可變連桿式vcr發動機連桿機構的制作方法
【專利摘要】一種可變連桿式VCR發動機連桿機構，所述連桿機構中的連桿采用一由液壓控制伸縮的活塞結構實現，通過調節液壓來調節連桿的長度，從而起到動態改變壓縮比的目的；本發明的有益技術效果是：本發明的有益技術效果是：提供了一種新的壓縮比調節手段，可調節狀態靈活多樣，調節動作響應較快，不需要復雜的機械傳動裝置，結構較為簡單，成本較低。
【專利說明】可變連桿式VCR發動機連桿機構
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種可變壓縮比發動機，尤其涉及一種可變連桿式VCR發動機連桿機構。
【背景技術】
[0002]VCR (Variable Compression Ratio,可變壓縮比)技術的核心是:根據發動機運行工況動態地改變汽缸壓縮比，在低負荷工況時保持較高的壓縮比，以降低燃油消耗和減少尾氣排放；在高負荷工況時，采用較低的壓縮比，以控制“爆燃”和保證發動機的可靠性；VCR技術作為提高燃油經濟性最有潛力的發動機技術，近年來越來越受到業界的關注。
[0003]現有的基于VCR技術的發動機，一般都通過改變連桿行程的方式來調節壓縮比；存在的問題是:用于調節連桿行程的機械裝置結構復雜、部件眾多，由于發動機對于結構穩定性的要求十分高，因此導致這類VCR發動機造價昂貴；由于壓縮比控制機制較為復雜，再加上機械裝置的實時響應性本身就較慢，導致現有的VCR發動機難以應對發動機突變工況條件下的控制需求，控制效果較差，并且由于實際運行中發動機工況變化十分頻繁，機械裝置較易磨損；同時，機械裝置還存在可調狀態有限的問題。
【發明內容】
[0004]針對【背景技術】中的問題，本發明提出了一種可變連桿式VCR發動機連桿機構，其結構為:所述連桿由活塞桿、活塞套、導向套和兩個銷軸組成；活塞套軸向上的一端形成活塞端，另一端形成傳動端；活塞端端面上設置有軸向的液壓活塞腔，兩個銷軸設置于傳動端的外壁上，且兩個銷軸位置對稱、同軸設置；銷軸與活塞套為整體結構；
所述導向套為變截面柱，導向套軸截面呈T形結構，T形結構的豎直段套接在液壓活塞腔內，T形結構的橫向段與活塞端端面連接；導向套中部設置有軸向通孔；導向套下部設置有環形槽，環形槽與導向套下端面連通；
所述活塞桿套接在導向套的軸向通孔內，且活塞桿和導向套之間能相對滑動；活塞桿內端(活塞桿外端與汽缸活塞傳動連接)設置有限位段，限位段直徑大于軸向通孔內徑，導向套下端面對限位段的最大上行行程進行限制(限位段既起限制行程的作用，也是傳遞液壓的部件);
所述活塞套上的實心部分設置有兩條相互獨立的液壓油道，第一液壓油道的一端與第一銷軸的外端面連通，第一液壓油道的另一端與液壓活塞腔的底面連通；第二液壓油道的一端與第二銷軸的外端面連通，第二液壓油道的另一端與液壓活塞腔中部連通，且第二液壓油道與液壓活塞腔的連通處位于環形槽高程范圍內；
本發明的工作原理是:當通過第一液壓油道向液壓活塞腔底面注入高壓油時，限位段下端面在高壓油的液壓作用下將活塞桿向外頂出(此時，限位段上端將其上方的液壓油推送回第二液壓油道內)，使連桿的軸向長度延長，從而使汽缸獲得較高的壓縮比；當通過第二液壓油道向液壓活塞腔中部注入高壓油時，限位段上端面在高壓油的液壓作用下向下推動活塞桿(此時，限位段下端又將下方的液壓油推送回第一液壓油道內)，使連桿的軸向長度縮短，從而使汽缸獲得較低的壓縮比；甚至還可以在第一液壓油道和第二液壓油道內雙向施加液壓，使連桿的軸向長度可保持在其最大長度和最小長度之間的任意長度位置處。
