一种可实现米勒循环的曲柄连杆机构及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可实现米勒循环的曲柄连杆机构及控制方法，曲轴内部设有驱动油道和锁止油道，曲轴的连杆颈上设有偏心连杆瓦，曲轴平衡块内装有通过惰轮与偏心连杆瓦外啮合齿圈啮合的驱动齿轮，驱动齿轮空心轴内安装有行星齿轮，驱动齿轮空心轴设可将其与曲轴平衡块锁定或与行星齿轮轴锁定的锁销；通过向驱动油道施加液压油，锁定驱动齿轮空心轴和行星齿轮轴，使行星齿轮轴将运动传递给驱动齿轮，再通过惰轮传递给偏心连杆外啮合齿圈，偏心连杆瓦绕曲轴连杆颈旋转，改变发动机的压缩比。本发明专利技术可以与发动机的旋转同步运动，还可实现在发动机一个工作冲程内的压缩比调节，进而实现米勒循环，控制柔性大，控制灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现米勒循环的曲柄连杆机构及控制方法
本专利技术涉及活塞式内燃机
，具体为一种可实现米勒循环的曲柄连杆机构及控制方法。
技术介绍
活塞式内燃机在车辆、非道路移动机械、船只和一些固定式发电机组当中作为动力源而被广泛使用，为国民经济的发展做出了重要的贡献。随着经济和工业技术的发展，活塞式内燃机的保有量持续增大，为能源和环境带来了很大的压力。因此，节能减排一直以来都是活塞式内燃机工作者的追求目标。通常情况下，当提高活塞式内燃机的压缩比时，可以提高其燃油经济性和排放水平。然而，当发动机的负荷比较大时，大的压缩比有可能造成发动机工作粗爆，发动机的噪声和排放恶化，甚至造成发动机的机械损坏。为了解决一问题，可变压缩比发动机的想法被提出来，这种可变压缩比发动机根据发动机所处的状态动态地调节其压缩比，以最优化其性能。目前，已经公开的资料显示，可变压缩比发动机一般分为以下几大类：1通过改变曲轴的位置来改变发动机压缩比，如专利CN201210494582.4；2通过改变活塞的形状来改变发动机的压缩比如专利CN201110253913.0；3通过缸盖上的某个装置来改变余隙容积来改变压缩比，如专利CN201710106970.34通过改变连杆与曲轴的相对位置关系或者是改变连杆长度来改变压缩比，例如专利CN200810067205.6、CN200710029634.X和CN201710229147.1。上述方案虽然都能够实现改变压缩比，但是改变曲轴的位置涉及到与曲轴位置相关的装置都必须重新设计，例如输出端的飞轮等，造成发动机的结构十分复杂；改变活塞的形状会造成其动态压缩比控制很困难。改变连杆与曲轴的相对位置这种方案具有较高的可行性，例如专利CN201710229147.1所提出的技术方案，但是该专利的控制方案采用了步进电机和外部接触式电路，步进电机的响应速度很难与发动机的高转速进行同步可变压缩比控制，并且在高速旋转的曲轴上增加步进电机质量对于曲轴的动平衡等机械性能也会造成很大的影响，同时外部接触式电路的方式也会降低其控制可靠性。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种液压-机械式可变压缩比的曲轴连杆机构；该机构可以与发动机的旋转同步运动，实现动态的压缩比调节，进一步的可以实现在发动机一个工作冲程内的压缩比调节，进而实现米勒循环。