一种发动机及其可变升程压缩比连杆机构的制作方法

本实用新型涉及机械、热能、发动机技术领域，特别是涉及一种可变升程压缩比连杆机构。此外，本实用新型还涉及一种包括上述可变升程压缩比连杆机构的发动机。

背景技术：

压缩比表示了气体的压缩程度，它是气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。压缩过程中活塞上行，除了挤压混合气使之体积缩小之外，同时也发生了涡流和紊流两种现象。压缩比增加能有效的提高发动机的性能和效率。压缩比大表示发动机功率高、转矩大、油耗低，压缩时所产生的气缸压力与温度相对地提高，混合气中的汽油分子能汽化得更完全，颗粒能更细密，再加上刚才所说的涡流和紊流效果和高压缩比所得到的密封效果，使得在下一刻运动中，当火花塞跳出火花时就能使得这混合气在瞬间内完成燃烧的动作，释放出最大的爆发能量，来成为发动机的动力输出。但是较高的压缩比容易引起发动机爆震，并且高压缩比对油品的要求也相应提高。为了解决这一难题，可变压缩比技术随之诞生，采用可变压缩比技术的发动机可以实时根据发动机的不同工况控制不同的压缩比，进一步使得发动机在中低负荷工况下使用高压缩比提高发动机的燃油经济性和热效率；在高负荷工况下采用低压缩比防止发动机爆震，减轻发动由于爆震引起的不正常振动，延长发动机寿命，提高车辆乘坐舒适性。

由于可变压缩比技术具有巨大的优越性，其已经成为当前内燃机研究的一个热点方向，国内外一些高等院校和科研机构相继展开了对可变气门机构的研究工作。虽然目前实现可变压缩比技术机构的种类繁多，工作原理也不尽相同，但是迄今出现的可变压缩比技术的核心离不开改变缸盖的结构、改变气缸体结构，或者改变活塞以及曲柄连杆机构，由此演化出了多种多样的模式。各方案主要遇到的问题有机构产生的效果不够明显、可靠性不够、调节速度不够灵敏，调节不准、机构复杂以及成本过高等问题，导致现今仍无量产机型上市，可变压缩比技术难度可见一斑。

综上所述，如何有效地解决连杆机构的可变压缩比不明显等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种可变升程压缩比连杆机构，该可变升程压缩比连杆机构有效地解决了连杆机构的可变压缩比不明显等问题；本实用新型的另一目的是提供一种包括上述可变升程压缩比连杆机构的发动机。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种发动机的可变升程压缩比连杆机构，包括连杆下部、安装于所述连杆下部顶端的内孔中且与所述连杆下部固定连接的电机座、安装于所述电机座中心处的圆环体中且与所述电机座固定连接的电机定子、装入所述电机定子的中心孔中的电机转子、套装于所述电机转子和所述电机定子周围的内套、安装于所述连杆下部顶端且可沿所述连杆下部上下滑动的连杆上部，所述连杆上部的内壁与所述内套的外壁之间通过螺纹连接，所述内套上的安装孔与所述电机转子顶端的轴通过键连接。

优选地，所述电机座的上面安装有平面推力球轴承，所述平面推力球轴承与电机座的外圆环表面相接触，所述平面推力球轴承的上表面与所述内套的下表面接触连接。

优选地，所述连杆下部的顶端开设有环形凹槽，所述内套底部的外圆柱面上设置有横截面为矩形的圆环体式凸起，所述圆环体式凸起与所述内套的回转轴线共线，所述环形凹槽的安装面和所述圆环体式凸起平齐，所述环形凹槽和所述圆环体式凸起形成的安装槽内由下至上地安装有碟形压簧和挡圈。

优选地，所述挡圈为内外圆心不重合的圆弧所构成的刚性弹圈，其截面呈矩形，所述挡圈的下面与所述碟形压簧面接触，上面与所述环形凹槽的上台阶面接触；

所述碟形压簧为碟形中空的圆环形弹性件，且上部簧片凸出，下部簧片凹陷。

优选地，所述连杆上部底面上沿轴向有横截面为圆环形的导向板，所述连杆下部的顶面上有与所述导向板相配合的圆环形的导向孔，所述导向板插入所述导向孔且能够沿所述导向孔上下滑动。

优选地，所述电机座的底面上均匀地分布有四个结构相同的棱台形凸台，所述连杆的下部有与所述棱台形凸台相配合的棱台形凹坑。

优选地，所述内套顶部的安装孔处设置有键孔，所述内套与所述电机转子顶端的轴通过平键进行装配，所述内套外壁上设置有四圈与所述连杆上部的内螺纹相配合的外螺纹，所述外螺纹和所述内螺纹为三角形螺纹或梯形螺纹。

