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技术领域

本发明涉及一种汽车发动机的可变压缩比机构，更确切地说，本发明涉及 一种改变汽车发动机压缩比的装置。

背景技术

发动机在低负荷时点火压力低、热效率低，这时需要较高的压缩比；而发 动机在高负荷时，如果发动机预先设定的压缩比较大，易造成爆震现象。为了 解决这些问题，可变压缩比发动机应运而生。当前市面上投产的发动机大多数 都是固定压缩比，而在一些可变压缩比发动机中,一般多采用了移动缸盖、使用 高度可调式活塞或者设计一套连杆机构等方案。移动缸盖式已有成形产品,并证 实可变压缩比发动机可大幅度节省油耗，但移动缸盖式的可变压缩比发动机移 动部件大、同时增加驱动气门的凸轮及动力输出轴的复杂程度,目前并无大规模 推广。通过液压改变活塞高度的方案,由于活塞是一个高速运动的部件,可靠地 设置液压管路的难度很大。总体而言,这些方案结构均较复杂,而且对已有的发 动机改动较大,因而加工难度高,不便于大量投产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的结构复杂的问题，提 供了一种改变汽车发动机压缩比的装置。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

所述的一种改变汽车发动机压缩比的装置包括有曲轴、5个结构相同的主轴 颈座、1号齿轮、4个结构相同的2号齿轮、4个结构相同的3号齿轮、轴、10 个结构相同的轴座、4号齿轮、5号齿轮、6号齿轮、7号齿轮、8号齿轮、9号 齿轮、套筒与4个结构相同的连杆轴颈套筒。

所述的曲轴通过5个结构相同的主轴颈座固接在发动机的气缸体内；

所述的轴采用每组2个共5组10个轴座固接在曲轴的正下方，轴的回转轴 线与曲轴的回转轴线平行，套筒套装在轴的右端，套筒与其下方的6号齿轮啮 合连接，4号齿轮、5号齿轮、7号齿轮、8号齿轮、9号齿轮均匀地依次套装在 套筒左侧的每组2个轴座之间的轴上，4号齿轮与轴之间为键连接，5号齿轮、 7号齿轮、8号齿轮、9号齿轮与轴之间皆为转动连接，4号齿轮、5号齿轮、7 号齿轮、8号齿轮、9号齿轮依次和安装在曲轴上的1号齿轮、4个结构相同的 3号齿轮啮合连接，4个结构相同的3号齿轮上的小齿轮依次和安装在曲轴中的 4个结构相同的连杆轴颈外端的2号齿轮啮合连接，4个结构相同的连杆轴颈套 筒套装在4个结构相同的连杆轴颈上，4个结构相同的连杆轴颈套筒与4个结构 相同的连杆轴颈之间为键连接。

技术方案中所述的套筒两侧的轴上套装有起定位作用的2个结构相同的3 号轴环，1号齿轮左侧的曲轴中的曲轴前端上套装有起定位作用的1号轴环，4 个结构相同的3号齿轮与4个结构相同的主轴颈座之间的3个结构相同的2号 主轴颈及1个3号主轴颈上套装有起定位作用的2号轴环。

技术方案中所述的每组2个共5组10个轴座依次套装在轴上的键槽、1号 螺旋槽、2号螺旋槽、3号螺旋槽与4号螺旋槽的两侧，5号齿轮、7号齿轮、8 号齿轮与9号齿轮中心孔壁上的圆柱键依次安装在1号螺旋槽、2号螺旋槽、3 号螺旋槽与4号螺旋槽内，5号齿轮、7号齿轮、8号齿轮、9号齿轮中心孔壁 上的圆柱键依次和1号螺旋槽、2号螺旋槽、3号螺旋槽与4号螺旋槽之间为滑 动连接。

技术方案中所述的3号齿轮是由两个齿轮即由小齿轮与大齿轮叠置而成的 塔式齿轮，小齿轮与大齿轮回转轴线共线，小齿轮与2号齿轮的模数相同，小 齿轮与2号齿轮啮合连接；3号齿轮上的大齿轮的分度圆直径与啮合连接的5号 齿轮的分度圆直径相等，5号齿轮和一同安装在轴上的7号齿轮、8号齿轮、9 号齿轮的结构相同。

