一种内燃机可变有效曲拐半径的机构的制作方法

1.本发明涉及内燃机领域，具体涉及内燃机压缩比可变领域。


背景技术：

2.节能减排的法规要求越来越严，各汽车公司和内燃机厂家加大了内燃机节能减排技术的研究。可变压缩比的内燃机在节能减排上具有优势，但大部分的可变压缩比机构对现有内燃机的更改较大，机构复杂，成本较高，难以产业化。例如法国mce5公司的可变压缩比机构。因此，对现有内燃机的局部零件进行更改，实现内燃机压缩比可变的机构，具有相对的优势，例如内燃机可变有效曲拐半径的机构，通过有效曲拐半径的调节，实现活塞压缩高度的改变，从而实现内燃机压缩比的可变。所述的内燃机有效曲拐半径是指曲轴组件上与连杆大头孔连接的轴颈到曲轴旋转中心的距离。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种内燃机可变有效曲拐半径的机构，以便实现内燃机压缩比可变；所述机构至少由曲轴、限位销钉、控制轴、中心摇臂、连接杆、曲拐摇臂、连接杆销钉组成；内燃机控制器通过控制曲轴端部安装的驱动器，驱动曲轴中心孔内安装的控制轴相对曲轴转动，控制轴转动带动控制轴端部固定连接的中心摇臂转动，中心摇臂通过连接杆和连接杆销钉带动曲轴的曲拐轴颈上安装的曲拐摇臂绕曲拐轴颈转动；曲拐摇臂绕曲拐轴颈转动时，曲拐摇臂上设计的与内燃机连杆大头孔连接的偏心轴颈到曲轴旋转轴中心的距离被改变，即改变了机构的有效曲拐半径。
4.所述的曲轴的旋转中心同轴设计有中心孔，曲轴其中的一个扇形平衡臂上沿圆周方向设计有弧槽，弧槽两端设计有限位孔。
5.可选的，所述曲轴端部的一个主轴颈同轴并排设计有两个环槽，每个环槽底部通过径向孔连通曲轴中心孔。
6.可选的，所述曲轴端部轴颈设计有同轴的螺纹轴颈。
7.可选的，所述曲轴两端至少一个端部的主轴颈内同轴设计有阶梯孔，阶梯孔孔径比中心孔大。
8.进一步可选的，所述曲轴端部的主轴颈内的阶梯孔孔口内同轴的设计有螺纹孔。
9.所述的限位销钉固定安装于曲轴扇形平衡臂上弧槽两端设计的限位孔内。
10.所述的控制轴为圆柱体，两端设计有连接轴颈，连接轴颈为同轴设计的圆柱轴颈、花键轴颈、螺纹轴颈和锥面轴颈至少之一的结构。
11.可选的，所述的驱动器为液压驱动时，所述的控制轴为一端封闭的空心轴，封闭端同轴设计有直径较大的密封轴颈，密封轴颈靠封闭端一侧设计有径向油孔，径向油孔连通控制轴中心的空心孔；控制轴的另一端设计有支撑轴颈，支撑轴颈上设计有多个连通支撑轴颈两端面的油槽；控制轴的密封轴颈上同轴设计有油封环槽。
12.所述的控制轴安装在曲轴端部的中心孔内，相对曲轴中心孔可以转动，控制轴一
端连接轴颈与中心摇臂的轴孔固定连接。
13.所述的中心摇臂旋转中心设计有轴孔，中心摇臂的摆臂端部设计有与轴孔平行的销孔。
14.可选的，所述的中心摇臂设计有与轴孔同轴的支撑轴颈。
15.可选的，所述的中心摇臂设计信号臂，信号臂末端设计有向轴孔方向弯曲的弯钩；所述的中心摇臂的轴孔与控制轴端部的连接轴颈和连接轴端部的连接轴颈之一固定连接。
16.所述的中心摇臂的支撑轴颈安装在曲轴中心孔内并与曲轴中心孔间隙配合，为中心摇臂转动提供径向支撑。
