發動機壓縮比連續可變的調節方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種發動機壓縮比連續可變的調節方法及裝置，包括以下步驟：一個可調容積的油缸與兩個相互聯動的具有確定流量差的油缸的油路并聯形成閉合油路系統；調節流入可調容積油缸的油液容積，控制兩個相互聯動的油缸中的油液容積，實現對發動機壓縮比連續可變的調節。本發明能調節發動機壓縮比連續可變，從而改善發動機的動力性和減排性。
【專利說明】
發動機壓縮比連續可變的調節方法及裝置
技術領域
[0001]本發明屬于發動機技術領域，具體來說涉及一種發動機壓縮比連續可變的調節方法，同時還涉及該發動機壓縮比連續可變的調節裝置。
[0002]
【背景技術】
[0003]發動機采用可變壓縮比(縮寫為VCR)，是改善發動機性能、提高燃油經濟性和減少有害物質排放的重要技術手段。發動機采用均質稀薄壓燃(縮寫為HCCI)，具有熱效率高、有害物質排放低等明顯優勢。燃燒時刻的控制技術是阻礙HCCI發動機應用的主要技術難點之一，壓縮比的連續可變是HCCI發動機燃燒時刻控制的一種有效方式。在現有多種實現VCR的技術中，通過液壓驅動控制的連桿長度可變方法是實現VCR的重要方法之一，有代表性并已實現裝機試驗的有FEV有限責任公司的連桿長度可變的VCR技術，但其只能實現設定的最大和最小兩種壓縮比轉變。目前，通過連桿長度可變方法實現發動機壓縮比連續可調的方法，如中國專利公開號CN104937238A于2015年09月23日，公開了發明名稱為“可變壓縮比活塞系統”，該系統的油路鎖定方式，也即是壓縮比的保持方式不夠可靠，這是因為，當發動機調節到所需壓縮比后，其液壓油路需在發動機的外部由控制閥斷開并鎖定，其油路必然要通過發動機曲軸與連桿內部油缸的油路聯通，而在曲軸上的連桿軸承和主軸軸承兩處，由于發動機工作條件的要求需留有適當的間隙，該兩處的泄漏不可避免，且泄漏量遠大于液壓系統中其它各處的泄漏量，并隨壓力升高而增大，即便每個循環的泄漏量不多，若干循環泄漏的累積足以使已調節并鎖定的壓縮比發生顯著變化，不能保證長時間穩定正常工作。
[0004]
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服上述缺點而提供的一種能調節發動機壓縮比連續可變，從而改善發動機的動力性和減排性的發動機壓縮比連續可變的調節方法。
[0006]本發明的另一目的在于提供該發動機壓縮比連續可變的調節裝置。
[0007]本發明目的及解決其主要技術問題是采用以下技術方案來實現的:
本發明的發動機壓縮比連續可變的調節方法，包括以下步驟:
(1)一個可調容積的油缸與兩個相互聯動的具有確定流量差的油缸的油路并聯形成閉合油路系統；
(2)調節流入可調容積油缸的油液容積，控制兩個相互聯動的油缸中的油液容積，實現對發動機壓縮比連續可變的調節。
[0008]本發明的一種發動機壓縮比連續可變的調節裝置，包括發動機活塞、活塞銷、偏心擺動支架、發動機連桿，發動機活塞通過活塞銷與偏心擺動支架的偏心孔連接，偏心擺動支架與發動機連桿小端孔連接并可以繞發動機連桿小端孔中心擺動，偏心擺動支架的左側通過左連桿與左油缸中的左活塞連接，左活塞與左油缸缸底之間設有彈簧，偏心擺動支架的右側通過右連桿與右油缸中的右活塞連接，在發動機外部設置有容積調節器油缸，其中:設置在發動機連桿內部的左油缸和右油缸與設置在發動機外部的容積調節器油缸的油路并聯;在左油缸的油路中設置有左截止閥，在右油缸的油路中設置有右截止閥；在容積調節器油缸的油路中設置有容積調節器油路截止閥;在容積調節器油缸中的容積調節器柱塞的后端與容積調節器油缸的底座之間設置有容積調節器彈簧，限位桿另一端固定在限位驅動裝置上。