技术方案中所述的轴为等圆横截面的直杆类结构件，轴的左端沿轴向设置 有4号键槽，轴的右端由左至右并沿周向设置有安装3号轴环的1号轴环槽与2 号轴环槽，左端的键槽与右端的1号轴环槽之间沿轴向由左至右均匀地设置有4 个结构相同的螺旋槽，即1号螺旋槽、2号螺旋槽、3号螺旋槽与4号螺旋槽， 1号螺旋槽、2号螺旋槽、3号螺旋槽与4号螺旋槽的宽度和5号齿轮、7号齿 轮、8号齿轮与9号齿轮中心孔壁上的圆柱键的直径相等，1号螺旋槽、2号螺 旋槽、3号螺旋槽与4号螺旋槽为螺旋角为35°的等宽等深槽，在轴上沿轴向 由左至4号螺旋槽的左端设置有为便于安装5号齿轮、7号齿轮、8号齿轮与9 号齿轮的槽。

技术方案中所述的套筒的内部沿轴向设置有圆形通孔，套筒的外圆周面上 均匀地分布有竖齿，即竖齿在外圆周面上是一圈一圈地布置，任何相邻两圈竖 齿之间的距离相等，竖齿的模数与6号齿轮的模数相同；所述的连杆轴颈套筒 为圆柱体形结构件，连杆轴颈套筒的内部沿轴向设置一个与圆柱体不同轴的圆 柱形通孔。

技术方案中所述的曲轴采用现有的4拐组合式曲轴；其包括曲轴前端、1号 曲柄、3个结构相同的2号曲柄、3个结构相同的3号曲柄、4号曲柄、1号主 轴颈、3个结构相同的2号主轴颈、3号主轴颈、4个结构相同的连杆轴颈；所 述的曲轴前端上沿轴向设置有一个键槽，曲轴前端的右端与主轴颈的左端固接， 主轴颈的右端又与曲柄的左端面固接；曲柄的外端设置有一盲孔，3个结构相同 的曲柄的外端设置有通孔，3个结构相同的曲柄与3个结构相同的主轴颈的左端 固定连接；3个结构相同的曲柄上设置两个盲孔，即一个大盲孔与一个小盲孔， 两个盲孔位于曲柄的两端同时也位于曲柄的两侧，大盲孔是安装主轴颈的一端， 小盲孔是安装连杆轴颈的一端，4个结构相同的连杆轴颈的另一端装入3个结构 相同的曲柄与3号曲柄上的通孔中，3号曲柄与3号主轴颈的左端固接，3号主 轴颈的右端用于安装飞轮。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种改变汽车发动机压缩比的装置可以实现压缩比的连续 可变调节；

2.本发明所述的一种改变汽车发动机压缩比的装置结构简单、控制灵活；

3.本发明所述的一种改变汽车发动机压缩比的装置因为采用了可变压缩比 的装置，可以实现在低负荷时采用较高的压缩比；而在高负荷时可以采用较低 的压缩比，因此提高了发动机的动力性和经济性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的一种改变汽车发动机压缩比的装置的结构示意图；

