专利名称：发动机的制作方法
技术领域：
本发明属内燃机技术，主要用于可调压缩比发动机及其相关结构。
实现内燃机可变压缩比的途径一直是该领域的研究课题，已提出多种设计方案，如机械工业出版社1985年3月北京第一版、苏BΠ杰米道夫著、苗志明译、乔五之校的《可变压缩比发动机》第36-91页。这些构思都在不同程度上，从不同方面满足了压缩比可变的要求，带来发动机工作性能上的改进;但时至今日这些方案均因结构或使用条件等问题，未能进入工业实用阶段。
本发明的目的在于，提供结构较为简单，接近实用，使用方便的可变压缩比发动机方案。
本发明目的是这样实现的，发动机采用缸筒活塞连杆曲柄结构，还包括使发动机正常工作的配气、供给、润滑、冷却系统、飞轮总成、动力输出部件等必要机构，各机构正常配合的传动联接部件和机体;其中在连杆与曲轴间增设轴线垂直活塞连杆运动平面的摆轴、和运动平面与连杆运动平面平行的副连杆，摆轴上设有分别与连杆和副连杆活动联接的主、副摇臂，主副摇臂分别与连杆和副连杆共面、并分别与摆轴刚性联接，摆轴支承在机体上，副连杆的另一端与曲轴的曲柄销铰接，曲轴的支承作适应性平移。各部件间的位置联接关系使连杆经主摇臂推动摆轴绕其轴线摆动，副摇臂经副连杆使曲轴转动。主、副摇臂或副连杆中还含有可改变其工作长度的调节机构，其它因增加上述机构而影响联接固定位置变化的有关部件，随之作适应性变动，仍维持原机构的功能作用。这样由摆轴和副连杆完成连杆到曲轴间的运动传递，仍可以给出发动机的动力输出，完成原发动机的工作，原发动机的相关结构作适应性变动后仍维持各自功能，保证发动机正常工作;所增设长度可调的杆件，可使主、副摇臂或副连杆的长度变化、改变活塞在缸筒中的初始终了位置，致使压缩比改变。本方案所增设的摆轴和副连杆、以及原发动机与此相关的适应性变动都很简单，故发明目的得以实现。
为实现增设杆件工作长度可调，本发明将欲调杆件分成在杆长方向可相对移动的两部分、其相对位置由螺纹副及其固定部件调节固定，或是由液压控制以杆长为滑动方向的滑动副偶件调节固定。改变螺纹副或偶件间的相对位置，则杆长发生变化，并由固定部件或控制系统固定。
为实现主摇臂与连杆间的活动联接，本发明可采用铰接形式，它可以实现连杆和主摇臂之间的连接和传动。
本发明主摇臂还可以制成齿轮或扇形齿板的形式，连杆与主摇臂联接部分制有齿条，并附有可调齿条在垂直其长度方向安装位置的滚动部件。这样，活塞的运动可经带齿的连杆、带齿的摆轴传出，与齿条滚动相联的滚动部件可保证齿条啮合时的正确齿顶间隙、和承受垂直齿条长度方向的传动作用力，并由滚动形式减少这种联接形式的摩擦阻力。
为改善传动机构对粗暴燃烧的承受能力、或补偿有效压缩比不足，本发明在连杆至曲轴的传动链中设有弹力与所传递力方向一致的弹性传动部件，弹性传动部件的预紧弹力控制在发动机爆发时可能产生的最大传递力、和与输出所要求的传递力之间，其预紧长度为使活塞实现正常压缩的长度;或其最大压缩弹力为在正确活塞压缩位置时，可形成发动机正常压缩比所需传递的力，并设有最大压缩距离的限位部件，限位部件的位置应保证压缩终了使活塞处于完成正常压缩比压缩终了的位置，所增弹性传动部件的预紧长度控制在排气终了时，使活塞缸盖的最小间隙在正常压缩间隙和最小允许间隙的范围之内。