[0009]上述的發動機壓縮比連續可變的調節裝置，其中:在發動機外部設置有低壓油源，通過單向閥與液壓油路連接。
[0010]上述的發動機壓縮比連續可變的調節裝置，其中:在發動機外部設置高壓油源，高壓油源與液壓油路之間設有電磁閥。
[0011]上述的發動機壓縮比連續可變的調節裝置，其中:在連桿內設置有左油缸補油儲能器，通過左單向閥與左油缸連接，并通過高壓單向閥與液壓油路連接。
[0012]上述的發動機壓縮比連續可變的調節裝置，其中:在連桿內設置有右油缸補油儲能器，通過油路與右油缸接通。
[0013]上述的發動機壓縮比連續可變的調節裝置，其中:在連桿內設置有位置截止閥，通過右單向閥與右油缸油路連接，觸動塊固定在右連桿上。
[0014]本發明同現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本發明的采用液壓容積調節方法，由于在一個閉合的液壓系統中油液的體積等于所有液壓元器件容積的總和，油液在此閉合的液壓系統中的流動只改變相關液壓元器件內油液容積的分配，因此，通過限位驅動裝置調節容積調節器柱塞從零位到限位桿之間的行程，控制允許流入容積調節器油缸的油液容積，也即是控制了從發動機連桿內流出的油液容積，就可以控制油液在兩個相互聯動的具有確定流量差的左油缸和右油缸中的容積，從而控制左活塞和右活塞的位置，實現對偏心擺動支架旋轉位置的控制，進而控制連桿的有效長度，達到對壓縮比的連續可變調節及控制的目的，使發動機能獲得合適的壓縮比，提高燃燒效率，降低有害物質排放，改善發動機性能，極大提高和改善了發動機的動力性、經濟性和排放性;采用液壓容積調節方法，可以預先設定調節參數，調節過程在發動機一個運動循環內自動完成，調節量準確，可靠；調節過程中，油液主要在連桿內部流動，僅有少量控制用的油液需在連桿與發動機外部的容積調節器油缸之間流動，使得曲軸、連桿內的流道無需太大，減少流道對零件的削弱；調節完成后，利用油壓在發動機連桿內部進行狀態的鎖定，涉及的油路及液壓元件少，響應及時，泄漏少，工作可靠;調節控制裝置，結構簡單，集成性好，方便與現有發動機結構結合，經濟性好。對于發動機采用HCCI燃燒模式，可以通過壓縮比的適時調節，并結合EGR等技術，使發動機氣缸內氣體在壓縮過程中獲得合適的溫度，從而控制HCCI發動機的自燃著火時刻；而當發動機需要以傳統的燃燒模式工作時，可以將發動機調節至傳統的燃燒模式所需的壓縮比并鎖定，就可以實現向發動機傳統的燃燒模式的轉換。本發明采用容積調節，壓縮比的調節、控制精確，且在發動機一個工作循環即可完成壓縮比調節，這對于不同燃燒模式的轉換尤為適應，適用于HCCI發動機著火時刻控制和燃燒模式轉換控制。
[0015]【附圖說明】
[0016]圖1為實施例1裝置處于調節工況時的結構示意圖；
圖2為實施例1裝置處于鎖止運轉工況時的結構示意圖；
圖3為實施例2裝置處于調節工況時連桿內油路的示意圖；
圖4為實施例2裝置處于鎖止于非最小壓縮比工況運轉時連桿內油路的示意圖；
圖5為實施例2裝置鎖止于最小壓縮比工況運轉時連桿內油路的示意圖；
圖中標記:
1、發動機活塞;2、連桿小端孔;3、活塞銷;4、偏心擺動支架;5、發動機連桿;6、左連桿；
