一种发动机排量可变装置、发动机及车辆的制作方法

1.本发明涉及汽车发动机技术领域，具体涉及一种发动机排量可变装置、发动机及车辆。


背景技术：

2.随着发动机燃油耗法规日益严格，对汽油机热效率提出了更高的要求。其中，发动机排量可变能够有效兼顾发动机的动力性和经济性，从而有效提高热效率的上限。汽油机可变排量装置是进一步突破动力性和经济性的重要技术措施，因此，可变排量装置的设计及应用显得十分重要。
3.现有技术中，可变排量装置主要通过配气机构实现在个别工况下的停缸，其主要是以减少做功的汽缸数来实现排量的可变性。虽然能实现排量的变更，但是会影响发动机运行的平稳性，加剧发动机的振动，且还会增加各缸磨损的不均匀性。
4.cn 103047002a 中公开了一种连杆轴颈偏心套可变压缩比装置，包括曲轴、活塞连杆总成、偏心轴套总成、传动轴及齿轮总成以及驱动器总成，其中，曲轴为盘形曲轴，包括由前至后依次连接的曲轴前端轴颈、第一盘形主轴颈、多个连杆轴颈、多个第二盘形主轴颈和曲轴后端轴颈，各盘形主轴颈上设有中心线与曲轴中心线不重合的传动轴及齿轮总成，各连杆轴颈上可旋转地套置有偏心轴套总成，偏心轴套总成与传动轴及齿轮总成形成齿轮连接，驱动器总成连接并驱动传动轴及齿轮总成旋转，从而转动各偏心轴套总成，实现发动机各缸压缩比的同步改变。该装置具有曲轴强度高、偏心套自锁能力强、发动机压缩比调节范围大、可靠性高和工作寿命长的优点。但该装置中的齿轮副较多且驱动力是从前到后的接力式传递，容易出现齿轮配合失效，导致驱动力传递不同步的问题，且还存在结构复杂的缺陷。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种发动机排量可变装置、发动机及车辆，以解决发动机的排量在较大范围内实现连续可调的问题，以改善发动机的动力性和经济性。
6.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种发动机排量可变装置，包括曲轴和曲轴箱，所述曲轴的主轴颈上设有至少两个油孔，分别与所述曲轴箱上的主油道孔相连通，形成至少两条独立油道；所述曲轴的连杆轴颈上套装有偏心轴套，所述偏心轴套包括偏心部分和叶轮部分，所述偏心部分用于套装发动机连杆的大头；所述曲轴的曲柄臂上设有盖板，所述盖板与所述曲柄臂组成有转子腔，所述叶轮部分位于所述转子腔中，并通过叶轮部分的叶片将转子腔分成至少两个独立腔室，每一个所述独立腔室分别与一个所述独立油道相连通；所述主油道孔与独立油道之间设有阀，通过阀调节从主油道孔分别流向独立油道中的油的流量和压力，使得分别流入独立腔室中的油的流量和压力不同，推动叶片带动偏
心轴套转动，进而改变曲拐的半径，实现发动机排量的改变。
7.优选的，所述油孔在曲轴的主轴颈上呈规律布置，布置的规律为，对于相邻两个所述的主轴颈，在其中一个所述的主轴颈上设有一供二油孔，并与曲轴箱上的主油道孔相连通，在另一个所述的主轴颈上设有两个所述的油孔，分别与曲轴箱上的主油道孔相连通，形成两条所述的独立油道。
8.优选的，所述盖板与所述曲柄臂组成有两个所述的转子腔，通过叶轮部分的两个叶片将两个转子腔分成四个独立腔室，两个所述的转子腔沿径向呈对称分布，沿叶轮部分呈径向相对的两个独立腔室为一组独立腔室，两组独立腔室分别与两条独立油道相连通。
9.优选的，所述偏心轴套包括上半偏心轴套和下半偏心轴套，两者互为镜像对称；所述上半偏心轴套包括上半偏心部分和上半叶轮部分，所述下半偏心轴套包括下半偏心部分和下半叶轮部分；所述上半叶轮部分与所述下半叶轮部分各设有一个所述的叶片，叶片分别位于两个转子腔中。
10.优选的，与设有两个所述油孔的主轴颈相连的曲柄臂上设有两个斜油孔，其中一个所述斜油孔的一端通过曲轴内的油道与一个所述的油孔相连通，另一端与其中一组独立腔室相连通，另一个所述斜油孔的一端通过曲轴内的油道与另一个所述的油孔相连通，另一端与另一组独立腔室相连通。