[0005]采用本發明方案后，可通過液壓裝置靈活地調節連桿的軸向長度，拓展了壓縮比的可調范圍，本領域技術人員可據此制定出靈活多變的壓縮比控制策略；同時，由于液壓響應較快，可高效地執行壓縮比調節動作，從而使壓縮比調節可應付發動機突變工況時的控制需要，并且本發明中不需要在發動機內引入結構復雜的機械結構，能大幅降低VCR發動機的制造成本。
[0006]前述方案中的液壓油道，其供壓管路布局可采用如下優選實施方式:所述銷軸外套接有曲軸，套接在兩個銷軸上的兩個曲軸的轉動軸同軸；兩個曲軸上的實心部分各設置有一供油道，兩條供油道分別與兩條液壓油道連通。此優選方案中，由曲軸結構體為液壓油道提供設置空間，不僅合理的利用了發動機中的現成結構，而且還對液壓油道形成了很好的保護，避免了液壓油道暴露在外可能存在結構干涉、影響結構穩定性的問題。
[0007]基于前述的在曲軸上設置液壓管路的方案，本發明還提出了如下的優選實施方式:所述曲軸上用于套接銷軸的槽記為銷軸槽；銷軸槽底面設置有安裝槽一；銷軸外端面上設置有安裝槽二，安裝槽一與安裝槽二連通，安裝槽一和安裝槽二所圍成的空間形成一圓柱形的安裝腔，安裝腔內設置有一液壓導體；液壓導體上設置有中間油道，中間油道連通供油道和液壓油道。由于銷軸和曲軸的尺寸相對較大，如果直接對銷軸和曲軸的接觸部進行密封，必然導致密封結構的尺寸也較大，再加上銷軸和曲軸的接觸部存在相對運動且應力較大，密封結構的結構穩定性較差；采用液壓導體后有如下幾個好處:首先，液壓導體可以將中間油道與銷軸和曲軸交界面隔離開來，相當于在銷軸和曲軸之間設置了一道隔離結構，使中間油道在封閉狀態下通過了銷軸和曲軸的交界面；其次，由于液壓導體的外徑較小，可在液壓導體外側面上設置尺寸較小的密封結構。
[0008]為了進一步提高液壓導體和銷軸之間的密封性，本發明還作了如下改進:所述液壓導體由導液段和安裝段組成，所述導液段為圓柱形，所述安裝段為棱柱形，所述安裝段的最大外徑小于導液段的外徑，導液段和安裝段的交界處形成一臺階面；中間油道設置于導液段范圍內；所述安裝槽一的底部設置有與安裝段匹配的棱柱形孔，導液段套接在棱柱形孔內；安裝段外套接有一碟形彈簧，碟形彈簧一端與安裝槽一的底部接觸，碟形彈簧另一端與臺階面接觸，碟形彈簧處于預壓縮狀態。前述改進的好處有:首先，碟形彈簧能使液壓導體端面抵緊銷軸，提高液壓導體端面處的密封性，其次，導液段套接在棱柱形孔內后，液壓導體能與曲軸同步運動(液壓導體僅與銷軸發生相對運動)，這就縮小了液壓導體表面上存在摩擦的區域范圍，使得液壓導體與曲軸的接觸區域可以采用結構相對穩定(與動密封結構相比)的靜密封結構(即標記9所示的密封圈)。
[0009]本發明的有益技術效果是:提供了一種新的壓縮比調節手段，可調節狀態靈活多樣，調節動作響應較快，不需要復雜的機械傳動裝置，結構較為簡單，成本較低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1、本發明的結構示意圖；
圖2、本發明與曲軸連接后的結構示意圖； 圖3、圖2中圓圈內結構的放大示意圖一；
圖4、圖2中圓圈內結構的放大示意圖二 ；
