具有液压致动锁定系统的可变压缩比发动机技术方案

本公开提供了“具有液压致动锁定系统的可变压缩比发动机”。提供了用于VCR发动机的方法和系统。在一个示例中，所述VCR发动机包括VCR机构，所述VCR机构利用与偏心轮接合的锁紧销以高压缩比或低压缩比机械地锁定发动机活塞。所述锁紧销的运动可以由控制所述VCR机构中液压的阀致动，其中改变所述液压调节所述锁紧销的接合/脱离。

【技术实现步骤摘要】
具有液压致动锁定系统的可变压缩比发动机
本说明书总体上涉及用于可变压缩比发动机的方法和系统。
技术介绍
在常规的车辆发动机中，气缸压缩比(CR)是固定的，其中在每个燃烧循环期间活塞在一致的上止点(TDC)和下止点(BDC)之间移动。如果将CR设置为低比率以在发动机操作期间传递最大功率，则低CR可能导致在轻发动机负载和转速期间不期望的过量燃料燃烧。相反，如果将CR设置为高比率以优先考虑燃料效率，则当要求增加扭矩时，发动机的功率输出可能会降级。为了减轻上述问题，发动机可以适于作为可变压缩比(VCR)发动机并且装备有各种机构以改变(例如，机械地改变)在活塞TDC和BDC之间的容积比。因此，可以随着发动机工况改变来调节CR。作为非限制性示例，VCR发动机可以适配有改装的VCR系统，其包括机械活塞位移改变装置(例如，偏心轮)，该机械活塞位移改变装置使活塞移动得更靠近或更远离气缸盖，从而改变燃烧室的大小。还有其他发动机可以机械地改变气缸盖容积。改装的VCR系统可以使具有固定压缩比的发动机能够重新配置以具有根据发动机操作而变化的可调节压缩比，从而提高车辆燃料经济性。在某些改装的VCR系统中，用于改变活塞位置的偏心轮可以由齿轮系统控制。齿轮系统可以旋转，进而使偏心轮旋转，从而导致活塞高度发生变化。然而，在齿轮系统旋转时，齿轮系统的各部件之间的摩擦可能产生不期望的声音，从而导致噪声、振动和粗糙性(NVH)问题。此外，齿轮系统的致动器驱动运动可能是昂贵的、在已经空间受限的舱室中占用空间并且增加发动机的重量。中国专利申请第CN205638695号中示出了一种解决NVH和致动器问题的示例方法。其中，VCR系统包括连接到活塞的杆组件，该杆组件的运动由偏心衬套致动。偏心衬套联接到杆组件的靠近活塞并且在曲轴远侧的端部。活塞的高度通过偏心衬套进行调节，并且活塞的位置通过液压致动的锁紧销保持。通过在活塞处于TDC时激活油泵，在低压缩比状态和高压缩比状态之间调节发动机，以在油室中产生抵消压缩弹簧弹力的液压，从而将锁紧销从偏心衬套的第一锁定孔中拉出。允许偏心衬套旋转，直到活塞处于所需的高度。停用油泵，从而消除液压并允许压缩弹簧将锁紧销滑入第二锁定孔。当将锁紧销插入到偏心衬套的第二锁定孔中时，偏心衬套的位置和活塞高度被保持。在不依赖复杂的机械致动系统的情况下，压缩比容易地在高比率和低比率之间变化。然而，本文的专利技术人已认识到此类系统的潜在问题。作为一个示例，将偏心衬套联接到连杆的与活塞联接的端部使偏心衬套定位在连杆的小端部(例如，小于相对端)。将偏心衬套添加到连杆的小端部增加了往复重量，这可能会在曲轴旋转期间导致质量失衡。曲轴上的质量失衡可能会导致NVH问题，特别是在发动机转速较高时。为了抵消由往复重量引起的力，可以在发动机上添加一个或多个平衡轴，或者，如果发动机已经具有平衡轴，则可以增加平衡的大小。一个或多个平衡轴可能产生摩擦，该摩擦消耗燃料能量来克服，从而抵消了通过实施VCR系统而获得的燃料经济益处，并增加了发动机的成本、复杂性和重量。
技术实现思路