图2为图1中A-A处结构组成的剖面示意图；

图3为图1中B-B处结构组成的剖面示意图；

图4为图1中C-C处结构组成的剖面示意图；

图5为本发明所述的一种改变汽车发动机压缩比的装置中所采用的5号齿 轮结构组成的轴侧投影图；

图中：1.曲轴前端，2.1号键槽，3.1号轴环，4.1号齿轮，5.2号键槽， 6.1号曲柄，7.2号齿轮，8.3号键槽，9.3号齿轮，10.2号轴环，11.主轴颈座， 12.1号主轴颈，13.轴，14.轴座，15.4号齿轮，16.4号键槽，17.5号齿轮， 18.1号螺旋槽，19.3号轴环，20.6号齿轮，21.套筒，22.连杆轴颈套筒，23. 键，24.连杆轴颈，25.圆柱键，26.槽,27.7号齿轮,28.8号齿轮,29.9号齿轮,30.2 号主轴颈，31.2号曲柄，32.3号曲柄，33.4号曲柄，34.3号主轴颈，35.飞轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明所述的一种改变汽车发动机压缩比的装置是采用在曲轴的连杆轴颈 24上套装一个与连杆轴颈24不同心的而是偏心的连杆轴颈套筒22的方式来实 现发动机压缩比的可变,在实施的过程中通过齿轮的逐级传递为汽车发动机可 变压缩比装置提供动力，并且能够避免现有技术中结构复杂的缺陷,仅需对原有 发动机较小的改动即可完成加工可变压缩比发动机。本发明所述的一种可变压 缩比发动机包括至少一个气缸以及在该气缸内往复运动的活塞,活塞通过连杆 与曲轴相连。

参阅图1，本发明所述的一种改变汽车发动机压缩比的装置包括有曲轴、1 号轴环3、1号齿轮4、4个结构相同的2号齿轮7、4个结构相同的3号齿轮9、 4个结构相同的2号轴环10、轴13、10个结构相同的轴座14、4号齿轮15、5 号齿轮17、2个结构相同的3号轴环19、6号齿轮20、4个结构相同的键23、7 号齿轮27、8号齿轮28、9号齿轮29、套筒21与4个结构相同的连杆轴颈套筒 22。

所述的曲轴为了便于安装和铸造采用了现有的4拐组合式曲轴；所述的曲 轴包括曲轴前端1、1个1号曲柄6、3个结构相同的2号曲柄31、3个结构相 同的3号曲柄32、1个4号曲柄33、1个1号主轴颈30、3个结构相同的2号 主轴颈12、1个3号主轴颈34、4个结构相同的连杆轴颈24。

曲轴前端1的左端沿轴向设置有一个键槽2，曲轴前端1的右端与主轴颈 30的左端固接。同时主轴颈30的右端又与曲柄6的左端面固接。

曲柄6外端的右端面上设置有一盲孔。而3个结构相同的曲柄31的外端设 置有通孔，3个结构相同的曲柄31与3个结构相同的主轴颈12的左端固定连接。 3个结构相同的曲柄32上存在两个盲孔，即一个大盲孔与一个小盲孔，两个盲 孔位于曲柄32的两端同时也位于曲柄32的两侧，其中的大盲孔是安装主轴颈 12的一端，另一个小盲孔是安装连杆轴颈24的一端，4个结构相同的连杆轴颈 24的另一(右)端装入3个结构相同的曲柄31与3号曲柄33上的通孔中。3 号曲柄33与3号主轴颈34的左端固接，3号主轴颈34的右端用以安装飞轮35。

所述的1号齿轮4与4号齿轮15分度圆直径相同，1号齿轮4与4号齿轮 15啮合连接，1号齿轮4与4号齿轮15同速反向旋转。

所述的3号齿轮9是由两个齿轮即由小齿轮与大齿轮叠置而成的塔式齿轮， 小齿轮与大齿轮回转轴线共线，小齿轮与2号齿轮7的模数相同，小齿轮与2 号齿轮7啮合连接；3号齿轮9上的大齿轮的大分度圆直径与啮合连接的5号齿 轮17的分度圆直径相等，5号齿轮17及一同安装在轴13上的7号齿轮27、8 号齿轮28、9号齿轮29的中心孔的内壁上沿径向安装有圆柱键25；

3号齿轮9为中间传递齿轮，其上没有键槽，且3号齿轮9上的大齿轮与5 号齿轮17规格相同；3号齿轮9可以在主轴颈12的周向上自由转动。轴向方向 由2号轴环10对其固定。3号齿轮9的作用是将5号齿轮17上的扭矩传递到2 号齿轮7上。