圖中各個標記所對應的部件分別為:活塞桿1、活塞套2、活塞纟而2-1、傳動纟而2-2、液壓活塞腔2-4、導向套3、環形槽3-1、銷軸4、曲軸5、液壓導體6、中間油道6-1、碟形彈簧7、密封環8 (用于動密封)、密封圈9 (用于靜密封)、油楔槽10、第一液壓油道YD1、第二液壓油道YD2、堵頭DT、供油道GYD、潤滑油道R、襯套CT、安裝槽一 Cl、安裝槽二 C2。
【具體實施方式】
[0011]一種可變連桿式VCR發動機連桿機構，其結構為:所述連桿由活塞桿1、活塞套2、導向套3和兩個銷軸4組成；活塞套2軸向上的一端形成活塞端2-1，另一端形成傳動端2-2 ;活塞端2-1端面上設置有軸向的液壓活塞腔2-4，兩個銷軸4設置于傳動端2-2的外壁上，且兩個銷軸4位置對稱、同軸設置；銷軸4與活塞套2為整體結構；
所述導向套3為變截面柱，導向套3軸截面呈T形結構，T形結構的豎直段套接在液壓活塞腔2-4內，T形結構的橫向段與活塞端2-1端面連接；導向套3中部設置有軸向通孔；導向套3下部設置有環形槽3-1，環形槽3-1與導向套3下端面連通；
所述活塞桿I套接在導向套3的軸向通孔內，且活塞桿I和導向套3之間能相對滑動；活塞桿I內端設置有限位段1-1，限位段1-1直徑大于軸向通孔內徑，導向套3下端面對限位段1-1的最大上行行程進行限制；
所述活塞套2上的實心部分設置有兩條相互獨立的液壓油道，第一液壓油道的一端與第一銷軸4的外端面連通，第一液壓油道的另一端與液壓活塞腔2-4的底面連通；第二液壓油道的一端與第二銷軸4的外端面連通，第二液壓油道的另一端與液壓活塞腔2-4中部連通，且第二液壓油道與液壓活塞腔2-4的連通處位于環形槽3-1高程范圍內。
[0012]進一步地，所述銷軸4外套接有曲軸5，套接在兩個銷軸4上的兩個曲軸5的轉動軸同軸；兩個曲軸5上的實心部分各設置有一供油道，兩條供油道分別與兩條液壓油道連通。
[0013]進一步地，所述曲軸5上用于套接銷軸4的槽記為銷軸槽；銷軸槽底面設置有安裝槽一；銷軸4外端面上設置有安裝槽二，安裝槽一與安裝槽二連通，安裝槽一和安裝槽二所圍成的空間形成一圓柱形的安裝腔，安裝腔內設置有一液壓導體6 ;液壓導體6上設置有中間油道6-1，中間油道6-1連通供油道和液壓油道。
[0014]進一步地，所述液壓導體6由導液段和安裝段組成，所述導液段為圓柱形，所述安裝段為棱柱形，所述安裝段的最大外徑小于導液段的外徑，導液段和安裝段的交界處形成一臺階面；中間油道6-1設置于導液段范圍內；所述安裝槽一的底部設置有與安裝段匹配的棱柱形孔，導液段套接在棱柱形孔內；安裝段外套接有一碟形彈簧，碟形彈簧一端與安裝槽一的底部接觸，碟形彈簧另一端與臺階面接觸，碟形彈簧處于預壓縮狀態。
[0015]有賴于現有技術，為了進一步提高本發明的使用效果，具體應用時，還可在本發明的方案中設置如下的輔助結構:1)為了防止液壓油從導向套3和活塞桿I之間泄漏出去，在導向套3內壁和活塞桿I外壁之間設置了密封結構；2)為了防止液壓油從導向套3和活塞套2之間泄漏出去，在導向套3外壁和活塞套2內壁之間設置了密封結構；3)為了提高限位段1-1上、下端面之間的密封性，在限位段1-1側壁和活塞套2內壁之間設置了密封結構；4)為了提高液壓的作用效率，在第一液壓油道YDl與液壓活塞腔2-4底面的連通處設置了液壓腔，限位段1-1下端面設置有與液壓腔匹配的柱狀凸起；5)用于加工各種內部油道時留下的工藝油道的開口部均用對應的堵頭DT堵塞；6)銷軸4和曲軸5之間設置有襯套CT，曲軸5上與襯套CT對應的位置處設置有供給潤滑油的潤滑油道R ；7)為了降低加工、安裝時對中間油道6-1和供油道GYD對中性的要求，在曲軸5上中間油道6-1和供油道GYD的連通位置處設置了對應的環形腔槽，供油道GYD中的液壓油可通過環形腔槽進入中間油道6-1內；8)為了降低液壓導體6端面和銷軸4之間的摩擦，在安裝槽二 C2底面設置有環形的油楔槽10，液壓導體6和銷軸4相對運動時，就會形成油楔效應，降低部件之間的磨損。