在一个示例中，上述问题可以通过用于可变压缩比(VCR)机构的方法来解决，该VCR机构包括：具有第一棘爪和第二棘爪的偏心轮，该第一和第二棘爪布置在偏心轮的相对面上并围绕偏心轮的圆周相对于彼此成180度定位，该偏心轮被配置为在锁定位置和解锁位置之间调节；第一锁紧销，其被配置为插入到偏心轮的第一棘爪中并容纳在第一油室中；第二锁紧销，其被配置为插入到偏心轮的第二棘爪中并容纳在第二油室中；以及阀，其流体地联接到第一油室和第二油室。以这种方式，可以改变发动机压缩比而无需对发动机缸体进行修改并且不会引起NVH问题或无需实施昂贵且复杂的系统来致动压缩比的调节并向发动机提供质量平衡。作为一个示例，VCR发动机可以包括可旋转地联接到曲轴的曲柄销的偏心轮。每个偏心轮通过连杆连接到活塞，该连杆布置在连杆的远离活塞的端部，并且在偏心轮和活塞的基部之间延伸。偏心轮可以适配有第一狭槽和第二狭槽，该第一狭槽和第二狭槽被配置为分别与第一锁紧销和第二锁紧销配合。偏心轮可以替代地通过第一锁紧销与第一狭槽的接合而被锁定在第一位置，或者通过第二锁紧销与第二狭槽的接合而被锁定在第二位置。第一位置和第二位置对应于不同的活塞高度，因此对应于不同的压缩比。锁紧销的运动由储油器提供的液压控制，从而实现使用不会产生NVH效应或不会在发动机中引起质量失衡的简单系统来调节压缩比。应当理解，上述
技术实现思路
的提供是为了以简化形式引入在详细描述中进一步描述的系列概念。这并不意味着表示所要求保护的主题的关键或本质特征，所要求保护的主题的范围由在具体实施方式之后的权利要求唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决上文提及或本公开的任何部分中的任何缺点的实现方式。附图说明图1示出了其中可以通过可变压缩比(VCR)机构来改变压缩比的发动机系统的示例。图2示出了可以包括在图1的发动机系统中的曲轴的示意图，该曲轴联接到第一配置中的VCR机构。图3示出了图2的曲轴的示意图，其中VCR机构在第二配置中。图4示出了包括在VCR机构中的在第一位置中的偏心轮的横截面。图5示出了在第二位置中的偏心轮的横截面。图6示出了偏心轮的轮廓视图。图7示出了在第一位置中调节VCR机构中的液压的阀的示意图。图8示出了在第二位置中的图7的阀的示意图。图9示出了用于调节适配有VCR机构的发动机的压缩比的方法的示例。图10示出了在根据发动机工况调节发动机的压缩比的事件期间VCR发动机的示例操作。图4至图8大致按比例示出。具体实施方式以下描述涉及用于可变压缩比(VCR)发动机的系统和方法。VCR发动机可以通过允许随着发动机工况改变而使发动机压缩比变化来增加车辆燃料经济性。可以在相对较高的比率和相对较低的比率之间调节压缩比，以提供与扭矩需求匹配的发动机功率输出，同时减小发动机爆震的可能性。在低发动机负载和转速期间，可以通过调节压缩比来提高发动机的燃料经济性。图1中示出可以包括VCR机构以改变压缩比的发动机系统。可以基于液压和机械锁定装置的组合来调节压缩比。发动机系统可以具有包括多个曲柄销的非线性曲轴，如图2和图3所示。每个曲柄销可以联接到偏心轮，该偏心轮根据偏心轮相对于曲柄销的取向来改变活塞高度。偏心轮可以被调节到第一位置，如图2所示并且在图4中更详细地描绘。偏心轮也可以被调节到第二位置，如图3中所示并且在图5中更详细地描绘。图6中示出了偏心轮的轮廓视图，其示出了延伸穿过偏心轮的孔的布局的偏置。可以通过机械锁紧销将偏心轮锁定到第一位置或第二位置，该机械锁紧销滑入和滑出偏心轮中的往复槽或棘爪。锁紧销的运动可以由阀致动，该阀包括螺线管并调节VCR机构与储油器的流体连通，以利用由储油器提供的液压。该阀在图7中处于第一位置并且在图8中处于第二位置，分别对应于高压缩比和低压缩比。在图9中以用于改变压缩比的方法的示例描述了在发动机操作期间经由VCR机构对发动机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可变压缩比(VCR)机构，其包括：/n偏心轮，所述偏心轮具有第一棘爪和第二棘爪，所述第一棘爪和所述第二棘爪布置在所述偏心轮的相对面上并且围绕所述偏心轮的圆周相对于彼此成180度定位，所述偏心轮被配置为在锁定位置和解锁位置之间被调节；/n第一锁紧销，所述第一锁紧销被配置为插入所述偏心轮的所述第一棘爪中并容纳在第一油室中；/n第二锁紧销，所述第二锁紧销被配置为插入所述偏心轮的所述第二棘爪中并容纳在第二油室中；以及/n阀，所述阀流体地联接到所述第一油室和所述第二油室。/n