这样，对于前者，在预紧弹力范围之内可如刚性杆件传动;当传递力超出预紧力时，弹性部件会在传动的同时发生变形，只将弹性限度内的力传出、由变形贮存下剩余的输入，在随后输入减小的过程中再逐渐释放出来，从而减轻了爆发力超高对传动的影响。
对于后种方案在实际压缩比不足的压缩终了时可加大活塞行程，提高实际压缩比至接近要求值，补偿因压缩比不足造成的不利影响;在排气过程中弹性部件也可加大活塞行程，增加排气排出量，以利改善充气;限位部件是该杆件正常受压工作过程的需要，此时弹性已同虚设。在吸气中活塞实际行程有所减小，但它的影响完全可被在其它过程所表现的积极作用抵销。
为解决配气机构适应性变动，本发明配气传动包含由曲轴齿轮，正时齿轮带动的配气凸轮，由该凸轮所驱动的油压柱塞泵，由柱塞泵输出所驱动的滑动偶件及相联管路，和保证偶件直接或间接与气门及弹簧总成配气相联的固定联接部件。这样，配气凸轮可按配气要求由液压系统将动力传给气门配气，而不必顾虑曲轴、缸筒的位置变化。
本发明借助在发动机动力输出的传动中，增设摆轴、主副摇臂、副连杆和传动杆件长度的调节机构，可在仍保持动力输出功能的同时简便地实现气缸压缩比的调节，从而为燃烧多种燃料和提高适应能力创造条件;由于增设了弹性传动部件，可在超过预紧弹力时减弱工作粗暴程度，或在预紧长度范围内自动补偿实际压缩比降低，从而减弱构件的冲击载荷或改善燃烧条件和起动性能，增加了缓冲或补偿的能力，降低噪声或污染;由于连杆大端与摇臂相连、仅作弧线摆动或直线运动，减小了连杆运动时与缸筒中心线的最大偏角，降低活塞对缸筒的侧压力和滑动副摩擦阻力、并可为加长活塞行程或缩小缸筒轴向尺寸提供可能;对多缸发动机可合用一个副连杆、使用单连杆轴颈的曲轴，简化和改善了曲轴及其支撑结构、如使用滚动轴承，连杆与主摇臂啮合联接的方案，啮合本身兼有导向作用，因此亦可为简化活塞缸筒的结构尺寸创造条件，可使对置式发动机宽度缩小，更便于在机动车上使用;液压配气结构既适应了增设摆轴等带来的影响，又改善了配气定时机构的性能。
本发明经过简单的结构变换，较方便地实现了发动机压缩比可调，而且还对发动机工作有补偿和改进作用，增加了改进的配气传动机构，开创了可变压缩比发动机更接近实用的方案。本发明构思巧妙、设计合理、易于制作，效果显著。
附图为本发明实施例示意。
图1为双排对置发动机结构图;
图2为双排对置发动机传动示图;
图3为副摇臂长度调节结构图;
图4为图3的右视图;
图5为啮合式摆轴发动机结构图;
图6为图5的侧视图;
图7为摇臂齿轮示图;
图8为图7的A-A剖面图;
图9为图7的B-B剖面展开旋转图;
图10为主摇臂连杆缓冲联接示图;
图11为图10的C-C阶梯剖示图;
图12为配气油泵-气门传动结构图;
图13为配气油路总体示图;
图14为V型发动机示图。
图中零部件名称如下1、连杆 2、副摇臂大端 3、主摇臂 4、副摇臂小端 5、活塞 6、缸筒 7、飞轮 8、曲轴 9、副连杆 10、螺母 11、摆轴 12、固定螺栓 13、化油器座 14、滚轮 15、齿条 16、摆动齿轮 17、配气接头 18、起动机 19、汽油泵凸轮 20、分电器齿轮 21、油罩 22、正时齿轮 23、分电器 24、进气管 25、机体 26、螺母 27、滚轮轴 28、压盘 29、螺母 30、轴承 31、机油泵 