專利名稱：活塞式變壓縮比變排量發動機的制作方法
活塞式變壓縮比變排量發動機 所屬領域 本發明涉及，通過改變燃燒室的容積、氣門的正時及升程，使壓縮比及排氣量都發 生變化的活塞式汽油機或柴油機。
背景技術：
傳統的汽油發動機及柴油發動機，其構造的特點而決定了活塞行程和燃燒室的容
積都是不可變化的。因此，它們都存在著難以克服的技術缺陷。其理由如下 — .傳統的汽油機當發動機在大功率輸出時有充足的進氣量，汽缸實際壓縮比
可達到較高值，發動機的熱效率就較高。在中小負荷時進氣量較少，實際壓縮比較低，熱效
率也很低。低壓縮比還影響汽油完全燃燒，必然造成排放污染。尤其是現代汽車的發動機
的功率儲備都很大，卻多數是在中小工況下工作的。由此而浪費的燃油和環境污染很嚴重，
這是傳統汽油機存在的難以克服的固有缺陷。 采用調整發動機曲軸與汽缸蓋之間有效距離的方法，使傳統汽油機燃燒室的容積
大小隨之改變，就達到了變壓縮比的目的。通過調整氣門正時及氣門升程，控制汽缸的充氣
量就達到了變排量的目的，這是對傳統汽油機最具實質意義的改革。其優點是 1.能大幅提高發動機在中小工況下的熱效率，有效地降低油耗、減少污染。
2.發動機適用于任何海拔高度地區，可使用任何標號汽油。尤其適用于帶有渦輪
增壓器的發動機，可彌補渦輪滯后的缺點。 二 .傳統柴油機因為柴油機有較高的固定壓縮比，不論大小工況都必須有足夠 的充氣量才能正常工作，其調整負荷大小是靠改變噴油量的多少來實現的。大負荷時噴油 量大，發動機達到最佳工作狀態。小負荷時噴油量很少，大量多余的空氣也要陪同進行高壓 縮比壓縮，因此而浪費的功耗是不可忽視的。傳統柴油機為了克服很高的壓縮氣體功耗，必 須有較高怠速轉數，要裝配大質量的飛輪維持勻速運轉。因此，增加了發動機的重量、產生 較大震動，增加了油耗和噪聲污染，這是傳統柴油機無法克服的固有缺陷。
采用調整燃燒室的容積大小，及調整氣門正時的正常或滯后，控制進氣量達到變 壓縮比變排量的目的，這是對傳統柴油機最具實質意義的改革。其理由如下當柴油機在中 小負荷時，由可調氣門正時滯后一定角度，同時協同附加的節氣門共同控制，使充入汽缸的 空氣量隨工況按比例減少。同時按比例調小燃燒室容積，使壓縮比始終保持在設定范圍內， 以保證發動機正常工作。其實質是保持固定的工作壓縮比，在變排量模式下工作。這種變 壓縮比、變排量柴油機的優點是 1.小負荷時壓縮氣體功耗小，可以減小飛輪的轉動慣量而降低發動機的重量。
2.減小啟動時的空氣量和噴油量，因而降低了啟動負荷、使冷車啟動較容易。
3.能大幅地減小低轉數時的震動，可以降低怠速的轉數、減少油耗及噪音污染。國 內外相關研究機構， 一致認為變壓縮比發動機技術，能高效地節能減排。已納入重點研究課 題，已有多篇相關的專利技術公布。因所公開的技術中還存在許多缺點，目前還沒有相關的 產品成功地投產運用。其中，已公開的專利《ZL200610135021.X變壓縮比變排量活塞式發動機》。該專利中還存在4點不足之處1.螺旋絲杠的位置設置不合理，不符合緊湊有效的 設計原則。改進方案是采用將螺旋絲杠平行對稱地設置在汽缸的兩側，可最大限度地減小 發動機的長度。 2.汽缸體與曲軸箱之間靠螺旋絲杠聯結，使螺旋絲杠承受較大的軸向力和側向 力，影響了機件的使用壽命。改進方案是采用在汽缸體與曲軸箱之間，增設僅可上下滑動 的鍵槽結構，使之承受側向力。螺旋絲杠只承受軸向力，這樣可增加發動機的整體強度和使 用壽命。還可由其傳導熱量，用以減小上下機件間的溫差變形。 3.所設的絲扛及蝸輪等構件，設置在汽缸體與曲軸箱之間，增加了發動機高度。改 進的方案是利用汽缸體下部至曲軸箱頂面的空間，設置絲杠與蝸輪等機件。同時，在汽缸 體下平面的每個汽缸套處，增設環繞汽缸套的凸臺結構。使凸臺插入到曲軸箱上與之對應 的圓孔內，形成可上下滑動的鍵槽結構。這樣結構可以承受由活塞產生的側向力，可增加汽 缸體與曲軸箱的連接強度，而且能使螺旋絲杠只承受垂直的軸向力，因此能提高發動機的 使用壽命。也可以在汽缸體與曲軸箱之間的平面上，另行設置可上下滑動的鍵槽結構。經 改進后的新型發動機，與傳統發動機的高度及長度相近，局部寬度有所增加，但是仍可順利 替換同機型的傳統發動機。 4.封閉汽缸體與曲軸箱之間縫隙的不銹鋼波紋套筒，改進為采用焊接到上下機體 上，可增加密封的可靠性。