技术方案如下：一种可实现米勒循环的曲柄连杆机构，包括曲轴、曲轴支承盖、曲轴支承座、驱动齿轮总成、行星齿轮总成和锁销；所述曲轴包括相互固定连接的主轴颈、连杆颈和曲轴平衡块；所述主轴颈可旋转的安装于所述曲轴支承盖和曲轴支承座形成圆柱孔内；所述圆柱孔内壁设有环向内凹的曲轴支承驱动油道环槽和曲轴支承锁止油道环槽，曲轴支承座上设有通向曲轴支承驱动油道环槽的驱动油道，及通向曲轴支承锁止油道环槽的锁止油道；所述连杆颈与主轴颈轴线相错且平行，其外部套设有圆筒状的偏心连杆瓦，偏心连杆瓦内柱面与外柱面的轴线相错且平行，且偏心连杆瓦内壁与连杆颈间隙配合，外壁与连杆大头间隙配合，且其一端的外沿设有外啮合齿圈，外啮合齿圈与内柱面同轴；所述曲轴平衡块与连杆颈分局于主轴颈轴线两侧，曲轴平衡块上设有轴线与主轴颈轴线平行的驱动齿轮空心轴安装孔，驱动齿轮空心轴安装孔内壁设有环向内凹的锁止油道环槽和驱动油道环槽，驱动油道环槽的槽底均匀排布有多个孔深沿径向的锁止销孔；所述曲轴内还设有将曲轴支承锁止油道环槽和锁止油道环槽连通的曲轴锁止油道，及将曲轴支承驱动油道环槽和驱动油道环槽连通的曲轴驱动油道；所述驱动齿轮总成包括驱动齿轮空心轴及同轴固定于驱动齿轮空心轴一端的驱动齿轮；驱动齿轮空心轴可旋转的安装于驱动齿轮空心轴安装孔内，其侧壁上开设有多个与锁止油道环槽对应的锁止油通孔，及多个与驱动油道环槽对应的销孔；驱动齿轮通过一惰轮与所述外啮合齿圈啮合；所述惰轮的轴固定在曲轴平衡块上，且与主轴颈平行；所述行星齿轮总成包括安装于驱动齿轮空心轴内的行星齿轮轴，及同轴固定于行星齿轮轴一端的行星齿轮；行星齿轮轴对应于锁止油通孔的圆周上设有行星齿轮轴锁止油环槽，对应于销孔的圆周上设有多个驱动销孔；行星齿轮轴上还设有由行星齿轮轴锁止油环槽通向驱动销孔的行星齿轮轴锁止油道；行星齿轮与内啮合齿圈啮合；内啮合齿圈固定在曲轴支承盖和曲轴支承座所形成的平面上，且与主轴颈同轴；所述锁销设置于销孔内，并能够在液压油的驱动下向锁止销孔或驱动销孔内移动；锁销的长度等于或略小于驱动齿轮空心轴的壁厚，且大于锁止销孔和驱动销孔的深度。进一步的，所述偏心连杆瓦沿内圆柱面轴线剖分为正偏置半瓦和负偏置半瓦，剖分面与偏心矩方向不平行也不垂直。更进一步的，所述锁止销孔为6个；所述销孔为8个；所述驱动销孔为6个，所述锁销为8个。一种可实现米勒循环的曲柄连杆机构的控制方法，包括：当发动机某一缸的活塞处于进气行程下止点前某一时刻时，控制该缸的压缩比处于最大状态；当活塞继续运动时，控制压缩比由大变小，直到在进气行程下止点后的某一时刻其压缩比变到最小，然后保持压缩比不变；当活塞向上运动到压缩行程上止点前某一位置时，控制压缩比由小逐渐变大直到在压缩上止点后某一位置，压缩比达到最大值，然后保持压缩比不变；当活塞继续运动到做功行程下止点前某一时刻时，控制压缩比由大变小，直到在做功行程下止点后的某一时刻其压缩比变到最小，然后保持压缩比不变；当活塞继续向上运动到排气行程上止点前某一位置时，控制压缩比由小逐渐变大，直到在压缩上止点后某一位置，压缩比达到最大值，然后保持压缩比不变。进一步的，改变发动机压缩比的速度由偏心连杆瓦外啮合齿圈、惰轮、驱动齿轮、行星齿轮和内啮合齿圈的总传动比决定。更进一步的，改变压缩比的时间步长由锁止销孔数目、销孔数目、驱动销孔数目，及内啮合齿圈与行星齿轮的传动比决定。本专利技术的有益效果是：1)本专利技术通过改变连杆瓦的偏心量来改变压缩比，所需要的驱动力矩小，驱动系统可以简化；2)本专利技术所提供的偏心连杆瓦的剖分面不平行也不垂直于偏心矩方向，避免了某一特定压缩比状态下曲轴与连杆的力作用在缝隙上，保证了在全压缩比范围内的曲轴与连杆的力不会造成偏心连杆瓦的破坏；3)本专利技术改变压缩比的驱动力采用了齿轮传动，传动平稳、稳定可靠；4)本专利技术改变压缩比的驱动力来自曲轴的旋转，简化了驱动力系统，5)本专利技术改变压缩比的驱动力系统可采用完全对称设计，并且驱动力系统本身的质量也可以作为平衡块的质量用于平衡发动机的不对称性，不会对原曲轴平衡块造成过大影响，减小曲轴动平衡开发工作量；6)本专利技术通过改变偏心连杆瓦外啮合齿圈、惰轮、驱动齿轮、行星齿轮、内啮合齿圈的总传动比可以很容易地改变发动机压缩比的改变速度；7)本专利技术通过改变锁止销孔数目、驱动齿轮空心轴上的销孔数目、驱动销孔数目和内啮合齿圈与行星齿轮的传动比可以很容易地改变压缩比的控制时间步长按曲轴转角记；8)本专利技术采用机械液压控制，控制柔性大，控制灵活；9)本专利技术可以扩展到任意缸数的发动机；10)本专利技术可以用于直列和V型等多种结构形式的发动机。