变排量活塞驱动机构及设计方法技术

本发明专利技术公开了一种变排量活塞驱动机构及设计方法，该变排量活塞驱动机构包括机体、主轴、斜盘安装座、斜盘、斜盘调节机构、活塞气缸组件等，斜盘调节机构将主轴转动转换为斜盘绕自身与斜盘安装座连接的运动副中心的三维摆动，并通过连杆带动活塞气缸组件完成热工循环；同时，该机构根据斜盘的位置调节斜盘倾斜角度，以改变气缸工作容积，并使活塞的上止点和下止点到气缸顶部的距离符合热工循环压缩比；本方案实现了对活塞气缸工作容积的动态调节，改善了活塞气缸的配合条件，提高了系统的机械效率。

Variable displacement piston drive mechanism and design method

The invention discloses a variable displacement piston driving mechanism and a design method thereof. The variable displacement piston driving mechanism comprises a body, a spindle, a swashplate mounting seat, a swashplate, a swashplate adjusting mechanism, a piston cylinder assembly, etc. The swashplate adjusting mechanism converts the rotation of the spindle into a center of a pair of motion in which the swashplate is connected with the swashplate mounting seat itself. Three-dimensional swing, and through the connecting rod to drive the piston cylinder assembly to complete the thermal cycle; At the same time, the mechanism adjusts the inclined angle of the swashplate according to the position of the swashplate, to change the cylinder working volume, and make the piston top and bottom of the stopping point and the distance to the top of the cylinder accord with the thermal cycle compression ratio; This scheme realizes the piston cylinder worker. The dynamic adjustment of the volume improves the matching condition of the piston cylinder and improves the mechanical efficiency of the system.