32、配气泵 33、活动臂 34、曲轴齿轮 35、皮带轮 36、曲轴轴承 37、化油器 38、弹簧座 39、弹簧 40、限位台 41、衬套 42、轮毂 43、摇臂销 44、螺栓 45、螺母 46、销 47、弹簧 48、止推轴承 49、油道 50、随动套筒 51、随动支架 52、随动柱塞 53、限位孔 54、缸盖 55、进油阀 56、配气泵柱塞 57、配气泵凸轮 58、配气泵凸轮轴 59、分电器传动齿轮 60、输油管 61、储油箱 62、空滤器 63、气门室 64、气门挺杆 65、配气凸轮 66、正时链轮 67、链条 68、通气管现结合具体实例作进一步说明。
第一实施例为四缸风冷发动机，主要参见图1-4。其缸筒6为卧式两侧分置，上下排列、缸筒尾部两两相对;在两侧缸筒之间设一垂直缸筒中心线的水平摆轴11，在与缸筒轴线相应处上下对称设置两垂直摆轴轴线的主摇臂3，其一端分别与摆轴刚性联接，另一端分别与同排两缸连杆1大端、在同一摇臂长度处分别铰接;在摆轴上还设有与之刚性连接并垂直其轴线的副摇臂2、4，副摇臂的悬臂端4与副连杆9的一端铰接。副连杆所在平面与连杆运动平面平行，曲轴8与摆轴平行，设在摆轴下方，在与副连杆另一端相应位置设连杆轴颈，并与副连杆另一端铰接，在曲轴轴端部分别与飞轮7和曲轴齿轮等传动部件相联。副摇臂分成大小端2、4两部分，大端2与摆轴11刚接，在臂长方向制有通孔，小端4杆部为圆柱、与大端通孔滑动相配，杆端制有螺纹，伸出通孔后与调节螺母10相配;大端在螺母两侧的部分沿杆长方向延伸，并形成与螺母环台两端面滑动配合的滑槽，在螺母环台与滑槽配合处还制有垂直环台平面的锁定螺栓12及其锁母，用来固定由调节螺母所确定的副摇臂杆长的配合关系。
工作时连杆的推力经主摇臂3、摆轴11、副摇臂2、4、副连杆9和曲轴8实现转动输出，传动中摆轴为摆动，当改变副摇臂2、4上调节螺母10的锁定位置时，副摇臂的长度发生变化，因曲轴和曲柄长度固定，摆轴传动中的摆角则发生变化，即臂长增加时摆角变小，从而使缸筒中活塞的起始位置-行程长度亦随之减小、使压缩比减小;反向转动调节螺母、副摇臂2、4的臂长缩短、则压缩比加大。
本例增加了摆轴11主、副摇臂3、2、1和副连杆9，改变曲轴的支承位置，并只有一个连杆轴颈，和两个主轴颈，从而可以在曲轴支承中采用滚动轴承36(见图6)，减少传动阻力;曲轴的长度也因此缩短，在其它结构基本不变的情况下，实现了对置四缸可调压缩比发动机的结构设计。
第二实施例与第一例基本相同，主要参见图5、6。其中摆轴11上装有齿轮16、由螺母29固定，摆轴经轴承30支承在机体25上。相向的连杆大端部分均制成齿条并合为一体15，两连杆小端则与各自的活塞相连，齿条部分与齿轮16啮合。为保证啮合传力、在齿条背部设有2个装在锥形轴承上的滚轮14，用来限制齿条15向增大齿顶间隙方向的移动，锥形轴承经滚轮轴27固定在缸体25上，两锥顶相对，轴承内圈大端端面处的滚轮轴制有螺纹，由螺母26调节其在轴上的位置，轴承外圈装在滚轮14内孔，滚轮外缘为锥台侧面，两轮的锥台锥顶相对，并与齿条背部相应部位滚动相联。转动螺母26，改变两滚轮间的距离，从而改变齿条与滚轮轴的距离，可起到调节并维持齿条正确啮合位置的作用。