7、左活塞;8、彈簧；9、左油缸；10、左截止閥；11、右連桿；12、右活塞；13、右油缸；14、右截止閥；15、連桿大端孔；16、液壓油路；17、單向閥；18、低壓油源；19、高壓油源;20、電磁閥；21、容積調節器油路截止閥；22、容積調節器油缸；23、容積調節器柱塞；24、容積調節器彈簧;25、限位桿;26、限位驅動裝置；27、左單向閥；28、左油缸補油儲能器;29、高壓單向閥；30、右單向閥；31、右油缸補油儲能器;32、位置截止閥；33、觸動塊。
[0017]
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的發動機壓縮比連續可變的調節方法及裝置【具體實施方式】、結構、特征及其功效，詳細說明如后。
[0019]實施例1:
參見圖1_:2，本發明的一種發動機壓縮比連續可變的調節裝置，包括發動機活塞1、活塞銷3、偏心擺動支架4、發動機連桿5，發動機活塞I通過活塞銷3與偏心擺動支架4的偏心孔連接，偏心擺動支架4與發動機連桿小端孔2連接并可以繞發動機連桿小端孔2中心擺動，偏心擺動支架4的左側通過左連桿6與左油缸9中的左活塞7連接，左活塞7與左油缸9缸底之間設有彈簧8(也可以在左活塞7、左連桿6、偏心擺動支架4、右連桿11、右活塞12所組成的聯動機構中的其他部位設置彈簧等效替代該彈簧8的作用)，偏心擺動支架4的右側通過右連桿11與右油缸13中的右活塞12連接，在發動機外部設置有容積調節器油缸22，其中:設置在發動機連桿5內部的左油缸9和右油缸13與設置在發動機外部的容積調節器油缸22通過液壓油路16并聯;左活塞7和右活塞12通過左連桿6和右連桿11及偏心擺動支架4形成聯動，且左油缸9的油液流量始終大于右油缸13的油液流量;在左油缸9的油路中設置有由壓力控制的用于接通或斷開左油缸9油路的左截止閥10，在右油缸13的油路中設置有由壓力控制的用于接通或斷開右油缸13油路的右截止閥14;在容積調節器油缸22的油路中設置有由壓力控制的用于接通或斷開容積調節器油缸22油路的容積調節器油路截止閥21;在容積調節器油缸22中的容積調節器柱塞23的后端與容積調節器油缸22的底座之間設置有容積調節器彈簧24(彈簧24也可以用液壓裝置、氣壓裝置、電磁裝置或組合裝置等方法等效替代)，限位桿25另一端固定在限位驅動裝置26上，容積調節器柱塞23可以在容積調節器彈簧24和油壓共同作用下在容積調節器油缸22中的零位到限位桿25之間運動。
[0020]在發動機外部設置有向液壓系統補油的低壓油源18，通過單向閥17與液壓油路16連接，低壓油源18的油壓低于克服容積調節器彈簧24預緊力而驅動容積調節器柱塞23向限位桿25方向運動所需的油壓。
[0021]在發動機外部設置有高壓油源19，高壓油源19與液壓油路16之間設有電磁閥20，電磁閥20控制其與液壓油路16聯通或斷開；高壓油源19的油壓高于左截止閥10、右截止閥14和容積調節器油路截止閥21設定的斷開油路所需的油壓；
工作過程如下:
當需要對發動機的某一氣缸進行壓縮比調節時，預先根據工作所需參數，調節限位驅動裝置26，使限位桿25到達所需位置，當發動機的該氣缸運轉至做功階段時，利用電磁閥20斷開高壓油源19的油路，使液壓油路16中的油壓處于低壓狀態，容積調節器油缸22的油路中設置的由壓力控制的容積調節器油路截止閥21處于接通狀態，右油缸13的油路中設置的由壓力控制的右截止閥14處于接通狀態，而此時由于發動機活塞I表面高壓氣體的作用，使左油缸9內油壓仍然處于高壓狀態，左油缸9的油路中設置的由壓力控制的左截止閥10在左油缸9內高油壓作用下仍然處于關閉狀態，發動機該循環的工作仍然能正常進行，隨著該發動機氣缸運行至排氣階段，活塞I表面的氣壓逐漸降低，左油缸9內的油壓也逐漸降低，當發動機運轉至該氣缸的排氣后期和進氣前期階段時，左油缸9的油壓將低于左截止閥10設定的壓力，左截止閥10將接通，此時系統處于圖1所示狀態，同時該階段發動機活塞1、活塞銷3等可以相對于發動機連桿5運動的零件的慣性力將指向圖1所示的向上方向，在該慣性力、彈簧8的作用力和油壓對左活塞7及右活塞12的共同作用下，活塞銷3的中心向圖1中向上方向運動，帶動偏心擺動支架4順時針旋轉，并通過左連桿6帶動左活塞7在左油缸9中向上方向運動，左油缸9內的容積將逐漸增大，同時通過右連桿11帶動右活塞12在右油缸13中向下方向運動，右油缸13內的容積將逐漸減小，此階段由于右油缸13流出的油液流量小于左油缸9流入的流量，右油缸13流出的油液將就近全部流入左油缸9，此時系統內部油壓降低，低壓油源18推開單向閥17向液壓系統補油，直至右活塞12的下端面與右油缸13端面接觸后停止，同時左活塞7達到其最高位置并停止，低壓油源18停止補油，單向閥17關閉，液壓油路形成一個閉合系統，此時液壓系統內容積達到最大，且每次壓縮比調節時都將達到此相同的最大容積條件，也即是每次壓縮比調節都將從該相同的條件開始后續階段的調節過程；當發動機的該氣缸繼續運轉至進氣后期和壓縮前期階段時，發動機活塞1、活塞銷3等可以相對于發動機連桿5運動的零件的慣性力將改變方向指向圖1所示的向下方向，在該慣性力、彈簧8的作用力和作用于活塞I表面氣體壓力等的共同作用下，活塞銷3的中心將向圖1所示的向下方向運動，帶動偏心擺動支架4逆時針旋轉，并通過左連桿6帶動左活塞7在左油缸9中向下方向運動，左油缸9內的容積將逐漸減小，同時通過右連桿11帶動右活塞12在右油缸13中向上方向運動，右油缸13內的容積將逐漸增大，此階段由于從左油缸9流出的流量大于右油缸13流入的流量，左油缸9流出的油液只能部分流入右油缸13，將迫使液壓系統油壓升高，當油壓升高至能克服容積調節器彈簧24的預緊力后將推動容積調節器柱塞23向限位桿25方向運動，由于該階段液壓油路16已成為一個閉合系統，左油缸9流出的大于右油缸13流入的這部分油液只能沿液壓油路16流入容積調節器油缸22，直至容積調節器柱塞23與限位桿25接觸后停止，左活塞7和右活塞12的運動也同時停止。從上述調節過程可見，只要按壓縮比要求適當調節限位桿25的位置，就可以控制容積調節器柱塞23的行程，也即是控制了該次調節過程中流入容積調節器油缸22的油液容積，由于在一個閉合的液壓系統中油液的體積等于所有液壓元器件容積的總和，油液在此閉合的液壓系統中的流動只改變相關液壓元器件內油液容積的分配，故容積調節器柱塞23的位置的確定，使容積調節器油缸22內油液的容積也隨之確定，兩個相互聯動的具有確定流量差的左油缸9和右油缸13內的油液容積也被確定，相應的左活塞7和右活塞12的停止位置也被確定，偏心擺動支架4的位置也被確定，活塞銷3與連桿大端孔15之間的距離也被確定，如此就達到了調節發動機連桿5的有效長度的目的，最終實現發動機壓縮比的調節;此后隨著氣缸內氣體壓縮過程的繼續，作用于活塞I表面氣體壓力的繼續升高，左活塞7將繼續下壓，液壓系統壓力將迅速升高，當油壓達到左截止閥10設定的壓力后，左截止閥10將關閉，并在之后發動機氣缸繼續壓縮及燃燒、做功過程中在活塞I表