發明內容
針對上述專利技術中存在的缺點和不足，本發明提供一種《活塞式變壓縮比變排 量發動機》。其工作原理是在傳統活塞式發動機的基礎上，保留傳統柴油機及汽油機的工 作原理。大部分利用原有機件，重點對汽缸體及曲軸箱做徹底改革。采用調整缸蓋與曲軸 之間距離的方法，改變燃燒室容積，以達到改變壓縮比的目的。采用調整氣門正時及升程的 方法，協同節氣門控制汽缸充氣量，達到變排量的目的。 具體方法如下將汽缸體1與曲軸箱5截然分開，成為上下兩個獨立的構件。其間 留一個可調整的水平縫隙。在上下相鄰的兩個端面之間、汽缸的兩側，對稱設置3-4對可調 整縫隙大小的螺旋絲杠2。螺旋絲杠2的上端旋進汽缸體1內，下端軸向定位、固定在曲軸 箱5的頂部旋轉。當統一轉動螺旋絲杠2時，汽缸體與曲軸箱之間的縫隙的大小即發生改 變，因而可改變燃燒室的容積，達到改變壓縮比的目的。 為了使每只汽缸兩側的螺旋絲杠2同步轉動，在每只絲扛的中部固定一個蝸輪4。 多個蝸輪4均與曲軸箱內的兩只縱向蝸桿7嚙合，統一傳動。兩只縱向蝸桿7的兩端固定 在曲軸箱內的軸承座內，其中一端的軸頸經軸封引出到曲軸箱外。兩只縱向蝸桿7的軸頸 上均安裝著大傘形齒輪8，與之嚙合的兩只小傘形齒輪9，安裝在同一只橫向設置的變壓縮 比控制軸IO上，橫軸IO連接到控制電機11上。為了減小發動機長度，也可以在兩只縱軸 的軸頸上安裝兩只鏈輪，改用鏈傳動到控制電機上。 當汽車電腦，根據發動機的轉速及扭矩而測得當前功率值時，即可確定對應的排 量及對應的壓縮比，輸出調控信號控制電機轉動，此為自動調整。還可以根據汽車行駛情 況，靈活地采用手動調控壓縮比。兩種調控模式，都是在發動機連續工作中完成的。正常情 況下，發動機減小功率時汽缸壓力減小，燃燒室減小，螺旋絲杠雖處于收緊狀態，但受力不大。而在加大功率時燃燒室加大，螺旋絲杠趨于放松狀態，螺旋絲杠受力仍然不大。因此， 控制電機可在發動機運行中隨機動作。缸體與曲軸箱之間可調縫隙，可按1/10活塞行程長 度內確定。因為汽缸體是整體構造，缸體的剛度及強度都很大，因此不必要在每只汽缸的兩 側都設置絲杠。可根據發動機的工作級別，設置螺旋絲杠的位置和數量。對于常用的輕量 級的四缸汽油發動機，可采用四只或六只螺旋絲杠，分別設置在汽缸體的四角及中間。柴油 機工作強度大，需要依設計而確定絲杠的設置數量及位置。對于V形多缸發動機，螺旋絲杠 仍可對稱設置在曲軸箱的上部、汽缸組的兩側。 本發明活塞式變壓縮比變排量發動機，在進行壓縮比調整時，氣門凸輪軸與曲軸 的軸心距離也隨之變化。利用其間位移變化，可通過相關的聯動機構，控制氣門相位對應調 整。因此，當發動機大負荷工作時燃燒室容積最大，進氣門提前開啟。當發動機在小負荷時 燃燒室容積縮小，進氣門滯后打開。再配合節氣門的作用，使汽缸充氣量按比例減少，因而 達到變排量的目的。汽缸體的升降位移，還可帶動相關的聯動機構，消除因凸輪軸與曲軸之 間的位移，而產生的正時鏈的張馳變化。同樣，還可由此上下的位移，聯動到氣門升程組件 對凸輪軸的軸承座進行高低微調，以滿足發動機在不同功率時對氣門升程的要求。
通過聯動機構控制氣門正時及升程的變化，能使發動機不論大小功率，始終能以 最佳的工作狀態工作。使本發明的新型發動機，具備了"可變氣門正時、可變氣門升程、可變 壓縮比、可變排量"的高性能發動機。這是對傳統活塞式發動機的最具實際意義、最徹底的 改革。尤其當今世界能源危機，迫使人們千方百計地研發環保節能型發動機。本發明的新 型發動機，原理簡單，是在成熟的發動機制造技術的基礎上進行研發的，而且還能大部分地 利用傳統發動機的機件。因此，新型發動機的研發費用不高，制造容易發動機的造價不高。 并且，在盡量不改變原車發動機倉的情況下替換傳統發動機，有利于迅速地推廣應用本項 節能減排效果顯著的新技術，也必然會產生極大的經濟效益和社會效益。