工作时齿条连杆15将活塞的推力经啮合使齿轮运动，带动摆轴11摆动，经副摇臂2、4副连杆9使曲轴8转动，压缩比的调节与第一例相同;滚轮减少了维持啮合所产生的摩擦阻力。
本例连杆齿条仅作直线运动，几乎没有曲柄连杆传动给活塞带来的侧压力，啮合兼有活塞导向作用、故可减小活塞裙部长度，为增加行程或缩小结构创造条件，解决了因对置式发动机过宽不便安装的问题。
本例发动机的其它相关结构布置如下化油器总成37仍装在进气歧管24的连接座13上，配气仍可由正时齿轮使在上下侧分设的两根配气凸轮轴完成(图中未划)、或由配气油泵32、17等(详见后第六例)保证;置于汽缸下方的曲轴经曲轴齿轮34、正时齿轮22分别带动配气油泵32(详见第6例)、机油泵31、汽油泵凸轮19、分电器传动齿轮59-齿轮20至分电器23，并有挡油盘21将传动与油底其它部分隔离，起动马达18仍装在飞轮17齿圈侧旁。基本形成本方案的发动机整体布置，即其它相关结构的适应性变动内容。
第三例采用与第一例相同的结构，主要参见图10、11、14。在其主摇臂中部增设与之铰接46的活动臂33、活动臂动端与连杆大端铰接43、在活动臂活动端与主摇臂悬臂端间装有压力弹簧39、其装配长度由联接螺栓44上的台肩位置、螺母45及锁销决定，螺栓44取与距两臂铰接点等长对应点连线方向，在两臂端部制有可相互接触的限位台平面40，该面位于过铰接轴46的中心线的平面内，两平面的位置决定了两臂内侧间的最小距离，即联接弹簧39最小的压缩长度;弹簧39预置长度按传动要求决定，弹簧39的预紧弹力＜气缸工作中由连杆大端所传递的最大爆发力、和≥要求主摇臂必须输出的传递力。
工作时连杆首先推动活动臂33、当推动力＜弹簧39的预紧力时、弹簧呈刚性联接，完成传动;当＞弹簧预紧力时，弹簧39首先变形，至与推动力平衡时变形停止，在此过程中同时将使弹簧39变形后的推动力传出，实现了消弱过大推动力的传动，起到缓冲作用。这种联接的作用程度，可通过改变弹簧本身工作弹力或限位台平面位置的方法得到调节。本例的其余工作情况与第一例相同。
第四实施例采用第二例的结构，主要参见图5-9。在摆轴的齿轮16上增设弹性联接结构，具体方案如下。
将齿轮式主摇臂制成齿圈16压盘28与轮毂42三部分，三部分在径向有部分重叠，齿圈16的内孔经套41与轮毂42相应部分滑动配合，轮毂42经键与摆轴11相联，并由压盘28、螺母29固定。轮毂轮辐和压盘分设在齿圈轮辐的两侧;在两轮辐和压盘的对应处开设周向缺槽，槽内设制弹簧39，槽长即为弹簧39的装配预紧长度。工作时齿条15在活塞推动下带动齿圈16转动，当推动力＜预紧力时弹簧呈刚性联接，完成传动、带动轮毂压盘同时运动。反之弹簧39产生变形，完成缓冲的弹性联接作用，在推动力减小后，再由恢复原装配长度释放出部分能量。其余工作情况同前所述。
第五例为连杆主摇臂采用上述弹性联接的又一种方式，主要参见7-11图。本例弹簧39在两限位平面接触时，弹力为在正确活塞压缩位置，可形成气缸内正常压缩比所需弹簧的传递力，弹簧的装配预置长度是在排气终了，保证活塞与缸盖间尚有≥允许的最小间隙。此时螺栓、螺母所确定的工作长度可依装配要求调节，螺栓可以不要台肩。这种装配关系使工作中排气时残留气体最少，虽活塞实际吸气行程略有减小，但总的充气效果仍被改善;在压缩行程中如实际压缩比不足时，可由弹簧39届时的弹力反应能力使之接近恢复，如在起动、怠速或高速等不利的充气条件下，可自动缩小燃烧室、补偿实际压缩比的不足，提高功率，改善经济指标。其余如前例。
