一种可变排量式两冲程可变压缩比发动机的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明为一种可变排量式两冲程可变压缩比发动机，其特征是缸盖和缸套都可以上下移动，进、排气口在缸套上，缸套的上下移动改变了进、排气口到缸盖的距离，汽缸内可压缩气体的有效容积发生了改变，从而改变发动机的排量，缸盖的上下移动改变了缸盖与活塞上止点的距离因而改变了压缩比，在ECU的控制下为发动机各种工况提供最合适的压缩比和排量，保证气缸内的燃油处于最佳燃烧状态，不仅可以提高汽车的动力性能，还可以使发动机节油、降低有害物质排放。
【背景技术】
[0002]现今的发动机全部为固定压缩比和固定排量的，经过几十年的技术革新性能已堪称完美，但其缺陷也非常明显，就是固定压缩比和固定排量不能适应车辆行驶所有工况要求，致使能效、排放等指标不能进一步提高。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是实现发动机的压缩比和排量连续可调，提高汽车的动力性能，节能减排，其特征是本发动机由上盖(I)、缸体(2)、缸套(3)、缸盖(4)、活塞(5)、连杆(6)、曲轴(7)、进气口(8)、排气口(9)、进气道(10)、排气道(I I)、冷却水道(12)、喷油嘴
(13)、火花塞(14)、主执行器(15)、副执行器(16)和软管(17)组成(见图1)，缸盖(4)下部为圆柱形插入到缸套(3)中并通过活塞环和密封圈将缸套(3)密封，缸盖(4)上部为圆柱形穿过上盖(I)可以上下滑动并通过密封圈将上盖(I)密封，上盖(I)通过螺栓固定在缸体(2)上，缸盖(4)受副执行器(16)驱动可以沿汽缸轴向上下移动，缸盖(4)的移动改变了缸盖⑷与活塞上止点的距离，因而改变了压缩比，缸盖⑷内装配了喷油嘴(13)和火花塞(14)，喷油嘴(13)和火花塞(14)上部外漏在缸盖(4)之外便于连接油管和电缆，当缸盖(4)移动时喷油嘴(13)和火花塞(14)跟随一起移动，喷油嘴(13)通过高压油轨和高压软管与高压油泵连接，缸套(3)为中空的圆柱形装配在缸体(2)内的圆孔中可以上下移动并通过活塞环和密封圈将缸体(2)密封，避免机油泄漏到进、排气道内，缸套(3)受主执行器(15)驱动可以上下移动，缸套(3)的上下移动改变了进、排气口到缸盖(4)的距离，改变了汽缸内有效容积，因而可以改变发动机的排量，缸套(3)上有进气口(8)和排气口(9)，且排气口(9)的位置比进气口(8)的位置高，缸体(2)上有进气道(10)和排气道(11)，进气道(10)和排气道(11)开口尺寸很大，进气口(8)和排气口(9)在最低位置和最高位置仍然在进气道(10)和排气道(11)范围内，不管缸套(3)移动到何位置，外部压缩空气可以通过进气道(10)和进气口(8)进入汽缸内，做功后的废气可以通过排气口(9)和排气道(11)排出汽缸，缸套(3)内有冷却水道(12)经软管(17)与水泵连接，主执行器(15)和副执行器(16)受发动机ECU控制，在不同工况下控制主执行器(15)和副执行器(16)运动到最合适的位置，为发动机提供最合适的压缩比和排量，活塞(5)、连杆(6)和曲轴(7)的结构与普通发动机相同；对于多缸发动机而言，一个缸体(2)有多个圆孔，每个圆孔中装配一个缸套[3]，每个缸套(3)中装配一个缸盖(4)，每个缸套(3)上有各自独立的进、排气口与独立的进、排气道相连，各个缸套及缸盖分别由一套主执行器和一套副执行器控制(见图2)。
[0004]缸套(3)在最低位置时，进、排气口的位置最低，汽缸封闭住的气体最多，有效容积最大，发动机的排量最大，缸套⑶在最高位置时，进、排气口的位置最高，汽缸封闭住的气体最少，有效容积最小，发动机的排量最小，当发动机排量变大时缸盖(4)应适当向上移动减小压缩比避免爆震，当发动机排量变小时缸盖(4)应适当向下移动增大压缩比使发动机点火容易避免熄火，发动机排量改变时压缩比必需跟着改变，否则就会导致发动机不能正常工作。
[0005]主执行器(15)可以是油缸、滑块或者是电机驱动的丝杠结构等等，各种结构都能实现，这里主要介绍一种油缸驱动的主执行器的结构，由油缸1(25)和主连接板(18)组成(见图4)，油缸I (25)对称布置在缸套(3)两侧并通过螺栓与主连接板(18)连接(见图3)，油缸I (25)的缸筒直接在缸体(2)上加工而成，进油口和出油口在缸体(2)上，油缸I (25)是双向移动的油缸可以驱动主连接板(18)上下移动，油缸1(25)受ECU控制移动并且可以在任何位置停住，通过主连接板(18)带动缸套(3)上下移动，缸套(3)主要承受的是活塞往复运动时的摩擦力，油缸1(25)需要克服这个摩擦力。
[0006]副执行器有两种结构:
[0007]第一种副执行器(16)的结构由滑板(20)、副连接板(19)、弹簧(24)和油缸11(23)组成(见图5、图6、图7)，副连接板(19)通过螺栓与缸盖(4)固定，弹簧(24)装配在副连接板(19)和上盖(I)上将副连接板(19)向上推，油缸II (23)装配在上盖(I)上并与滑板(20)连接，滑板(20)上有斜面(21)，缸盖(4)上有凸台(22)，凸台(22)上也有与斜面(21)角度相同的斜面，滑板(20)的斜面与凸台(22)的斜面相互配合，当滑板(20)受油缸II (23)驱动向前移动时，缸盖(4)向下移动，压缩比增加，当滑板(20)受油缸II (23)驱动向后移动时，滑板(20)将缸盖(4)释放，缸盖⑷受弹簧(24)的推力向上移动压缩比减小，滑板(20)的上表面与上盖(I)滑动连接，做功冲程和压缩冲程时的冲击力通过缸盖
(4)和滑板(20)传递给上盖(I)，上盖(I)承受很大的冲击力，所以上盖(I)要设计得很强，上盖(I)通过螺栓与缸体(2)连接。
[0008]第二种副执行器(16)的结构由控制板(26)、弹簧(24)和驱动机构组成(见图8、图9、图10和图11)，控制板(26)上有圆孔，缸盖(4)穿过圆孔装配在控制板(26)上并直接与缸盖(4)的凸台上表面接触，当控制板(26)向下移动时，推动缸盖(4)向下移动，压缩比增加，当控制板(26)向上移动时，缸盖(4)受弹簧(24)的推力向上移动压缩比减小，驱动机构有四种方式，第一种为滑块式驱动(见图8)，滑块(27)对称布置在控制板(26)的两侧，滑块(27)有斜面，控制板(26)上也有角度一致的斜面，滑块(27)受油缸驱动可以带动控制板(26)移动，滑块(27)上表面与上盖(I)滑动连接，第二种为凸轮驱动(见图9)，凸轮(28)对称布置在控制板(26)两侧，凸轮(28)转动驱动控制板(26)移动，第三种为凸轮加连接块驱动方式，在凸轮(28)外面套上一个连接块(29)，凸轮(28)的转动带动连接块(29)上下移动，连接块(29)与控制板(26)平面连接，驱动控制板(26)移动，第四种为油缸驱动方式，油缸III (30)对称布置在控制板(26)两侧，控制板(26)受油缸111(30)驱动可以移动。
[0009]本发明的可变排量式两冲程可变压缩比发动机可以设计成对称布局，即对置发动机，对置发动机的第一种结构(见图12)，两个发动机对称布置在曲轴的两侧，共用一根曲轴，且每组连杆(6)连接在同一个曲轴(7)的连杆轴径上，相位角相同，每组活塞同步运动，好处是一对活塞做功的同时直接为另外一个活塞压缩冲程提供动力，能量传递效率高，对曲轴的冲击力小，发动机运转平稳，发动机需要成对汽缸配置；对置发动机的第二种结构(见图12)，两个发动机对称布置在曲轴的两侧，共用一根曲轴，且每组连杆(6)连接在不同的连杆轴径上，相位角相差180度，每组活塞相对运动，好处是对置的两个汽缸同时做功，同时压缩，将振动和冲击力完全平衡掉了，发动机运转平稳，震动小。
[0010]本发明的双曲轴的两冲程可变压缩比发动机的结构(见图14)，动力通过双曲轴输出，两个曲轴(7)平行的对称布置在汽缸两侧，通过两根等长度的连接杆(35)与曲轴(7)和连杆(6)连接，两根曲轴(7)通过一对相互啮合的齿轮(36)连接，转动方向相反转速相同，动力通过其中一根曲轴传递给变速箱，好处是完全抵消了活塞的侧向力，活塞摩擦力非常小，不仅可以提高活塞和汽缸的寿命，而且还可以省油。
[0011]本发明的可变排量式两冲程可变压缩比发动机的活塞结构，由活塞主体(31)和裙部(32)组成，活塞主体(31)材料厚承受燃油爆炸时的冲击力和汽缸侧向力，活塞主体
(31)上有连杆销孔(34)，裙部(32)材料薄受力小，作用是封闭进、排气口，为了给活塞环和活塞提供良好的润滑，活塞裙部(32)暴露在缸套下边界之外(见图15)，活塞的外面可以沾上润滑油为活塞提供良好的润滑，活塞裙底上止点低于进、排气口，保证将进、排气口封闭，且活塞裙底上止点与活塞环最低位置相当，可以保证活塞环沾上润滑油，为活塞环提供良好润滑。
[0012]本发明的可变排量式两冲程可变压缩比发动机，压缩比可以从8到25甚至更大范围自由变化，发动机的排量也可以连续变化，采用缸内直喷两冲程设计，不仅可以改掉两冲程发动机污染高的问题，还提高发动机的燃油效率，降低有害物质排放，尤其适合HCCI技术在本发动机上应用，经验证明发动机压缩比的改变可以明显提高发动机效率，降低有害物质排放。
[0013]有益效果
[0014]本发明的可变排量式两冲程可变压缩比发动机，压缩比可以从8到25甚至更大范围自由变化，发动机的排量也可以连续变化，采用缸内直喷两冲程设计，不仅可以改掉两冲程发动机污染高的问题，还提高发动机的燃油效率，降低有害物质排放，尤其适合HCCI技术在本发动机上应用，通过控制压缩比和发动机排量的变化，扩大发动机的HCCI的带宽，使发动机在全程可以以HCCI方式工作。
【附图说明】
[0015]图1为可变排量式两冲程可变压缩比发动机的原理图，其中包含可移动的缸盖
(4)和可移动的缸套(3)。
[0016]图2为两汽缸的可变排量式两冲程可变压缩比发动机的结构图，由两个汽缸组成。
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