【技术特征摘要】
20190122 US 16/254,3611.一种可变压缩比(VCR)机构，其包括：
偏心轮，所述偏心轮具有第一棘爪和第二棘爪，所述第一棘爪和所述第二棘爪布置在所述偏心轮的相对面上并且围绕所述偏心轮的圆周相对于彼此成180度定位，所述偏心轮被配置为在锁定位置和解锁位置之间被调节；
第一锁紧销，所述第一锁紧销被配置为插入所述偏心轮的所述第一棘爪中并容纳在第一油室中；
第二锁紧销，所述第二锁紧销被配置为插入所述偏心轮的所述第二棘爪中并容纳在第二油室中；以及
阀，所述阀流体地联接到所述第一油室和所述第二油室。


2.如权利要求1所述的VCR机构，其还包括弹簧，所述弹簧联接到所述第一锁紧销和所述第二锁紧销中的每一者，所述弹簧在所述锁紧销上施加与通过液压在所述锁紧销上施加的力相反的力。


3.如权利要求1所述的VCR机构，其中当所述第一锁紧销与所述第一棘爪接合时，或者可选地，当所述第二锁紧销与所述第二棘爪接合时，所述偏心轮在所述锁定位置中，并且其中所述偏心轮联接到曲轴的曲柄销，所述曲柄销延伸穿过所述偏心轮的孔，并且联接到在所述偏心轮和活塞之间延伸的连杆的端部。


4.如权利要求3所述的VCR机构，其中轴承布置在所述偏心轮和所述曲柄销之间并且固定地联接到所述偏心轮。


5.如权利要求3所述的VCR机构，其中当所述第一室中的油压高于所述第二室中的油压并且所述第一锁紧销从所述第一油室突出，所述第一锁紧销与所述偏心轮的所述第一棘爪对齐时，所述偏心轮在所述锁定位置中，并且其中当所述第二室中的油压高于所述第一室中的油压并且所述第二锁紧销从所述第二油室突出，所述第二锁紧销与所述偏心轮的所述第二棘爪对齐时，所述偏心轮在所述锁定位置中。


6.如权利要求5所述的VCR机构，其中当所述第一锁紧销与所述偏心轮的所述第一棘爪接合时，所述偏心轮的较厚部分布置在所述曲轴的旋转轴线上方，对应于所述活塞的TDC位置，并且所述VCR机构在较高压缩比配置中，并且其中当所述第二锁紧销与所述偏心轮的所述第二棘爪接合时，所述偏心轮的较薄部分布置在所述曲轴的旋转轴线上方，对应于所述活塞的TDC位置，并且所述VCR机构在较低压缩比配置中。


7.一种用于可变压缩比(VCR)发动机的方法，其包括：
响应于调节所述VCR发动机的压缩比的命令，调节提供给VCR机构的液压，以使所述VCR机构的第一锁紧销和第二锁...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·乔蒂纳，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US