优选地，所述电机转子与所述内套连接的一端为键轴，与所述圆环体连接的一端为光轴，所述键轴与所述光轴之间设置有轴肩，所述键轴、所述轴肩与所述光轴的回转轴线共线，所述光轴的外径与所述电机定子中心孔的内径相同。

优选地，所述内套的安装孔的内底面与所述电机转子的轴肩顶端面接触连接，所述电机转子的轴肩的底面与所述电机定子圆环体的顶端面接触连接。

本实用新型还提供一种发动机，包括控制系统以及与所述控制系统连接的可变升程压缩比连杆机构，所述可变升程压缩比连杆机构具体为上述任一项所述的可变升程压缩比连杆机构。

本实用新型所提供的发动机的可变升程压缩比连杆机构，包括连杆下部、电机座、电机定子、电机转子、内套、连杆上部，电机座安装于连杆下部顶端的内孔中，且电机座与连杆下部固定连接。电机定子固定安装于电机座中心处的圆环体中，且电机定子与电机座固定连接。电机转子装入电机定子的中心孔，内套套装于电机转子和电机定子的周围。连杆上部安装于连杆下部顶端，且连杆上部可沿连杆下部上下滑动。连杆上部的内壁与内套的外壁之间通过螺纹连接，内套上的安装孔与电机转子顶端的轴通过键连接。

电机定子固定在电机座中心处的圆环体中，电机转子可以转动，由电机转子和电机定子组成的电机，是一种永磁式步进电机，通过由双环形脉冲信号、功率驱动电路、单片机等组成控制系统对电机进行调速，并且能控制电机实现正反转，电机内有自带的减速机构可以对电机的转速进行减速增扭矩。

可变升程压缩比连杆机构工作过程为：当发动机处于中低负荷工况时，需要高压缩比，发动机ECU控制系统控制单片机发出正脉冲，通过驱动器的分配与放大，最后驱动步进电机，使得步进电机正转，电机转子通过键轴带动内套转动，内套通过螺纹的连接作用并在连杆下部的的约束下进而带动连杆上部向上运动，连杆上部向上移动，使得连杆总长度变长，从而提高发动机的压缩比。

反之，当发动机处于高负荷工况时，需要低压缩比，发动机ECU控制系统控制单片机发出负脉冲，通过驱动器的分配与放大，最后驱动步进电机，使得步进电机反转，电机转子通过键轴带动内套转动，内套通过螺纹的连接作用并在连杆下部约束下进而带动连杆上部向下运动，连杆上部向下移动，使得连杆总长度变短，从而降低发动机的压缩比。

本实用新型所提供的可变升程压缩比连杆机构，可变升程压缩比连杆机构通过在连杆内加装电机机构来改变压缩比，可靠性能高，调节灵敏，安装方便，工艺性好；采用了螺旋机构啮合，实现可变压缩比无级，能够精确的控制压缩比，满足发动机在不同工况下的需要；对于整个发动机而言只对连杆内部进行相应的改动，并未涉及气缸盖，气缸体和曲轴等其他大部件，能极大地减少工艺成本，改造方便，结构简单，经济性高。

本实用新型还提供一种发动机，包括控制系统以及与控制系统连接的可变升程压缩比连杆机构，该可变升程压缩比连杆机构具体为上述任一种可变升程压缩比连杆机构。由于上述的可变升程压缩比连杆机构具有上述技术效果，具有该可变升程压缩比连杆机构的发动机也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中一种具体实施方式所提供的可变升程压缩比连杆机构的结构剖视图；

图2为图1中连杆下部的俯视图；

图3为图1中连杆下部的左视图；

图4为图1中内套的主视图；

图5为图1中电机转子的主视图；

图6为图1中A-A方向局部剖视图；

图7为图1中挡圈的主视图；

图8为图1中碟形压簧的剖视图；

图9为图1中平面推力球轴承的剖视图。

附图中标记如下：

1-连杆下部、2-电机座、3-平面推力球轴承、4-连杆上部、5-平键、6-内套、7-电机转子、8-电机定子、9-外螺纹、10-挡圈、11-碟形压簧、12-导向板、13-棱台形凹坑。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种可变升程压缩比连杆机构，该可变升程压缩比连杆机构有效地解决了连杆机构的可变压缩比不明显等问题；本实用新型的另一核心是提供一种包括上述可变升程压缩比连杆机构的发动机。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1至图9，图1为本实用新型中一种具体实施方式所提供的可变升程压缩比连杆机构的结构剖视图；图2为图1中连杆下部的俯视图；图3为图1中连杆下部的左视图；图4为图1中内套的主视图；图5为图1中电机转子的主视图；图6为图1中A-A方向局部剖视图；图7为图1中挡圈的主视图；图8为图1中碟形压簧的剖视图；图9为图1中平面推力球轴承的剖视图。