17.所述带有信号臂的中心摇臂的信号臂末端的弯钩伸入曲轴扇形平衡臂上的弧槽内，可以沿弧槽摆动，弧槽限制信号臂在曲轴的轴向位置，弧槽两端的销孔内安装的限位销钉限制信号臂在弧槽内的摆动角度范围；信号臂为内燃机的传感器提供中心摇臂的位置信号。
18.所述的连接杆的两端设计有互相平行的销孔。
19.可选的，所述的连接杆为设计有凹槽的薄板冲压件。
20.所述的连接杆用于将中心摇臂的摆臂端部的销孔与曲拐摇臂摆臂端部的销孔通过连接杆销钉连接起来，传递来自中心摇臂和曲拐摇臂的之间的力。
21.所述的曲拐摇臂设计有相对内孔的偏心轴颈，偏心轴颈端部设计有摆臂，摆臂端部设计有销孔，曲拐摇臂内孔、偏心轴颈和销孔的轴线都平行；曲拐摇臂内孔壁上设计有环槽，环槽底部设计有与偏心轴颈表面连通的径向油孔；可选的，所述的曲拐摇臂由两个半圆盖组成，装配时通过焊接、粘接、铆接、螺纹连接之一的方式固定连接。
22.进一步可选的，所述的曲拐摇臂的两个半圆盖的合成面经过径向油孔。
23.所述的曲拐摇臂安装在曲拐轴颈上，曲拐摇臂内孔与曲拐轴颈间隙配合，曲拐摇臂的偏心轴颈用于与内燃机连杆大头孔连接。
24.所述的连接杆销钉用于将连接杆两端的销孔分别与中心摇臂摆臂的销孔和曲拐摇臂摆臂的销孔串连配合，连接杆销钉与连接杆两端的销孔分、中心摇臂摆臂的销孔以及曲拐摇臂摆臂的销孔至少之一间隙配合。
25.所述的间隙配合为连接杆销钉与中心摇臂摆臂的销孔和曲拐摇臂摆臂的销孔间隙配合，与连接杆两端销孔过盈配合。
26.可选的，所述的间隙配合为连接杆销钉与中心摇臂摆臂的销孔和曲拐摇臂摆臂的销孔过盈配合，与连接杆两端的销孔间隙配合。
27.可选的，所述的间隙配合为连接杆销钉与中心摇臂摆臂的销孔、曲拐摇臂摆臂的销孔以及连接杆两端销孔都间隙配合。
28.所述的机构用于多缸内燃机时，还包含连接轴；所述的连接轴为圆柱体，两端设计有连接轴颈；连接轴安装在曲轴相邻两曲拐之间主轴颈的中心孔内，连接轴两端的连接轴颈与中心摇臂轴孔固定连接。
29.可选的，所述的连接轴的中间两侧设计有两个垂直轴线的限位挡板，限制中心摇臂的轴向安装位置。
30.可选的，所述的连接轴两端的连接轴颈同轴设计有比连接轴颈直径大的支撑轴颈，支撑轴颈与曲轴中心孔间隙配合，并限制中心摇臂的轴向安装位置。
31.可选的，所述的机构用于多缸机内燃机时，还包含端轴和螺堵；所述的端轴安装在曲轴端部主轴颈内的阶梯孔内，端轴为阶梯轴，端轴较小的轴颈与带有信号臂的中心摇臂的轴孔固定连接，端轴阶梯端面与曲轴阶梯孔阶梯面接触，限制端轴的轴向位置；螺堵在安装端轴后拧入曲轴阶梯孔孔口的螺纹孔内，将曲轴阶梯孔空口的封住。
32.所述的控制轴、连接轴、端轴与中心摇臂轴孔之间的固定连接，是通过光轴与光孔的过盈配合、花键轴与花键孔的过盈配合、锥轴与锥孔的过盈配合以及螺纹连接至少之一的连接方式实现。
33.所述机构与驱动器连接时，驱动器与安装控制轴的曲轴端部的轴颈固定连接，驱动器的内部转动件与控制轴端部至少周向固定连接，控制轴能够被驱动器内部转动件驱动相对曲轴转动。