第六实施例是在上述方案中，对其配气传动做适应性变动的情况，主要参见12、13、5、6图。本例在曲轴箱内增设一柱塞泵32，泵内八个柱塞56分为两组、在两个平行的传动平面内呈放射状均布，由配气凸轮轴58的两个凸轮57驱动;配气凸轮轴由曲轴齿轮34、正时齿轮22传来动力驱动;柱塞底部设有单向逆止阀55，其上部装有逆止弹簧和柱塞弹簧47，弹簧座由止推轴承48支承在泵体上，在与柱塞56配合的套筒侧壁上设有油道49，分别经管路接头17等与随动柱塞52，随动套筒50连通;随动套筒与其支承架51螺纹相配、由锁母固定，由随动柱塞与气门杆端接触传动;在柱塞侧壁上开有限位孔53与压力油路相通，当限位孔由套筒端露出时，油路压力开始降低。
工作时在曲轴齿轮34带动下经齿轮22轴58凸轮57，克服柱塞弹簧47压力使柱塞上行，腔内压力升高，经与逆止弹簧共同作用逆止阀关闭，迫使压力进一步升高，经油道49、管路及接头17最终由随动柱塞推动气门开启;当满足气门开度要求时随动柱塞上的限位油孔53开始露出套筒50端面，随动柱塞驱动油与外界连通，压力降低至与气门弹簧阻力平衡时停止运动和泄压;当需要关闭时驱动凸轮57表面开始降低，驱动液路的压力下降，气门和随动柱52开始复位，当复位全部完成，凸轮仍在下降时配气柱塞56底部的单向阀55打开，传动油液进入驱动油路补充泄压流失，以备下次使用。泄压油液可润滑气门等相关部件。
本例配气凸轮57仅与柱塞56底面半侧的部分接触，使两者间的传动摩擦力对柱塞56的轴线形成力矩。工作时柱塞除随凸轮升降外，还有因力矩而生的绕轴转动、它可使底面启损均匀，并减少阻力。推力轴承48则进一步减小了转动阻力。
本例随动套筒50与机体的螺纹联接可改变二者的相对位置，从而使随动柱塞52作用时间改变，起到调整定时的作用。
本例还设有与气门室63联通的管路60，管路出口与装有滤清器的贮油箱61相连，经过滤的油液由管路流向配气油泵供用，形成泄露油液的循环使用。气门室还有管路68与空滤器62输出侧密封相连，从而建立本循环油的外界压力环境。
本例解决了因发明给发动机配气系统带来的影响。
第七实施例亦为四缸汽油发动机，见图14。缸筒V型排列，在缸筒尾部方向设有摆轴11，轴上相应装有倒V方向联接的两对主摇臂3，在与连杆相联的一端，设有弹力方向与传动方向一致的弹性部件39、分别与主摇臂的两部分相联，弹性部件亦装配成预紧状态。按所施加预紧力不同，可分别起缓冲作用或因实际充气系数下降时自动缩小燃烧室容积，其余结构与前相同。
本例的配气由链传动66、67带动置于两侧气缸之间的配气凸轮65、经随动柱、挺杆64，摇臂至气门，完成配气传动。
本样机压缩比可在7∶1至20∶1之间手动调整，也实现了各种转速自动调整、补偿，实际压缩终了时压力达到较理想的状态，实验证明该结构可行。
权利要求