在一种具体实施方式中，本实用新型所提供的发动机的可变升程压缩比连杆机构，包括连杆下部1、电机座2、电机定子8、电机转子7、内套6、连杆上部4，电机座2安装于连杆下部1顶端的内孔中，且电机座2与连杆下部1固定连接。电机定子8固定安装于电机座2中心处的圆环体中，且电机定子8与电机座2固定连接，也就是电机座2的顶端面的中心处设置有用于安装电机定子8的圆环体，电机定子8安装在电机座22中心处的圆环体中为固定连接，因此电机定子8在平面上不能移动，电机定子8的底端面与圆环体内的电机座2接触连接，从而限制住电机定子8在轴向方向上的窜动。电机转子7装入电机定子8的中心孔，内套6套装于电机转子7和电机定子8的周围。连杆上部4安装于连杆下部1顶端，且连杆上部4可沿连杆下部1上下滑动。连杆上部4的内壁与内套6的外壁之间通过螺纹连接，内套6上的安装孔与电机转子7顶端的轴通过键连接。

电机定子8固定在电机座2中心处的圆环体中，电机转子7可以转动，由电机转子7和电机定子8组成的电机，是一种永磁式步进电机，通过由双环形脉冲信号、功率驱动电路、单片机等组成控制系统对电机进行调速，并且能控制电机实现正反转，电机内有自带的减速机构可以对电机的转速进行减速增扭矩。

可变升程压缩比连杆机构工作过程为：当发动机处于中低负荷工况时，需要高压缩比，发动机ECU控制系统控制单片机发出正脉冲，通过驱动器的分配与放大，最后驱动步进电机，使得步进电机正转，电机转子7通过键轴带动内套6转动，内套6通过螺纹的连接作用并在连杆下部1的的约束下进而带动连杆上部4向上运动，连杆上部4向上移动，使得连杆总长度变长，从而提高发动机的压缩比。

反之，当发动机处于高负荷工况时，需要低压缩比，发动机ECU控制系统控制单片机发出负脉冲，通过驱动器的分配与放大，最后驱动步进电机，使得步进电机反转，电机转子7通过键轴带动内套6转动，内套6通过螺纹的连接作用并在连杆下部1约束下进而带动连杆上部4向下运动，连杆上部4向下移动，使得连杆总长度变短，从而降低发动机的压缩比。

本实用新型所提供的可变升程压缩比连杆机构，可变升程压缩比连杆机构通过在连杆内加装电机机构来改变压缩比，可靠性能高，调节灵敏，安装方便，工艺性好；采用了螺旋机构啮合，实现可变压缩比无级，能够精确的控制压缩比，满足发动机在不同工况下的需要；对于整个发动机而言只对连杆内部进行相应的改动，并未涉及气缸盖，气缸体和曲轴等其他大部件，能极大地减少工艺成本，改造方便，结构简单，经济性高。

上述可变升程压缩比连杆机构仅是一种优选方案，具体并不局限于此，在此基础上可根据实际需要做出具有针对性的调整，从而得到不同的实施方式，电机座2的上面安装有平面推力球轴承3，平面推力球轴承3是一种只能承受轴向载荷，不能承受径向载荷的轴承。平面推力球轴承3与电机座2的外圆环表面相接触，平面推力球轴承3的上表面与内套6的下表面接触连接，使得内套6在工作时转动更加平顺，调节更加灵敏。

在上述具体实施方式的基础上，本领域技术人员可以根据具体场合的不同，对可变升程压缩比连杆机构进行若干改变，连杆下部1的顶端孔壁上开设有环形凹槽，内套6底部的外圆柱面上设置有圆环体式凸起，圆环体式凸起横截面为矩形，结构简单，易于加工。圆环体式凸起与内套6的回转轴线共线，中心对称，转动平稳。环形凹槽的安装面和圆环体式凸起平齐，易于安装碟形压簧11和挡圈10。环形凹槽和圆环体式凸起形成的安装槽内由下至上地安装有碟形压簧11和挡圈10，内套6底部的圆环体式凸起受挡圈10和碟形压簧11向下的压力固定在连杆下部1顶端的圆形孔内，内套6的上部通过螺纹连接装入连杆上部4的底端内孔中。并且，电机座2上外圆环表面与平面推力球轴承3相接，平面推力球轴承3上表面与内套6下表面的外圆环面相接，而内套6底部的圆环体式凸起受挡圈10和碟形压簧11向下的压力，因此限制住了电机座2在轴向方向上的窜动，也限制住了平面推力球轴承3在轴向方向上的移动，使平面推力球轴承3上表面与内套6下表面的外圆环面相接，结构较为稳定。