面高壓氣體作用下保持左截止閥10的關閉狀態;在發動機的該同一循環的燃燒、做功階段中，通過電磁閥20使高壓油源19與液壓油路16接通，由于此階段活塞I表面仍然受到氣缸內高壓氣體作用，使左油缸9內油壓遠高于高壓油源19的油壓，左截止閥10將在內部高油壓作用下保持關閉狀態，不會因高壓油源19的接通而改變，在高壓油源19作用下，左油缸9的油路中設置的由壓力控制的左截止閥10和右油缸13的油路中設置的由壓力控制的右截止閥14都將關閉并在此后的運彳丁中保持關閉狀態，左活塞7和右活塞12的位置都將被鎖定，調節過程完成并轉入鎖定運轉狀態，同時容積調節器油缸22的油路中設置的由壓力控制的容積調節器油路截止閥21將斷開容積調節器油缸22的油路，并使容積調節器油缸22與油箱連通泄壓，進入下一次的壓縮比調節準備狀態，此時系統處于圖2所示狀態。
[0022]對于多缸發動機，只需按發動機氣缸工作順序依次按上述方法對各缸進行調節及鎖定即可完成整臺發動機的壓縮比調節及鎖定。
[0023]發動機HCCI和傳統燃燒模式轉換控制:當發動機需采用HCCI模式工作時，在一定的發動機溫度、進氣溫度、燃油燃點等條件下，通過改變壓縮比就可顯著改變壓縮過程中氣缸內被壓縮氣體的溫度，只需按上述調節方法將壓縮比調節至合適參數，并結合EGR、噴油控制等技術，就可以使發動機氣缸內氣體在壓縮過程中獲得合適的溫度，從而控制HCCI發動機的自燃著火時刻；當發動機需轉入傳統燃燒模式時，只需按上述調節方法將壓縮比調節至所需參數并鎖定，且按傳統的燃燒模式進行噴油、配氣、點火等控制，即可實現向傳統燃燒模式的轉換，上述工況轉換的調節及鎖定都是在發動機一個循環內完成，對發動機燃燒模式的轉換至關重要。
[0024]
實施例2:
一種發動機壓縮比連續可變的調節裝置，在實施例1的基礎上，參見圖3，在發動機連桿5內設置了左油缸補油儲能器28，通過左單向閥27與左油缸9連接，并通過高壓單向閥29與液壓油路16連接，左油缸補油儲能器29的補油油壓低于低壓油源18油壓；當發動機運轉速度較高，系統處于調節過程中的左活塞7向上運動階段時間較短，補油需求量較大且當外部低壓油源18不能滿足向連桿5內部補油需要量時，左油缸補油儲能器28將推開左單向閥27近距離對左油缸9補油，直至左油缸達到最高位置并停止，由于補油過程主要在發動機連桿內完成，補油距離短，受運動速度等影響小，保證補油及時、充分；當左活塞7開始向下運動后，左單向閥27將關閉，系統將按實施例1相同的過程工作。
[0025]當系統調節至非最小壓縮比并處于鎖定運行狀態時，如圖4，在發動機連桿5內設置了右油缸補油儲能器31，通過油路與右油缸13接通，右油缸補油儲能器31的補油油壓低于低壓油源18油壓。由于鎖定運行狀態下右油缸13的局部油路與系統其它油路斷開，當發動機運轉且處于氣缸的壓縮、燃燒及作功階段時，由于受力、變形等原因，右活塞7將少量向上運動，右油缸13內油壓將急劇降低，右油缸補油儲能器31將從其起始位置開始向右油缸13補油，避免因出現負壓帶來的對液壓油及元器件的不良影響，而當右油缸13向下運動時，右油缸13內油壓升高，補油儲能器31將回到起始位置狀態，由于右油缸局部范圍的油液總量未發生改變，不會對下一個循環的壓縮比產生影響。