附图说明图1为本专利技术可实现米勒循环的曲柄连杆机构的整体结构剖面示意图。图2为本专利技术可实现米勒循环的曲柄连杆机构中偏心连杆瓦剖视图。图3为本专利技术可实现米勒循环的曲柄连杆机构中曲轴油道示意图。图4为本专利技术可实现米勒循本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现米勒循环的曲柄连杆机构，其特征在于，包括曲轴（2）、曲轴支承盖（1）、曲轴支承座（3）、驱动齿轮总成（11）、行星齿轮总成（8）和锁销（10）；所述曲轴（2）包括相互固定连接的主轴颈（13）、连杆颈（3）和曲轴平衡块（9）；所述主轴颈（13）可旋转的安装于所述曲轴支承盖（1）和曲轴支承座（3）形成圆柱孔内；所述圆柱孔内壁设有环向内凹的曲轴支承驱动油道环槽（f3）和曲轴支承锁止油道环槽（f4），曲轴支承座（3）上设有通向曲轴支承驱动油道环槽（f3）的驱动油道（6），及通向曲轴支承锁止油道环槽（f4）的锁止油道（7）；所述连杆颈（3）与主轴颈（13）轴线相错且平行，其外部套设有圆筒状的偏心连杆瓦（4），偏心连杆瓦（4）内柱面与外柱面的轴线相错且平行，且偏心连杆瓦（4）内壁与连杆颈（3）间隙配合，外壁与连杆大头间隙配合，且其一端的外沿设有外啮合齿圈（15），外啮合齿圈（15）与内柱面同轴；所述曲轴平衡块（9）与连杆颈（3）分局于主轴颈（13）轴线两侧，曲轴平衡块（9）上设有轴线与主轴颈（13）轴线平行的驱动齿轮空心轴安装孔（f7），驱动齿轮空心轴安装孔（f7）内壁设有环向内凹的锁止油道环槽（f0）和驱动油道环槽（f1），驱动油道环槽（f1）的槽底均匀排布有多个孔深沿径向的锁止销孔（f2）；所述曲轴（2）内还设有将曲轴支承锁止油道环槽（f4）和锁止油道环槽（f0）连通的曲轴锁止油道（f6），及将曲轴支承驱动油道环槽（f3）和驱动油道环槽（f1）连通的曲轴驱动油道（f5）；所述驱动齿轮总成（11）包括驱动齿轮空心轴（b2）及同轴固定于驱动齿轮空心轴（b2）一端的驱动齿轮（b3）；驱动齿轮空心轴（b2）可旋转的安装于驱动齿轮空心轴安装孔（f7）内，其侧壁上开设有多个与锁止油道环槽（f0）对应的锁止油通孔（b1），及多个与驱动油道环槽（f1）对应的销孔（b4）；驱动齿轮（b3）通过一惰轮（12）与所述外啮合齿圈（15）啮合；所述惰轮（12）的轴固定在曲轴平衡块（9）上，且与主轴颈（13）平行；所述行星齿轮总成（8）包括安装于驱动齿轮空心轴（b2）内的行星齿轮轴（c4），及同轴固定于行星齿轮轴（c4）一端的行星齿轮（c3）；行星齿轮轴（c4）对应于锁止油通孔（b1）的圆周上设有行星齿轮轴锁止油环槽（c1），对应于销孔（b4）的圆周上设有多个驱动销孔（c5）；行星齿轮轴（c4）上还设有由行星齿轮轴锁止油环槽（c1）通向驱动销孔（c5）的行星齿轮轴锁止油道（c2）；行星齿轮（c3）与内啮合齿圈（5）啮合；内啮合齿圈（5）固定在曲轴支承盖（1）和曲轴支承座（3）所形成的平面上，且与主轴颈（13）同轴；所述锁销（10）设置于销孔（b4）内，并能够在液压油的驱动下向锁止销孔（f2）或驱动销孔（c5）内移动；锁销（10）的长度等于或略小于驱动齿轮空心轴（b2）的壁厚，且大于锁止销孔（f2）和驱动销孔（c5）的深度。...