显然，在这种思想的指导下，本领域的技术人员可以根据具体场合的不同对上述具体实施方式进行若干改变，挡圈10为内外圆心不重合的圆弧所构成的刚性弹圈，具有一定弹性，具有调节性。挡圈10的截面可以呈规则矩形，结构简单，易于加工。挡圈10装配后为面接触，也就是说装配后挡圈10的下面与碟形压簧11面接触，上面与环形凹槽的上台阶面接触，起到防止碟形压簧11移位作用。碟形压簧11可以为形状类似碟形中空的圆环形弹性件，且上部簧片凸出，下部簧片凹陷，增强弹性。挡圈10配合碟形压簧11使用还具有固定和稳定内套6的作用。

需要特别指出的是，本实用新型所提供的可变升程压缩比连杆机构不应被限制于此种情形，整体连杆分割成连杆上部4和连杆下部1两个部分，连杆上部4底面上沿轴向有横截面为圆环形的导向板12，连杆下部1的顶面上有与导向板12相配合的圆环形的导向孔，也就是连杆下部1的顶端环形面上沿轴向有横截面为圆环形的导向孔，导向板12插入导向孔且能够沿导向孔上下滑动，连杆上部4的导向板12与连杆下部1的圆环形导向孔形成滑动连接，连杆上部4能够在轴向方向上上下移动，通过导向板12和导向孔的导向作用，可以使连杆上部4和连杆下部1滑动更加稳定，两者不易脱离。

本实用新型所提供的可变升程压缩比连杆机构，在其它部件不改变的情况下，电机座2为圆盘类结构件，电机座2的底面上有棱台形凸台，棱台形凸台的数量不受限制，可以为多个，比如设置四个，四个结构相同的棱台形凸台均匀地分布，连杆的下部有与棱台形凸台相配合的棱台形凹坑13，也就是连杆的下部的圆环形的底面上均匀地设置有结构相同的棱台形凹坑13，用来固定电机座2的棱台形凸台，棱台形凸台和棱台形凹坑13结构相对应，位置对正，限制了电机座2在连杆下部1顶端内孔中平面内的转动，实现电机座2和连杆下部1的固定连接，结构简单，易于实现。

对于上述各个实施例中的可变升程压缩比连杆机构，内套6为圆筒形结构件，内套6顶部的安装孔处设置有键孔，内套6与电机转子7顶端的轴通过平键5进行装配，平键5连接传递转矩，电机转子7通过键轴带动内套6转动，易于实现，并且结构简单，拆装方便，对中性好。

内套6外壁上设置有外螺纹9，连杆上部4内壁上设置有内螺纹，内螺纹和外螺纹9相配合，当连杆上部4沿连杆下部1滑动时，连杆上部4绕内套6旋转，稳定性较好。内螺纹和外螺纹9的圈数不受限制，可以根据具体使用情况的不同自行设定，比如设置四圈。外螺纹9和内螺纹的形状不受限制，可以为三角形螺纹，也可以为梯形螺纹，此时螺纹的形状为三角形或梯形，还可以是其它适宜的形状，都在本实用新型的保护范围内。

为了进一步优化上述技术方案，电机转子7与内套6连接的一端为键轴，与圆环体连接的一端为光轴，键轴与光轴之间设置有轴肩，键轴、轴肩与光轴的回转轴线共线，易于安装定位。光轴的外径与电机定子8中心孔的内径相同，装配精度较好，运动平稳，不易晃动。

在上述各个具体实施例的基础上，内套6的安装孔的内底面与电机转子7的轴肩顶端面接触连接，电机转子7的轴肩的底面与电机定子8圆环体的顶端面接触连接，防止电机转子7和电机定子8在轴向方向上的窜动，从而使电机固定在电机座2上。

基于上述实施例中提供的可变升程压缩比连杆机构，本实用新型还提供了一种发动机，该发动机包括控制系统以及与控制系统连接的可变升程压缩比连杆机构，其中可变升程压缩比连杆机构为上述实施例中任意一种可变升程压缩比连杆机构。由于该发动机采用了上述实施例中的可变升程压缩比连杆机构，所以该发动机的有益效果请参考上述实施例。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语上、下、底部等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。