【技术实现步骤摘要】
变排量活塞驱动机构及设计方法本申请是针对2016年7月27日在中国专利局提交的申请号为201610597375.X，名称为“可调斜盘式无曲轴变排量发动机”的专利申请的分案申请。
本专利技术涉及发动机
，尤其是涉及一种变排量活塞驱动机构及设计方法。
技术介绍
在现代汽车、航运以及各种动力设备中，连杆曲轴发动机应用最为广泛。一、传统曲轴连杆式发动机，受制于固定的曲柄半径和活塞行程。发动机只能在固定的工况条件下，才可能达到最佳工作状态。对于汽油发动机：必须要在最佳空燃比附近，才能保证良好的点火性能和燃烧效率、污染排放最少；同时汽油的燃烧特性决定了增压比不能太大。因此汽油发动机必须以最佳空燃比混合气在可用最大增压条件下工作才处于最佳工作状态。然而，实际工况往往与最佳工况相差很大，因此绝大部分工况下油耗大、污染排放多。汽油发动机以节气门的形式控制进入发动机的气量，在小油门或怠速条件下，活塞进气行程需克服强大的负压，大幅降低了发动机效能。对于柴油发动机：由于采用压燃的燃烧方式，上止点温度必须达到柴油自燃的要求，而进气系统在高转速条件下效率降低形成节流效应，会导致上止点温度不到柴油自燃点而无法工作，因而限制了柴油发动机在高转速工况下的适用能力。柴油机虽然压缩比不变，但油门控制着喷油量，当供油偏离最佳空燃比，发动机效率下降油耗增加、污染排放增多。因而柴油机不仅必须在适当油门条件下才能处于最佳状态，而且最大转速还普遍比汽油发动机低，极大的影响了柴油机的适用范围和热工效率。二、传统曲轴活塞式发动机的系统运动是通过曲轴—连杆—活塞相互作用完成的。在曲轴旋转时，连杆与活塞轴线存在夹角，并在受力较大条件下形成最大偏角。该偏角导致活塞不仅传递轴向力，同时还传递径向力。曲柄连杆的长度比越大，偏角越大，则活塞径向力越大。活塞径向受力会引起活塞气缸摩擦力，降低系统机械效率；还会导致活塞、气缸变形，降低活塞气缸组合的气密性，并对气缸活塞的材质工艺提出了更高的要求；活塞径向冲击传递到整个发动机还会形成横向震动。另外当气缸工作压力最大时，由于曲柄与连杆几乎成180度，导致力矩输出反而比较小。三、传统曲轴活塞式发动机的缸径行程比不变，发动机适应性差。高转速发动机较大的缸径行程比，可以减小进气节流效应，提高发动机效能；低转速发动机较小的缸径行程比，可以增大单次循环出功，提高发动机扭矩。由于固定的缸径行程比，一旦设计参数设定，发动机的最佳工况就不可调整，导致发动机设计只能根据重点工况需求做出取舍。四、传统曲轴活塞式发动机的曲柄长度＝活塞行程/2，较大的活塞行程必然需要较大的曲柄长度，较大的曲柄长度必然需要较大的曲轴箱体。气门控制凸轮轴系与曲轴不同轴，需要复杂的传动协调结构，导致曲轴和气门控制体系体积庞大结构复杂，增大了发动机体积、重量和成本。综上，传统的发动机需要解决的技术问题如下：1、根据工况动态调节发动机工作气缸容积，保持最佳空燃比和上止点压力，使发动机循环始终处于最佳状态。2、减小连杆与活塞轴线偏角，从而减小活塞径向力，提高气缸活塞的机械效率，减小发动机横向震动；减小气缸活塞变形，改善活塞气缸组合的气密性；增大活塞连杆输出力臂长度，改善发动机扭矩特性。3、根据工况动态调节发动机缸径行程比，提高发动机适应能力，提升发动机能效水平。
技术实现思路
本专利技术基于上述技术问题提供了一种变排量活塞驱动机构及设计方法，以解决现有技术中存在的技术问题。本专利技术公开的一种可调斜盘式无曲轴变排量发动机，包括机体和主轴，还包括：活塞气缸组件，阵列分布在所述主轴的圆周方向上；斜盘安装座，与所述机体通过轴向移动副连接；斜盘安装座调节机构，其能够根据输入信息驱动所述斜盘安装座沿主轴轴线方向移动，以调整所述斜盘安装座的位置；斜盘；与所述斜盘安装座活动连接，其下部设置斜盘柄，所述斜盘外缘呈圆周阵列活动连接多根连杆，所述连杆底部活动连接活塞气缸组件的活塞；斜盘调节机构，分别与所述主轴和斜盘柄活动连接，所述斜盘调节机构用于将主轴转动转换为所述斜盘绕自身中心点的三维摆动，并通过连杆带动活塞气缸组件完成热工循环；同时，所述斜盘调节机构根据所述斜盘的位置调节斜盘的倾斜角度，进而改变活塞气缸的工作容积，并使活塞的上止点和下止点到气缸顶部的距离符合热工循环压缩比。进一步的，所述斜盘与斜盘安装座在斜盘的盘心处形成球削副连接。进一步的，所述斜盘调节机构包括：第一伸缩轴，其轴身与主轴的对应槽孔通过移动副连接；T形协调换向杆，包括互为垂直的纵向杆a和横向杆b，所述纵向杆a与所述斜盘柄通过转动副连接，所述T形协调换向杆的直角位置与第一伸缩轴上端通过转动副连接；协调修正杆a，其一端与所述横向杆b一端通过转动副连接；所述协调修正杆a的另一端与主轴连接。进一步的，所述斜盘调节机构还包括：第二伸缩轴，位于所述第一伸缩轴外侧，所述第二伸缩轴的轴身与主轴对应槽孔通过移动副连接；协调修正杆b，其一端与协调修正杆a另一端连接形成L形协调修正杆，L形协调修正杆的直角位置与第二伸缩轴上端通过转动副连接；修正杆，其下端与所述协调修正杆b通过转动副连接；所述修正杆上端与主轴上端通过转动副连接。进一步的，所述协调修正杆b、所述斜盘柄、所述修正杆和所述纵向杆a的长度相等；所述T形协调换向杆与所述协调修正杆a的连接点至所述T形协调换向杆直角点的长度和所述协调修正杆a的长度相等。进一步的，所述T形协调换向杆的横向杆b和纵向杆a为一体结构，所述纵向杆a的上端与斜盘柄通过球面副连接。进一步的，所述T形协调换向杆的横向杆b和纵向杆a为分体结构，所述纵向杆a的上端与斜盘柄通过球销副连接，纵向杆a的下端与所述横向杆b通过转动副连接。本专利技术公开的一种基于上述的变排量活塞驱动机构的设计方法，包括如下步骤：步骤1,设定斜盘移动位移q时，计算此时斜盘的倾斜角α；步骤2，在所述斜盘的倾斜角α时，计算活塞的相对位移ι及活塞压缩比ε。进一步的，所述步骤1中：设定斜盘的中心向上位移为q，则：q＝2a×[1-cos(α)]+2b×sin(α)-2a×[1-cos(α)]；α＝arcsin(q/2b)式(1)其中，a＝斜盘柄的长度＝纵向杆a的长度＝修正杆的长度＝协调修正杆b的长度；b＝协调修正杆a的长度＝横向杆b与协调修正杆a的连接点至所述T形协调换向杆直角点的长度。进一步的，所述步骤2中：设定活塞相对位移为ι，连杆与活塞轴线的夹角为β，斜盘倾斜角为零时,连杆与活塞轴线的夹角为β0，r为斜盘盘心球销副中心至连杆顶部球销副中心的长度；c为连杆上端球销副中心至活塞与连杆底部连接的球销副中心的距离；则：ι＝q-r×sin(α)+c×[cos(β0)-cos(β)]式(2)；所述式(2)与式(1)联立：ι＝(2b-r)×sin(α)+c×[cos(β0)-cos(β)]式(3)；活塞到气缸顶部的最大距离为2r×sin(α)+ι；活塞到气缸的最小距离为ι；活塞压缩比ε＝[2r×sin(α)+ι]/ι式(4)。采用上述技术方案，本专利技术产生的技术效果有：1、实现了发动机排量的动态调节，并始终维持发动机处于最佳压缩比，与供油系统配合可以实现最佳空燃比燃烧做功，极大的改善热工循环效率，降低发动机油耗和排放。2、同等行程条件下，极大的减小了连杆与活塞轴线的偏角，有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变排量活塞驱动机构，包括机体和主轴，其特征在于，还包括：活塞气缸组件，阵列分布在所述主轴的圆周方向上；斜盘安装座，与所述机体通过轴向移动副连接；斜盘安装座调节机构，其能够根据输入信息驱动所述斜盘安装座沿主轴轴线方向移动，以调整所述斜盘安装座的位置；斜盘；与所述斜盘安装座活动连接，其下部设置斜盘柄，所述斜盘外缘呈圆周阵列活动连接多根连杆，所述连杆底部活动连接活塞气缸组件的活塞；斜盘调节机构，分别与所述主轴和斜盘柄活动连接，所述斜盘调节机构用于将主轴转动转换为所述斜盘绕自身中心点的三维摆动，并通过连杆带动活塞气缸组件完成热工循环；同时，所述斜盘调节机构根据所述斜盘的位置调节斜盘的倾斜角度，进而改变活塞气缸的工作容积，并使活塞的上止点和下止点到气缸顶部的距离符合热工循环压缩比。