【權利要求】
1.一種可變連桿式VCR發動機連桿機構，其特征在于:所述連桿機構由活塞桿(I)、活塞套(2 )、導向套(3 )和兩個銷軸(4)組成；活塞套(2 )軸向上的一端形成活塞端(2-1)，另一端形成傳動端(2-2);活塞端(2-1)端面上設置有軸向的液壓活塞腔(2-4)，兩個銷軸(4)設置于傳動端(2-2)的外壁上，且兩個銷軸(4)位置對稱、同軸設置；銷軸(4)與活塞套(2)為整體結構； 所述導向套(3)為變截面柱，導向套(3)軸截面呈T形結構，T形結構的豎直段套接在液壓活塞腔(2-4)內，T形結構的橫向段與活塞端(2-1)端面連接；導向套(3)中部設置有軸向通孔；導向套(3)下部設置有環形槽(3-1)，環形槽(3-1)與導向套(3)下端面連通； 所述活塞桿(I)套接在導向套(3)的軸向通孔內，且活塞桿(I)和導向套(3)之間能相對滑動；活塞桿(I)內端設置有限位段(1-1)，限位段(1-1)直徑大于軸向通孔內徑，導向套(3)下端面對限位段(1-1)的最大上行行程進行限制； 所述活塞套(2)上的實心部分設置有兩條相互獨立的液壓油道，第一液壓油道的一端與第一銷軸(4)的外端面連通，第一液壓油道的另一端與液壓活塞腔(2-4)的底面連通；第二液壓油道的一端與第二銷軸(4)的外端面連通，第二液壓油道的另一端與液壓活塞腔(2-4)中部連通，且第二液壓油道與液壓活塞腔(2-4)的連通處位于環形槽(3-1)高程范圍內。
2.根據權利要求1所述的可變連桿式VCR發動機連桿機構，其特征在于:所述銷軸(4)外套接有曲軸(5 )，套接在兩個銷軸(4)上的兩個曲軸(5 )的轉動軸同軸；兩個曲軸(5 )上的實心部分各設置有一供油道，兩條供油道分別與兩條液壓油道連通。
3.根據權利要求2所述的可變連桿式VCR發動機連桿機構，其特征在于:所述曲軸(5)上用于套接銷軸(4)的槽記為銷軸槽；銷軸槽底面設置有安裝槽一；銷軸(4)外端面上設置有安裝槽二，安裝槽一與安裝槽二連通，安裝槽一和安裝槽二所圍成的空間形成一圓柱形的安裝腔，安裝腔內設置有一液壓導體(6);液壓導體(6)上設置有中間油道(6-1)，中間油道(6-1)連通供油道和液壓油道。
4.根據權利要求3所述的可變連桿式VCR發動機連桿機構，其特征在于:所述液壓導體(6)由導液段和安裝段組成，所述導液段為圓柱形，所述安裝段為棱柱形，所述安裝段的最大外徑小于導液段的外徑，導液段和安裝段的交界處形成一臺階面；中間油道(6-1)設置于導液段范圍內；所述安裝槽一的底部設置有與安裝段匹配的棱柱形孔，導液段套接在棱柱形孔內；安裝段外套接有一碟形彈簧，碟形彈簧一端與安裝槽一的底部接觸，碟形彈簧另一端與臺階面接觸，碟形彈簧處于預壓縮狀態。
【文檔編號】F02D15/02GK103670729SQ201310718157
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月24日 優先權日:2013年12月24日
【發明者】李軍, 蘇炎召, 陳實, 隗寒冰, 劉昭, 王藝穎 申請人:重慶交通大學