11.优选的，与设有两个所述油孔的主轴颈相连的曲柄臂上在靠近所述连杆轴颈的一侧设有所述的盖板；所述盖板包括第一盖板和第二盖板，两者通过螺钉固定在所述曲柄臂上；所述第一盖板和第二盖板的侧壁上分别形成有两条独立的第一油槽，所述第一盖板与所述第二盖板上的两两相互靠近的第一油槽与所述曲柄臂的侧壁共同组成一个所述的转子腔，另外两两相互靠近的第一油槽与所述曲柄臂的侧壁共同组成另一个所述的转子腔。
12.优选的，所述第一盖板和所述第二盖板的侧壁上还分别形成有两条独立的第二油槽，所述第一盖板与所述第二盖板上的两两相互靠近的第二油槽与所述曲柄臂的侧壁共同组成第一油道，另外两两相互靠近的第二油槽与所述曲柄臂的侧壁共同组成第二油道，所述第一油道和第二油道相互独立；所述第一油道的第一油孔与其中一个所述的斜油孔相连通，所述第一油道的两端分别与一组径向相对的两个独立腔室相连通；所述第二油道的第二油孔与另一个所述的斜油孔相连通，所述第二油道的两端分别与另一组径向相对的两个独立腔室相连通。
13.优选的，所述曲轴包括前端轴和后端轴，所述前端轴和后端轴之间轴向设置有多个所述的主轴颈，相邻两个主轴颈之间设有所述的连杆轴颈，所述主轴颈和所述连杆轴颈之间通过所述的曲柄臂相连，所述连杆轴颈上设有与所述的一供二油孔相连通的第一斜油孔；所述主轴颈的数量为四个，所述连杆轴颈的数量为五个，所述主轴颈、连杆轴颈和曲柄臂均以中间的一个主轴颈为中心呈对称布置；用于固定盖板的所述曲柄臂呈类斧头型构造，其余所述的曲柄臂的纵向截面呈椭
圆形构造。
14.本发明还提供了一种发动机，包括本发明所述的发动机排量可变装置。
15.本发明还提供了一种车辆，包括本发明所述的发动机。
16.本发明的有益效果：1）本发明的发动机排量可变装置，通过在曲轴的主轴颈上设置至少两个分别与曲轴箱上的主油道孔相连通的油孔，在连杆轴颈上套装偏心轴套，使偏心轴套的偏心部分用于套装发动机连杆大头，并设置盖板与曲柄臂之间形成转子腔，使偏心轴套的叶轮部分位于转子腔中，并通过叶轮部分的叶片将转子腔分成至少两个独立腔室，独立腔室分别与独立油道相连通，同时在主油道孔与独立油道之间设置阀，通过阀来调节分配从主油道孔分别流向独立油道中的油的流量和压力，使得分别流入独立腔室中的油的流量和压力不同，来推动叶轮带动偏心轴套转动，进而改变曲拐的半径，从而实现活塞行程的改变，达到了发动机排量改变的目的。解决了发动机的排量在较大范围内实现连续可调的问题，改善了发动机的动力性和经济性，在汽车发动机技术领域具有推广应用价值；2）本发明的发动机排量可变装置，通过以发动机上本有的润滑油作为可变机构的驱动源，不需要在新增其它驱动机构，具有结构简单、紧凑的优点，同时对原有发动机的设计改动较小，既可以实现发动机排量的连续可变，且排量可变的主要执行机构均集中在曲轴总成上，极大的提高了系统的稳定性、模块化使用的推广性和普及性，不仅提高了内燃机的热效率，还保证了燃油经济性，在汽车发动机技术领域具有推广应用价值。
附图说明
17.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明与活塞连接的截面的结构示意图；图3为本发明的曲轴的结构示意图；图4为图3中沿a-a处的剖视图；图5为本发明的曲轴与偏心轴套和盖板装配的结构示意图；图6为图5中b处的分解图；图7为上半偏心轴套的结构示意图；图8为图7的主视图；图9为图7的左视图；图10为下半偏心轴套的结构示意图；图11为图10的主视图；图12为图10的左视图；图13为第一盖板的结构示意图；图14为第二盖板的结构示意图；图15为发动机排量变大的原理图；图16为图15中机油压力控制阀内部阀芯的位置结构示意图；图17为图15中沿c-c处的剖视图；图18为发动机排量变小的原理图；图19为图18中机油压力控制阀内部阀芯的位置结构示意图；