所述的轴13为等圆横截面的直杆类结构件，轴13的左端沿轴向设置有4 号键槽16，轴13的右端沿周向由左至右地设置有两个安装3号轴环19的1号 轴环槽与2号轴环槽，左端的键槽与右端的1号轴环槽之间沿轴向由左至右均 匀地设置有4个结构相同的螺旋槽，即1号螺旋槽18、2号螺旋槽、3号螺旋槽 与4号螺旋槽，1号螺旋槽18的宽度与5号齿轮17中心孔上的圆柱键25的直 径相等，1号螺旋槽18为螺旋角为35°的等宽等深槽，在轴13上沿轴向由左 至4号螺旋槽的左端设置有为便于安装5号齿轮17、7号齿轮27、8号齿轮28、 9号齿轮29的槽26。

轴13采用5组10个结构相同的轴座14安装在曲轴的正下方，轴13的回 转轴线与曲轴的回转轴线平行。

所述的套筒21内部为等圆截面的通孔，其内表面与轴13滑动配合；套筒 21两端的轴13上的轴环槽内安装两个3号轴环19，实现了套筒21在轴13上 的轴向定位；套筒21的外圆周面上均匀地分布有竖齿，该竖齿不是传统的螺旋 连续的齿形，该齿形是间断的并且不存在螺旋角度，即竖齿在圆周上呈圈地布 置。其竖齿的模数与6号齿轮20的模数相同。

所述的连杆轴颈套筒22为圆柱体形结构件，圆柱体的内部沿轴向设置一个 与圆柱体不同轴的圆柱通孔。

所述的1号轴环3对1号齿轮4起到了轴向定位的作用，防止1号齿轮4 发生轴向窜动。

所述的2号轴环10对3号齿轮9起到了轴向定位的作用，防止3号齿轮9 发生轴向窜动。

所述的5个结构相同的主轴颈座11固接在发动机的气缸体内，对曲轴起到 支撑的作用，同时可以防止曲轴发生轴向窜动。

所述的每组2个共5组10个轴座14一端与发动机的气缸体固接，对轴13 起到支撑和轴向定位的作用；每组2个共5组10个轴座14的另一端依次套装 在轴13上的键槽、1号螺旋槽18、2号螺旋槽、3号螺旋槽与4号螺旋槽的两 侧，安装在2个轴座14之间的5号齿轮17、7号齿轮27、8号齿轮28与9号 齿轮29中心孔壁上的圆柱键25依次安装在1号螺旋槽18、2号螺旋槽、3号螺 旋槽与4号螺旋槽内，每组2个共5组10个轴座14使得4号齿轮15、5号齿 轮17、7号齿轮27、8号齿轮28、9号齿轮29相对于机体在轴向方向不存在相 对运动。

曲轴前端1和1号键槽2是为了连接轴类零件，使曲轴和附属机构之间能 够传递扭矩，对外驱动发动机的附属机构。

1号齿轮4与设置有2号键槽5的曲轴处采用键连接而实现共同旋转，1号 齿轮4与4号齿轮15相啮合，将曲轴的扭矩通过1号齿轮4传递到4号齿轮15， 并带动轴13旋转。其中，1号齿轮4左端被轴环3进行了轴向固定、右端被阶 梯轴上的主轴颈30进行了轴向固定。

2号齿轮7通过3号键槽8上的键使得连杆轴颈24和连杆轴颈套筒22旋转 一定角度，进一步改变活塞上下止点的位置，来调整压缩比的大小。2号齿轮7 的轴向位置由曲柄31和3号齿轮9共同限制。

轴13由4号齿轮15通过4号键槽16上的键带动旋转，然后轴13带动5 号齿轮17进行转动。5号齿轮17装配到轴13上时，将5号齿轮17中心孔壁上 的圆柱键25通过轴13上的槽26安装到螺旋槽18上。5号齿轮17上的圆柱键 25可在螺旋槽18内滑动。

参阅图1和图5，5号齿轮17与轴13同轴连接，其中圆柱键25与5号齿 轮17固接，5号齿轮17上的圆柱键25在轴13上的螺旋槽18内滑动，螺旋槽 18为圆柱键25提供导向和定位的作用。