【技术特征摘要】
1.一种变排量活塞驱动机构，包括机体和主轴，其特征在于，还包括：活塞气缸组件，阵列分布在所述主轴的圆周方向上；斜盘安装座，与所述机体通过轴向移动副连接；斜盘安装座调节机构，其能够根据输入信息驱动所述斜盘安装座沿主轴轴线方向移动，以调整所述斜盘安装座的位置；斜盘；与所述斜盘安装座活动连接，其下部设置斜盘柄，所述斜盘外缘呈圆周阵列活动连接多根连杆，所述连杆底部活动连接活塞气缸组件的活塞；斜盘调节机构，分别与所述主轴和斜盘柄活动连接，所述斜盘调节机构用于将主轴转动转换为所述斜盘绕自身中心点的三维摆动，并通过连杆带动活塞气缸组件完成热工循环；同时，所述斜盘调节机构根据所述斜盘的位置调节斜盘的倾斜角度，进而改变活塞气缸的工作容积，并使活塞的上止点和下止点到气缸顶部的距离符合热工循环压缩比。2.根据权利要求1所述的变排量活塞驱动机构，其特征在于：所述斜盘与斜盘安装座在斜盘的盘心处形成球削副连接。3.根据权利要求1所述的变排量活塞驱动机构，其特征在于：所述斜盘调节机构包括：第一伸缩轴，其轴身与主轴的对应槽孔通过移动副连接；T形协调换向杆，包括互为垂直的纵向杆a和横向杆b，所述纵向杆a与所述斜盘柄通过转动副连接，所述T形协调换向杆的直角位置与第一伸缩轴上端通过转动副连接；协调修正杆a，其一端与所述横向杆b一端通过转动副连接；所述协调修正杆a的另一端与主轴连接。4.根据权利要求3所述的变排量活塞驱动机构，其特征在于：所述斜盘调节机构还包括：第二伸缩轴，位于所述第一伸缩轴外侧，所述第二伸缩轴的轴身与主轴对应槽孔通过移动副连接；协调修正杆b，其一端与协调修正杆a另一端连接形成L形协调修正杆，L形协调修正杆的直角位置与第二伸缩轴上端通过转动副连接；修正杆，其下端与所述协调修正杆b通过转动副连接；所述修正杆上端与主轴上端通过转动副连接。5.根据权利要求4所述的变排量活塞驱动机构，其特征在于：所述协调修正杆b、所述斜盘柄、所述修正杆和所述纵向杆a的...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳平，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50