃烧效率的保证。当今的发动机技术对于喷入汽缸的燃料量和吸入汽缸的空气量均能够进行准确而随心所欲地调整和控制，空气和燃料的充分混合的水平也已渐入佳境。这是发动机全负荷有效效率较高的原因。

目前最大的挑战是，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，又将容易产生所谓的“燃烧爆震”，这是一种可怕的不正常燃烧现象，将导致发动机的损坏和热效率的急剧下降。解决该问题的办法是改变发动机压缩比，使之可适用于各种工况。这也许是当今发动机提高燃烧效率的尚未解决的最大难题之一。

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。然而由于可变压缩比机构的过于复杂而难以精确控制以及可靠性等原因，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，但相应的效率可以得到大比例提升的报道时常可见。

能够实现可变压缩比的结构有许多种类型，例如在活塞销处设置可旋转偏心结构、采用具有可变长度的连杆、气缸体采用可上下移动的悬浮结构、设置可左右移动的曲轴、或者增加一个可变容积的副燃烧室等等，而在曲轴连杆轴颈上安装偏心轴套也是其中的一类方案，当偏心轴套绕连杆轴颈旋转时，曲轴曲柄半径将发生改变，因此发动机压缩比也得以改变。经检索可知，以下已公开的专利技术均属于该类方案。

由Brown等1965年提出的美国专利No.3,180,178，采用安装在连杆轴颈上的偏心块来改变活塞的冲程。发动机润滑油作为液压压力油进入由外壳与安装在偏心块上的叶片型活塞组件所形成的压力腔来驱动偏心块旋转，而对置的压力腔通过管道上的单向阀使流体流入和/或流出，并控制其旋转方向。

由Akkerman在1983年提出的美国专利No.4,406,256，采用一个偏心轴套安装在曲轴连杆轴颈上控制压缩比，通过液压控制插销在不同的位置上锁住偏心轴套与连杆轴颈。

由Schechter等1992年提出的美国专利No.5,165,368，采用液压与机械相结合的机构，通过液压油进入油腔来驱动安装在曲轴连杆轴颈上的控制活塞移动，并驱动安装在连杆轴颈上的偏心轴套绕其中心旋转。

由Klomp等在2002年提出的美国专利No.6,450,136，采用带齿轮和轴套的偏心轴套，齿轮控制轴套在连杆大头孔中的偏心位置，而该位置控制了曲柄半径的大小，进而控制了压缩比，齿轮的控制由控制机构和一系列传动齿轮来完成。

上述现有技术均具有其各自不同的不足，或者结构复杂导致可靠性低，或者受力后产生较大的振动，或者无法检测到活塞冲程的准确位置达到对压缩比的无级精确控制，或者无法做到多缸发动机各缸之间的压缩比同步调整。这就是导致上述技术无法投入大批量应用的原因。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带自锁结构的可变压缩比装置，其在曲轴连杆轴颈上安装偏心轴套总成并通过旋转该总成来改变压缩比。该偏心轴套总成在受到来自于活塞顶部极大的爆发压力而产生对该偏心轴套总成极大的旋转扭矩时，自锁结构能够将该偏心轴套总成锁定于曲轴连杆轴颈上不动，使该扭矩阻断而无法经过传动齿轮继续传递到驱动器，从而减小其对传动系统的破坏，提高其可靠性；而当需要改变压缩比时，驱动器只须提供较小的驱动扭矩，在发动机爆发压力脉冲的曲轴转角之外区域（如上所述，在此曲轴转角区域内偏心轴套总成与连杆轴颈锁定不动），迅速精确调整和控制偏心轴套总成相对于连杆轴颈的角度位置，以改变压缩比。

本发明的另一个目的是改变先前大多数可变压缩比装置结构复杂且须对发动机结构进行较大改变的状况，提供一种只对传统发动机本身的结构进行较小改变，成本低、受力小、结构简单、体积小巧的可变压缩比装置，以适用于现存发动机设计和制造技术及设备。