图20为图18中沿c-c处的剖视图；图21为发动机排量不变时，机油压力控制阀内部阀芯的位置结构示意图。
18.其中，1-曲轴箱，101-主油道孔；2-主轴颈，201-油孔，202-一供二油孔；3-连杆轴颈，301-第一斜油孔；4-发动机连杆；5-曲柄臂，501-斜油孔；6-叶片；7-阀，701-阀芯；8-上半偏心轴套，801-上半偏心部分，802-上半叶轮部分；9-下半偏心轴套，901-下半偏心部分，902-下半叶轮部分；10-第一盖板；11-第二盖板；12-螺钉；13-第一油槽；14-第二油槽；15-第一油孔；16-第二油孔；17-前端轴；18-后端轴；19-ecu；20-活塞；21-第一上转子腔；22-第一下转子腔；23-第二上转子腔；24-第二下转子腔。
具体实施方式
19.以下将参照附图和优选实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
20.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
21.图1至图14所示，一种发动机排量可变装置，包括曲轴和曲轴箱1，曲轴的主轴颈2上设有至少两个油孔201，分别与曲轴箱1上的主油道孔101相连通，形成至少两条独立油道；曲轴的连杆轴颈3上套装有偏心轴套，偏心轴套包括偏心部分和叶轮部分，偏心部分用于套装发动机连杆4的大头；曲轴的曲柄臂5上设有盖板，盖板与曲柄臂5组成有转子腔，叶轮部分位于转子腔中，并通过叶轮部分的叶片6将转子腔分成至少两个独立腔室，每一个独立腔室分别与一个独立油道相连通；主油道孔101与独立油道之间设有阀7，通过阀7调节从主油道孔101分别流向独立油道中的油的流量和压力，使得分别流入独立腔室中的油的流量和压力不同，推动叶片6带动偏心轴套转动，进而改变曲拐的半径，实现发动机排量的改变。
22.通过在曲轴的主轴颈上设置至少两个分别与曲轴箱上的主油道孔相连通的油孔，在连杆轴颈上套装偏心轴套，使偏心轴套的偏心部分用于套装发动机连杆大头，并设置盖板与曲柄臂之间形成转子腔，使偏心轴套的叶轮部分位于转子腔中，并通过叶轮部分的叶片将转子腔分成至少两个独立腔室，独立腔室分别与独立油道相连通，同时在主油道孔与独立油道之间设置阀，通过阀来调节分配从主油道孔分别流向独立油道中的油的流量和压力，使得分别流入独立腔室中的油的流量和压力不同，来推动叶轮带动偏心轴套转动，进而改变曲拐的半径，从而实现活塞行程的改变，达到了发动机排量改变的目的。解决了发动机的排量在较大范围内实现连续可调的问题，改善了发动机的动力性和经济性。
23.本实施例中，阀7为机油压力控制阀，机油压力控制阀与ecu19电连接，通过ecu19
将信号输送给机油压力控制阀，对流向独立腔室中的机油流量和压力进行调节分配。
24.油孔201在曲轴的主轴颈2上呈规律布置，布置的规律为，对于相邻两个主轴颈2，在其中一个主轴颈2上设有一供二油孔202，并与曲轴箱1上主油道孔101相连通，在另一个主轴颈2上设有两个油孔201，分别与曲轴箱1上主油道孔101相连通，形成两条的独立油道。
25.通过在未设置一供二油孔的主轴颈上设置油孔，并呈规律布置，保证了曲轴的强度和曲轴转动的平衡性，且方便了油路的设置。
26.盖板与曲柄臂5组成有两个的转子腔，通过叶轮部分的两个叶片6将两个转子腔分成四个独立腔室，两个转子腔沿径向呈对称分布，沿叶轮部分呈径向相对的两个独立腔室为一组独立腔室，两组独立腔室分别与两条独立油道相连通。
27.偏心轴套包括上半偏心轴套8和下半偏心轴套9，两者互为镜像对称；上半偏心轴套8包括上半偏心部分801和上半叶轮部分802，下半偏心轴套9包括下半偏心部分901和下半叶轮部分902；上半叶轮部分802与下半叶轮部分902各设有一个的叶片6，叶片6分别位于两个转子腔中。