5号齿轮17的轴向位置固定不动，当轴13发生轴向位移时，5号齿轮17 会绕轴13旋转一个角度，并通过这个角度对压缩比进行调节。

参阅图2，连杆轴颈套筒22与连杆轴颈24通过键23相连，使得当连杆轴 颈24旋转时，可以带动连杆轴颈套筒22一同旋转。

连杆轴颈24的轴向位置由连杆轴颈套筒22、键23和曲柄6共同限制。装 配时，先将连杆轴颈24的一端放入曲柄6的盲孔中，再将键23放入连杆轴颈 24的键槽中，然后在连杆轴颈24上套上连杆轴颈套筒22，并将连杆轴颈24穿 过另一侧带有通孔的2号曲柄31。这样连杆轴颈24的轴向位置就被连杆轴颈套 筒22、键23、1号曲柄6和2号曲柄31共同限制了。

参阅图1和图4，3号轴环19对套筒21进行轴向定位，保证轴13和套筒 21在轴向上可以共同移动。

6号齿轮20由步进电机带动，同时与套筒21相啮合，其轴线方向与套筒 21轴向方向相垂直。当6号齿轮20转动时，套筒21和轴13共同发生轴向位移。

图4中表示了套筒21和轴13的连接关系，轴13可在套筒21内自由转动。

所述的轴13采用每组2个共5组10个轴座14固接在曲轴的正下方，轴13 的回转轴线与曲轴的回转轴线平行，套筒21套装在轴13的右端，套筒21两侧 的轴13上套装有起定位作用的2个结构相同的3号轴环19，套筒21与其下方 的6号齿轮20啮合连接，4号齿轮15、5号齿轮17、7号齿轮27、8号齿轮28、 9号齿轮29均匀地依次套装在套筒21左侧的每组2个轴座14之间的轴13上， 4号齿轮15与轴13之间为键连接，5号齿轮17、7号齿轮27、8号齿轮28、9 号齿轮29与轴13之间皆为转动连接，4号齿轮15、5号齿轮17、7号齿轮27、 8号齿轮28、9号齿轮29依次和安装在曲轴上的1号齿轮4、4个结构相同的3 号齿轮9啮合连接，1号齿轮4左侧的曲轴前端1上套装有起定位作用的1号轴 环3，4个结构相同的3号齿轮9上的小齿轮依次和安装在曲轴中的4个结构相 同的连杆轴颈24外端的2号齿轮7啮合连接，4个结构相同的连杆轴颈套筒22 套装在4个结构相同的连杆轴颈24上，4个结构相同的连杆轴颈套筒22与4个 结构相同的连杆轴颈24之间为键连接，4个结构相同的3号齿轮9与4个结构 相同的主轴颈座11之间的3个结构相同的2号主轴颈12及1个3号主轴颈34 上套装有起定位作用的2号轴环10。

一种改变汽车发动机压缩比的装置的工作原理：

以发动机的一缸为例；当活塞位于上止点，连杆轴颈套筒22的轴线位于连 杆轴颈24的轴线下侧，且在竖直方向上两轴线的距离最大时，活塞的位置比不 偏心的机构更靠下，这使得燃烧室的容积Vc最大；当曲轴进一步转过180°曲 轴转角，活塞位于下止点，连杆轴颈套筒22的轴线位于连杆轴颈24的轴线上 侧，且在竖直方向上两轴线的距离最大时，活塞的位置比偏心的机构更靠上， 这使得气缸总容积Va最小。根据压缩比定义ε＝Va/Vc，此时的压缩比最小。

当活塞位于上止点，连杆轴颈套筒22的轴线位于连杆轴颈24的轴线上侧 时，且在竖直方向上两轴线的距离最大时，活塞的位置比不偏心的机构更靠上， 这使得燃烧室的容积Vc最小；当曲轴进一步转过180°曲轴转角，活塞位于下 止点时，连杆轴颈套筒22的轴线位于连杆轴颈24的轴线的下侧，且在竖直方 向上两轴线的距离最大时，活塞的位置比不偏心的机构更靠下，这使得气缸总 容积Va最大。根据压缩比定义ε＝Va/Vc，此时的压缩比最大。

通过步进电机使得轴13在轴向上的位移连续可变，因此可变压缩比发动机 的压缩比可在最大和最小值之间无级可变。