【技术特征摘要】
1.一种可实现米勒循环的曲柄连杆机构，其特征在于，包括曲轴（2）、曲轴支承盖（1）、曲轴支承座（3）、驱动齿轮总成（11）、行星齿轮总成（8）和锁销（10）；所述曲轴（2）包括相互固定连接的主轴颈（13）、连杆颈（3）和曲轴平衡块（9）；所述主轴颈（13）可旋转的安装于所述曲轴支承盖（1）和曲轴支承座（3）形成圆柱孔内；所述圆柱孔内壁设有环向内凹的曲轴支承驱动油道环槽（f3）和曲轴支承锁止油道环槽（f4），曲轴支承座（3）上设有通向曲轴支承驱动油道环槽（f3）的驱动油道（6），及通向曲轴支承锁止油道环槽（f4）的锁止油道（7）；所述连杆颈（3）与主轴颈（13）轴线相错且平行，其外部套设有圆筒状的偏心连杆瓦（4），偏心连杆瓦（4）内柱面与外柱面的轴线相错且平行，且偏心连杆瓦（4）内壁与连杆颈（3）间隙配合，外壁与连杆大头间隙配合，且其一端的外沿设有外啮合齿圈（15），外啮合齿圈（15）与内柱面同轴；所述曲轴平衡块（9）与连杆颈（3）分局于主轴颈（13）轴线两侧，曲轴平衡块（9）上设有轴线与主轴颈（13）轴线平行的驱动齿轮空心轴安装孔（f7），驱动齿轮空心轴安装孔（f7）内壁设有环向内凹的锁止油道环槽（f0）和驱动油道环槽（f1），驱动油道环槽（f1）的槽底均匀排布有多个孔深沿径向的锁止销孔（f2）；所述曲轴（2）内还设有将曲轴支承锁止油道环槽（f4）和锁止油道环槽（f0）连通的曲轴锁止油道（f6），及将曲轴支承驱动油道环槽（f3）和驱动油道环槽（f1）连通的曲轴驱动油道（f5）；所述驱动齿轮总成（11）包括驱动齿轮空心轴（b2）及同轴固定于驱动齿轮空心轴（b2）一端的驱动齿轮（b3）；驱动齿轮空心轴（b2）可旋转的安装于驱动齿轮空心轴安装孔（f7）内，其侧壁上开设有多个与锁止油道环槽（f0）对应的锁止油通孔（b1），及多个与驱动油道环槽（f1）对应的销孔（b4）；驱动齿轮（b3）通过一惰轮（12）与所述外啮合齿圈（15）啮合；所述惰轮（12）的轴固定在曲轴平衡块（9）上，且与主轴颈（13）平行；所述行星齿轮总成（8）包括安装于驱动齿轮空心轴（b2）内的行星齿轮轴（c4），及同轴固定于行星齿轮轴（c4）一端的行星齿轮（c3）；行星齿轮轴（c4）对应于锁止油通孔（b1）的圆周上设...

【专利技术属性】
技术研发人员：田维，楚云路，胡明艳，肖邦，吴学舜，韩志强，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51