28.本实施例中，上半叶轮部分上的叶片设在顶端位置，下半叶轮部分上的叶片设在底端位置。叶轮部分的轴颈和内孔没有偏心，发动机行程可变的范围约等于偏心轴套的偏心部分的偏心量。
29.与设有两个油孔201的主轴颈2相连的曲柄臂5上设有两个斜油孔501，其中一个斜油孔501的一端通过曲轴内的油道与一个油孔201相连通，另一端与其中一组独立腔室相连通，另一个斜油孔501的一端通过曲轴内的油道与另一个油孔201相连通，另一端与另一组独立腔室相连通。
30.图2中，阀7调节分配从主油道孔101分别流过两个油孔201中的油的流量和压力，使得分别从两个斜油孔流入两组独立腔室中的油的流量和压力不同，来推动叶轮6使偏心轴套转动，偏心轴套上的偏心部分的转动方向和转动的角度不同，带动连杆向上或向下移动，进而改变曲拐的半径，从而实现活塞20行程的改变，达到发动机排量调节的目的。
31.与设有两个油孔201的主轴颈2相连的曲柄臂5上在靠近连杆轴颈3的一侧设有盖板；盖板包括第一盖板10和第二盖板11，两者通过螺钉12固定在曲柄臂5上；第一盖板10和第二盖板11的侧壁上分别形成有两条独立的第一油槽13，第一盖板10与第二盖板11上的两两相互靠近的第一油槽13与曲柄臂5的侧壁共同组成一个的转子腔，另外两两相互靠近的第一油槽13与曲柄臂5的侧壁共同组成另一个的转子腔。
32.第一盖板10和第二盖板11的侧壁上还分别形成有两条独立的第二油槽14，第一盖板10与第二盖板11上的两两相互靠近的第二油槽14与曲柄臂5的侧壁共同组成第一油道，另外两两相互靠近的第二油槽14与曲柄臂5的侧壁共同组成第二油道，第一油道和第二油道相互独立；第一油道的第一油孔15与其中一个斜油孔501相连通，第一油道的两端分别与一组径向相对的两个独立腔室相连通；第二油道的第二油孔16与另一个斜油孔501相连通，第二油道的两端分别与另一组径向相对的两个独立腔室相连通。
33.本实施例中，第一油孔和第二油孔分别位于第一盖板和第二盖板上。
34.曲轴包括前端轴17和后端轴18，前端轴17和后端轴18之间轴向设置有多个主轴颈2，相邻两个主轴颈2之间设有连杆轴颈3，主轴颈2和连杆轴颈3之间通过曲柄臂5相连，连杆轴颈3上设有与一供二油孔202相连通的第一斜油孔301；主轴颈2的数量为四个，连杆轴颈3的数量为五个，主轴颈2、连杆轴颈3和曲柄臂5均以中间的一个主轴颈2为中心呈对称布置；用于固定盖板的曲柄臂5呈类斧头型构造，其余的曲柄臂5的纵向截面呈椭圆形构造。
35.其中，主轴颈上设置的一供二油孔分别与曲轴箱上的主油道孔和连杆轴颈上的第一斜油孔相连通，使得发动机的润滑油从主油道孔流到一供二油孔，再从一供二油孔分别流到第一斜油孔处，从而为连杆轴颈提供润滑作用。
36.本实施例中，五个主轴颈中的第一、第三和第五个主轴颈上设有两个油孔，第二和第四个主轴颈上设有一个一供二油孔。
37.本实施例中还提供了一种发动机，包括本实施例中的发动机排量可变装置。
38.本实施例中还提供了一种车辆，包括本实施例中的发动机。
39.本实施例中的发动机排量可变装置，是在现有的曲轴具有一供二油孔结构的基础上，在未向连杆轴颈供油的主轴颈上设置两个油孔、在曲柄臂部位设置两个斜油孔分别与主轴颈的油孔相通，从而形成两条独立的油道。
40.当然，在实际生产过程中，在主轴颈上设置多个油孔，以及在设置了一供二油孔的主轴颈上设置油孔均可行，目的均在于形成独立的油道，以实现流入两组独立腔室中的机油的量和压力不同，进而推动偏心轴套转动，改变曲拐的半径，使得活塞行程发生改变，实现发动机排量的改变。