1.发动机包括缸筒活塞连杆曲柄机构，维持发动机正常工作的配气、供给、润滑、冷却系统，飞轮总成等动力输出机构，各机构正常配合的传动联接部件和机体，其特征是在连杆1与曲轴8间增设摆轴1与副连杆9，摆轴支承在机体上，其轴线垂直于连杆运动平面，并与和连杆共面的主摇臂3刚性相联，主摇臂另一端与连杆大端活动联接；副连杆9与连杆运动平面平行，并和与副连杆共面的副摇臂2、4铰接，副连杆的另一端与平移后的曲轴连杆轴颈铰接，副摇臂的另一端2与摆轴11刚性联接；摆轴在连杆推动下做绕其轴线的摆动，经副摇臂2、4、副连杆9、曲轴8，由曲轴齿轮34、皮带轮35和飞轮7以转动形式将动力输出；在主、副摇臂3、2、4、副连杆9中含有可改变该杆工作长度的调节机构2、4、10、12；其它因增加上述机构而影响联接固定位置变化的有关部件随之作适应性变动，使其仍维持原机构的功能作用。
2.如权利要求1所述发动机，其特征在于长度调节机构是将欲调杆件在杆长方向分成可相对移动的两部分2、4，其相对位置由螺纹副及其固定部件10、12、或由液压控制滑动方向为该杆长度方向的滑动副及其控制系统固定。
3.如权利要求1或2所述发动机，其特征在于主摇臂为齿轮或扇形齿轮36、连杆大端部分制成齿条15、与主摇臂啮合相联，连杆大端的传动位置由与之相联、可调其啮合齿顶间隙的滚动部件14、26、27保证。
4.如权利要求1或2所述发动机，其特征是在由连杆至曲轴的传动链中设有弹力与受力方向一致的弹性传动部件39，弹性部件的预紧弹力控制在可能的最大传递力与输出要求传递力之间，其预紧长度为使活塞实现正常压缩的长度;或其最大压缩弹力为在正确活塞压缩位置，可形成发动机正常压缩比所需的传递力，并设有最大压缩距离的限位部件，限位部件的位置应保证压缩终了使活塞处于完成正常压缩比压缩终了的位置，弹性部件的预紧长度应控制在使排气终了时活塞缸盖间隙在正常压缩间隙和最小允许范围间隙之内。
5.如权利要求3所述发动机，其特征是在由连杆至曲轴的传动链中设有弹力与受力方向一致的弹性传动部件39，弹性部件的预紧弹力控制在可能的最大传递力与输出要求传递力之间，其预紧长度为使活塞实现正常压缩的长度;或其最大压缩弹力为在正确活塞压缩位置，可形成发动机正常压缩比所需的传递力，并设有最大压缩距离的限位部件、限位部件的位置应保证压缩终了使活塞处于完成正常压缩比压缩终了的位置，弹性部件的预紧长度应控制在使排气终了时活塞缸盖间隙在正常压缩间隙和最小允许范围间隙之内。
6.如权利要求1、2或5所述发动机，其特征在于发动机的配气传动机构中包含液压传动部件32和控制液压传动位置的液压回路53。
7.如权利要求3所述发动机，其特征在于发动机的配气传动机构中包含液压传动部件32和控制液压传动位置的液压回路53。
8.如权利要求4所述发动机，其特征在于发动机的配气传动机构中包含液压传动部件32和控制液传动位置的液压回路53。
全文摘要
发动机为可调压缩比结构，是在连杆1曲轴8间增设摆轴11、副连杆9和分别与摆轴相连的主副摇臂3、2、4，主副摇臂或副连杆中有可改变杆长的调节机构2、4、10、12，同时还增设了传动缓冲或补偿弹簧39。使发明可方便地完成压缩比调节、减少活塞对缸筒侧压力、改善粗暴传动或补偿压缩比不足，从而降低噪声或污染，提高适应能力；缩短多缸曲轴、改善其支承，减小整机尺寸；液压配气32还改善了配气结构。整机方案易于实施。
文档编号F02B75/32GK1053472SQ91100499
公开日1991年7月31日 申请日期1991年1月24日 优先权日1991年1月24日
发明者牛保明 申请人:牛保明