34.所述的驱动器为液压驱动器时，带有环槽和径向油孔的主轴颈的曲轴与空心的控制轴形成两路油道，内燃机缸体上由电磁阀控制的两路油道分别连通曲轴主轴颈的上的环槽连通，两路油道为液压驱动器提供高、低压油。
35.所述机构也可以被电机驱动器驱动控制轴相对曲轴转动。
36.所述的机构用于内燃机时，内燃机控制器接收来自曲轴位置传感器和带信号臂的中心摇臂位置传感器的信号，计算当前机构的有效曲拐半径；当需要改变机构的有效曲拐半径时，内燃机控制器控制驱动器驱动曲轴中心孔内的控制轴相对曲轴转动，控制轴转动带动控制轴端部固定连接的中心摇臂转动，中心摇臂通过连接杆和连接杆销钉带动曲轴曲拐轴颈上的曲拐摇臂转动，因而使曲拐摇臂上与内燃机连杆大头孔连接的偏心轴颈到曲轴旋转中心的距离改变，即改变了机构的有效曲拐半径；曲拐摇臂的偏心轴颈与内燃机连杆大头孔连接，机构有效曲拐半径的改变，使连杆小头安装的活塞的压缩高度改变，从而实现内燃机压缩比的改变。
37.所述的机构用于多缸内燃机时，第一个曲拐轴颈上转动的曲拐摇臂的另一端的摆臂通过连接杆销钉和连接杆带动曲拐轴颈另一侧的第二个中心摇臂转动，第二个中心摇臂通过连接轴带动连接轴另一端固定连接的第三个中心摇臂转动，第三个中心摇臂通过连接杆销钉和连接杆带动曲轴第二个曲拐轴颈上的第二个曲拐摇臂绕曲拐轴颈转动；以此类推，从而使所有曲拐轴颈上的曲拐摇臂绕曲拐轴颈同步转动，使所有曲拐摇臂的偏心轴颈到曲轴旋转中心的距离同步改变，即改变了机构所有曲拐的有效曲拐半径。
附图说明
38.图1为用于四缸机的所述内燃机可变有效曲拐半径的机构；图2为图1所示机构的剖视图；图3为图1所示机构内部零件连接关系图；图4为图1所示的曲轴结构图；图5为图1所示的控制轴结构图；图6为图1所示的中心摇臂结构图；图7为中心摇臂另一种结构图；
图8为图1所示带有信号臂的中心摇臂结构图图9为另一种带有信号臂的中心摇臂结构图图10为图1所示的连接杆结构图；图11为另一种连接杆结构图；图12为图1所示的曲拐摇臂结构图；图13为另一种曲拐摇臂结构图图14为图1所示所述的连接轴的结构图；图15 为所述的连接轴的另一种结构图；图16为图15所示连接轴在曲轴中心孔内与中心摇臂的连接关系剖视图；图17为端轴结构图；图18为可变有效曲拐半径的机构与一种驱动器连接关系图；图19为所述内燃机可变有效曲拐半径的机构的原理图；
具体实施方式
39.为了使本发明的目的、特征和效果能够更加明显易懂，结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
40.图1为用于四缸机的所述内燃机可变有效曲拐半径的机构；图2为图1所示机构的剖视图；图3为图1所示机构内部零件连接关系图，结合图1至图3，所述机构由曲轴1、限位销钉2、控制轴3、中心摇臂4、连接杆5、曲拐摇臂6、连接杆销钉7、连接轴8、端轴9、螺堵10组成。
41.图4为图1所示的曲轴1结构图。所述的曲轴1的旋转轴中心同轴设计有中心孔1a，曲轴一端的扇形平衡臂上设计有一段弧槽1b，弧槽两端设计有限位孔1c；曲轴1另一端的主轴颈同轴并排设计有两个环槽1d，每个环槽底部通过径孔1e连通曲轴中心孔1a，环槽主轴颈外侧设计有同轴的螺纹轴颈1f。