41.同时，在实际生产过程中，第一盖板、第二盖板上可分别设置多条大小不同的油槽，固定在曲轴上后第一、第二盖板上的较大油槽分别与曲柄臂端面形成转子腔，固定在曲轴上后第一、第二盖板上的较小油槽分别与曲柄臂端面形成相互独立的第一油道和第二油道，相互独立的第一油道和第二油道分别与曲轴臂上的两个斜油孔相连通。将与发动机连杆机构相连的偏心轴套上的两个叶片分别置于两个转子腔中，形成四个独立腔室，两两径向相对的独立腔室组成一组独立腔室，然后通过机油压力控制阀根据ecu的信号对发动机润滑油流向两条独立油道中的机油流量和流向进行分配，使得进入两组独立腔室中的润滑油的流量不同，推动叶片使偏心轴套转动的方向和角度发生变化，从而使得活塞行程发生改变，达到发动机排量调节的目的。
42.本实施例中以在主轴颈上设置两个油孔为例，来说明发动机排量变大或变小的情形。
43.如图15至17所示，为发动机排量变大的原理图，当ecu 19根据发动机运行的工况判断出需要增大排量时，ecu 19会将控制信号传递给机油压力控制阀7，机油压力控制阀7通过阀芯701向右运动使流向曲轴中的油路发生变化，即使主油道中的润滑油通过右侧油道流过主轴颈2的一个油孔和曲柄臂5的一个斜油孔501从第一油孔15进入第一油道中，然后流入径向相对的一组独立腔室（即图17中的第一转子腔的第一上转子腔21和第二转子腔的第二下转子腔24）中，径向相对的另一组独立腔室（即图17中的第二转子腔的第一下转子
腔22和第一转子腔的第二上转子腔23）中的润滑油从第二油孔16返回机油压力控制阀7，从而推动偏心轴套的两个叶片6，使偏心轴套以连杆轴颈3为中心顺时针转动，偏心轴套的轴心远离曲轴总成的回转中心，发动机连杆4向下移动，使得发动机活塞的行程变大，从而实现发动机排量增大的目的。其中，图16和图17中的实线箭头为润滑油流入的方向，虚线箭头为润滑油回流的方向。
44.如图18至20所示，为发动机排量变小的原理图，当ecu 19根据发动机运行的工况判断出需要减小排量时，ecu 19会将控制信号传递给机油压力控制阀7，机油压力控制阀7通过阀芯701向左运动使流向曲轴中的油路发生变化，即使主油道中的润滑油通过左侧油道流过主轴颈2的另一个油孔和曲柄臂5的另一个斜油孔501从第二油孔16进入第二油道中，然后流入径向相对的另一组独立腔室（即图20中的第一转子腔的第二上转子腔23和第二转子腔的第一下转子腔22）中，径向相对的一组独立腔室（即图20中第一转子腔的第一上转子腔21和第二转子腔的第二下转子腔24）中的润滑油从第一油孔15返回机油压力控制阀7，从而推动偏心轴套的两个叶片6，使偏心轴套以连杆轴颈3为中心逆时针转动，偏心轴套的轴心靠近曲轴总成的回转中心，发动机连杆4向上移动，使得发动机活塞的行程变小，从而实现发动机排量减小的目的。其中，图18和图19中的实线箭头为润滑油流入的方向，虚线箭头为润滑油回流的方向。发动机的行程减小。
45.如图21所示，当ecu 19根据发动机运行的工况判断出需要在目前排量持续运行时，即发动机排量不变，ecu 19会将信号传递给机油压力控制阀7，机油压力控制阀7通过阀芯向中间运动，关闭通向曲轴中的油路，上、下偏心轴套不发生转动。
46.本发明的发动机排量可变装置、发动机及车辆，通过在曲轴的主轴颈上设置至少两个分别与曲轴箱上的主油道孔相连通的油孔，在连杆轴颈上套装偏心轴套，使偏心轴套的偏心部分用于套装发动机连杆大头，并设置盖板与曲柄臂之间形成转子腔，使偏心轴套的叶轮部分位于转子腔中，并通过叶轮部分的叶片将转子腔分成至少两个独立腔室，独立腔室分别与独立油道相连通，同时在主油道孔与独立油道之间设置阀，通过阀来调节分配从主油道孔分别流向独立油道中的油的流量和压力，使得分别流入独立腔室中的油的流量和压力不同，来推动叶轮带动偏心轴套转动，进而改变曲拐的半径，从而实现活塞行程的改变，达到了发动机排量改变的目的。解决了发动机的排量在较大范围内实现连续可调的问题，改善了发动机的动力性和经济性，在汽车发动机技术领域具有推广应用价值。
47.以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。