[0026]在發動機連桿5內設置有由位置控制的右油缸13的補油油路位置截止閥32，通過右單向閥30與右油缸13油路連接，觸動塊33固定在右連桿11上，當右油缸處于最高位置時，該油路截止閥32將液壓油路16與右油缸13油路接通。當系統調節至最小壓縮比并處于鎖定狀態長時間運轉時，如圖5，此時，觸動塊33與位置截止閥32接觸，將右油缸13與液壓油路16接通，當右油缸13在運行中出現低壓、缺油等狀態時，由于此時高壓油源19與液壓油路16接通，油壓將推開高壓單向閥29，并推開右單向閥30向右油缸13補油，保證右油缸13內隨時充滿油液，避免長時間運行后因泄漏等原因使壓縮比發生改變。
[0027]
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，任何未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種發動機壓縮比連續可變的調節方法，包括以下步驟: (1)一個可調容積的油缸與兩個相互聯動的具有確定流量差的油缸的油路并聯形成閉合油路系統； (2)調節流入可調容積油缸的油液容積，控制兩個相互聯動的油缸中的油液容積，實現對發動機壓縮比連續可變的調節。2.—種發動機壓縮比連續可變的調節裝置，包括發動機活塞1、活塞銷3、偏心擺動支架4、發動機連桿5，發動機活塞I通過活塞銷3與偏心擺動支架4的偏心孔連接，偏心擺動支架4與發動機連桿小端孔2連接并可以繞發動機連桿小端孔2中心擺動，偏心擺動支架4的左側通過左連桿6與左油缸9中的左活塞7連接，左活塞7與左油缸9缸底之間設有彈簧8，偏心擺動支架4的右側通過右連桿11與右油缸13中的右活塞12連接，在發動機外部設置有容積調節器油缸22，其特征在于:設置在發動機連桿5內部的左油缸9和右油缸13與設置在發動機外部的容積調節器油缸22通過液壓油路16并聯;在左油缸9的油路中設置左截止閥10，在右油缸13的油路中設置有右截止閥14;在容積調節器油缸22的油路中設置有容積調節器油路截止閥21;在容積調節器油缸22中的容積調節器柱塞23的后端與容積調節器油缸22的底座之間設置有容積調節器彈簧24，限位桿25另一端固定在限位驅動裝置26上。3.如權利要求2所述的發動機壓縮比連續可變的調節裝置，其特征在于:在發動機外部設置有低壓油源18，通過單向閥17與液壓油路16連接。4.如權利要求2或3所述的發動機壓縮比連續可變的調節裝置，其特征在于:在發動機外部設置有高壓油源19，高壓油源19與液壓油路16之間設有電磁閥20。5.如權利要求4所述的發動機壓縮比連續可變的調節裝置，其特征在于:在連桿5內設置有左油缸補油儲能器28，通過左單向閥27與左油缸9連接，并通過高壓單向閥29與液壓油路16連接。6.如權利要求5所述的發動機壓縮比連續可變的調節裝置，其特征在于:在連桿5內設置有右油缸補油儲能器31，通過油路與右油缸13接通。7.如權利要求6所述的發動機壓縮比連續可變的調節裝置，其特征在于:在連桿5內設置有位置截止閥32，通過右單向閥30與右油缸13油路連接，觸動塊33固定在右連桿11上。
【文檔編號】F02D15/04GK106089455SQ201610655103
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月11日 公開號201610655103.0, CN 106089455 A, CN 106089455A, CN 201610655103, CN-A-106089455, CN106089455 A, CN106089455A, CN201610655103, CN201610655103.0
【發明人】王自勤, 田豐果, 陳家兌
【申請人】王自勤