[发明专利]压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法

说明书

本发明公开了压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法，曲轴系统的曲拐主要由中空结构的曲柄臂和连杆轴颈构成，连杆轴颈内相对曲柄臂活动设置，曲柄臂内以可转动方式安装有旋转轮，旋转轮能够在电力、液压或机械结构驱动下转动，连杆轴颈能够在旋转轮的带动下沿曲轴的径向移动，从而改变曲拐的有效工作长度，内燃机主要采用了上述的曲轴系统，同时配置液压油箱和与液压油路相通的泵油管线和回油管线，以及转换阀门，使用时主要通过中央控制器进行阀门切换，从而改变高压油的进出方向，即调整旋转轮的转动方向，达到调整曲拐工作长度的目的。能够满足内燃机压缩比调节需求，可操作性良好，且稳定可靠，有利于延长内燃机的使用寿命。

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，具体涉及一种压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法。

背景技术

内燃机的压缩比是活塞在下止点时气缸内容积与活塞在上止点时气缸内容积的比值，其对内燃机的功率输出和热效率有重要作用。根据内燃机工作原理，内燃机在小负荷时需要高压缩比以提升内燃机的工作效率，而在大负荷时需要小压缩比以避免所谓的内燃机“爆震”，提升功率输出。一般的火花塞点火式内燃机由于曲轴位置固定，曲轴曲拐长度不变，连杆长度不变，所以活塞在上止点和下止点位置不变，内燃机压缩比固定不变，这种固定压缩比是兼顾大负荷和小负荷两种情况是折中选择。因此，这种固定压缩比内燃机在小负荷时热效率大打折扣，而大负荷时功率输出受到“爆震”的限制。

当可以变化地调整内燃机压缩比时，小负荷区域可以增加压缩比以改善内燃机的热效率，大负荷区域可减小压缩比以提升内燃机的功率输出。许多已公开的专利也实现了内燃机的压缩比可变，主要有采用偏心轮改变曲轴主轴承位置，通过偏心轮改变连杆轴承位置，通过偏心轮改变活塞销中心位置等方式来改变曲轴主轴心与活塞顶面的距离，但这些结构大多会造成曲轴主轴、连杆轴或活塞销的偏心，进而导致内燃机工作稳定性差，寿命较短或异响较大等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种压缩比可变的内燃机曲轴系统、内燃机及其控制方法，以更稳定方式实现内燃机压缩比的调整，提高工作稳定性和可靠性，同时延长使用寿命等。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种压缩比可变的内燃机曲轴系统，包括曲轴本体和沿曲轴本体轴向分布，用于支撑曲轴本体的主轴承座，曲轴本体在相邻两个主轴承座之间形成有曲拐，所述曲拐包括连杆轴颈和分别连接在连杆轴颈两端的两个曲柄臂，其特征在于：所述连杆轴颈能够相对于曲柄臂沿曲轴本体径向滑动，所述曲柄臂内部以可转动方式安装有旋转轮，所述旋转轮能够在电力、液压或机械结构的驱动下以曲轴本体轴线为中心转动，并驱动连杆轴颈滑动，以靠近或远离曲轴本体。

采用以上方案，曲轴工作过程中，主要通过外力驱动旋转轮转动，并将其旋转运动转换成连杆轴颈的直线移动，依靠旋转轮结构，调整连杆轴颈移动距离，改变连杆轴颈在曲轴径向方向的位置，即改变曲拐的有效长度，达到调整内燃机压缩比的目的，不会产生曲轴主轴、连杆轴或活塞销的偏心，减少内燃机活塞、曲柄连杆机构的偏磨，提高内燃机压缩比调节可靠性和延长整体寿命等。

作为优选：所述曲柄臂外侧具有主轴颈，所述旋转轮与主轴颈同轴设置，所述旋转轮正面具有弧形凹槽A，所述弧形凹槽A的圆心与旋转轮的圆心之间具有偏距；

所述连杆轴颈的两端具有向外延伸的插入部，插入部端部具有沿径向设置的连接部，所述连接部端部具有与弧形凹槽A滑动配合的柱状凸起A，所述曲柄臂上具有供插入部伸入的过孔，所述过孔限定连杆轴颈的移动行程。采用以上方案，连杆轴颈的滑动主要由旋转轮的弧形凹槽A进行导向驱动，同时过孔对连杆轴颈进行二次限位，有利于提高连杆轴颈滑动稳定性。

作为优选：所述曲柄臂内具有用于安装所述旋转轮的沉槽，所述沉槽呈台阶状，所述旋转轮与对应沉槽合围形成密封腔室；