下面通過具體的實施例方式，并結合附圖對本發明做進一步詳細描述。 圖1所示為活塞式變壓縮比變排量發動機的結構示意圖。 圖2是螺旋絲杠平面設置示意圖 圖3是正時鏈傳動及聯動機構示意圖
其中l-汽缸體
4_絲扛蝸輪
2-螺旋絲杠 5_曲軸箱
3-絲杠蝸輪壓蓋 6-不銹鋼波紋套
機構
7-縱向蝸桿 10-小傘齒輪軸 13-排氣凸輪鏈輪
8-縱向蝸桿大傘齒輪
11-壓縮比控制電機
14-氣門正時鏈
9-小傘齒輪
12-進氣凸輪鏈輪
15-氣門正時聯動
16-氣門正時調整導輪組 17-曲軸正時鏈輪 如附圖3所示當汽缸體1與曲軸箱5之間的距離增大時，由汽缸體1帶動聯動機 構15，使正時調整導輪組16繞軸心A點順時針轉動一個角度。使左側導輪向內縮進右側導 輪向外突出，右側的正時鏈張緊，拉動氣門凸輪鏈輪順時針轉動一個提前角度。如上，反之就滯后一個角度。提前或滯后角度的大小由A點的位置控制，也可通過水平微調A點的位 置，附加調節氣門正時。
具體實施例方式
將絲杠蝸輪4固定到螺旋絲杠2的下端，再將絲杠蝸輪壓蓋3套到螺旋絲杠2上。 將絲杠蝸輪壓蓋3連同絲杠及蝸輪，旋進曲軸箱5的上面的蝸輪壓蓋孔內緊固。將縱向蝸 桿7安裝到曲軸箱內的軸承座上，使之與所有絲杠蝸輪相嚙合。將縱向蝸桿大傘齒輪8安 裝到兩只縱向蝸桿7的軸頸上，再將帶有兩只小傘齒輪9的小傘齒輪軸10，安裝到曲軸箱 外面的軸承座上，與壓縮比控制電機11連接。將汽缸體1置于曲軸箱5的上方，轉動壓縮 比控制電機11使螺旋絲扛2同時轉動，使絲杠2旋進汽缸體1的絲杠孔內。同時汽缸套連 帶的凸臺結構，也插入曲軸箱上平面的孔中。繼續轉動絲杠2，使汽缸體1的下平面與曲軸 箱5的上平面之間，留一可上下調整的縫隙，縫隙的寬度可按汽缸行程的1/10設置。將不 銹鋼波紋套筒6的上端焊接到汽缸體1上，下端焊接到曲軸箱5上。
權利要求
活塞式變壓縮比變排量發動機，是由汽缸體、曲軸箱、汽缸、活塞、連桿、氣門及燃油噴射點火系統等零件構成的，汽缸體(1)與曲軸箱(5)分為上下相鄰的獨立構件，設在汽缸兩側的螺旋絲杠(2)，上端旋進汽缸體(1)內，下端軸向固定在汽缸體(5)內，絲杠蝸輪(4)固定在絲杠(2)上與縱向蝸桿(7)嚙合，縱向蝸桿大傘齒輪(8)固定在縱向蝸桿(7)的軸頸上，與小傘齒輪軸(10)上的兩個小傘齒輪(9)相嚙合，壓縮比控制電機(11)連接在小傘齒輪軸(10)上，其特征在于汽缸體(1)的下平面，設有圍繞每個汽缸套向下凸出的管狀結構，將管狀結構插入到曲軸箱(5)上平面所對應的園孔內。
2. 根據權利要求l所述的活塞式變壓縮比變排量發動機，其特征在于汽缸體(1)與曲 軸箱(5)之間設置有氣門正時聯動機構(15)，及氣門正時調整導輪組(16)。
3. 根據權利要求2所述的氣門正時聯動機構(15)，其特征在于支點A能水平移動。
4. 根據權利要求1所述的活塞式變壓縮比變排量發動機，其特征在于用六只螺旋絲杠 (2)分別對稱地設置在汽缸體前后及中間的兩側。
5. 不銹鋼波紋套筒(6)的上端焊接在汽缸體(1)上，下端焊接在曲軸箱(5)上。
全文摘要
活塞式變壓縮比變排量發動機，它是在傳統的活塞式發動機的基礎上，將曲軸箱與汽缸體分為上下兩個獨立部件。轉動設在缸體與曲軸箱之間的螺旋絲杠，使燃燒室的容積隨之改變，使壓縮比可隨發動機功率的大小而變化。它彌補了汽油機小功率時工作壓縮比小，熱效率低的缺點。通過控制柴油機汽缸的充氣量，及調整燃燒室的方法，使之具備變排量、恒壓縮比的目的。能有效地改善柴油機啟動困難，震動大噪音大，怠速高油耗高污染大的缺點。本發明是對傳統發動機最實質最徹底的改革，其蘊含著極大的社會效益與經濟效益。
文檔編號F02D15/00GK101749122SQ20081022995
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月19日 優先權日2008年12月19日
發明者么烈 申請人:么烈