42.参考图1和图4，所述的限位销钉2固定安装于曲轴扇形平衡臂上弧槽1b两端设计的限位孔1c内。
43.图5为图1所示的控制轴3结构图。所述的控制轴3为圆柱体，两端设计有连接轴颈，所述的控制轴3的连接轴颈一端为圆柱轴颈3a，另一端设计有锥面轴颈3b和螺纹轴颈3e。
44.继续参考图5，所述的控制轴3为一端封闭的空心轴，封闭端同轴设计有直径较大的密封轴颈3f，密封轴颈3f靠封闭端一侧设计有径向油孔3g，径向油孔3g连通控制轴中心的空心孔；控制轴3另一端设计有支撑轴颈3h，支撑轴颈3h上设计有多个连通支撑轴颈两端面的油槽3i，控制轴的密封轴颈3f上同轴设计有油封环槽3j。
45.结合图1和图2、图4，所述的控制轴3安装在曲轴1端部的中心孔1a内，相对中心孔1a可以转动，控制轴一端连接轴颈与中心摇臂4固定连接。
46.图6为图1所示的中心摇臂4的结构图。所述的中心摇臂4旋转中心设计有轴孔4a，中心摇臂4的摆臂端部设计有与轴孔4a平行的销孔4b。中心摇臂4设计有与轴孔4a同轴的支撑轴颈4c。
47.图7为中心摇臂另一种结构图。与图6所示的中心摇臂相比，中心摇臂的摆臂较宽，
摆臂末端设计有垂直于销孔4b的y型开口4d。 对于具有较宽摆臂的中心摇臂，中心轴孔4a在有足够的连接长度情况下，支撑轴颈4c也可以不设计，例如图16所示的中心摇臂和连接轴的固定连接中，中心摇臂4没有支撑轴颈4c。
48.图8为图1所示带有信号臂的中心摇臂结构图。与图6中心摇臂相比，图8所示的中心摇臂设计信号臂4d，信号臂4d末端设计有向轴孔4a方向弯曲的弯钩4e。
49.图9为另一种带有信号臂的中心摇臂结构图。与图7中心摇臂相比，图9所示的中心摇臂设计有与图8所示的信号臂和弯钩。同样，图9所示的中心摇臂具有较宽的摆臂，中心轴孔4a在有足够的连接长度情况下，支撑轴颈4c也可以不设计。
50.结合图2，图6至图9所示的带有支撑轴颈4c的中心摇臂，支撑轴颈4c与曲轴1中心孔1a间隙配合，为中心摇臂4转动提供径向支撑。
51.结合图1至图4，图8和图9所示的带有信号臂4d的中心摇臂，信号臂4d末端的弯钩4e伸入曲轴1扇形平衡臂上的弧槽1b内，可以沿弧槽1b摆动，弧槽1b限制信号臂4d在曲轴1的轴向位置，弧槽1b两端的销孔1c内安装的限位销钉2限制信号臂4d在弧槽1b内的摆动角度范围；信号臂4d为内燃机的传感器提供中心摇臂的位置信号。
52.图10为图1所示的连接杆5结构图。所述的连接杆5为设计有凹槽5a的薄板冲压件，连接杆的两端设计有互相平行的销孔5b。图10所示的连接杆与图6、图8所示的中心摇臂和图12的曲拐摇臂配合使用。连接杆5在安装时，凹槽5a容纳图6和图8所示的中心摇臂的摆臂以及图12所示的曲拐摇臂的摆臂，连接参见图3所示。
53.图11为另一种连接杆结构图。连接杆为实心杆状零件，杆两端设计互相平行的销孔5b。图11所示的连接杆与图7、图9所示的中心摇臂和图13所示的曲拐摇臂配合使用。连接杆在安装时，杆身一端卡在图6和图9所示的中心摇臂的摆臂y型开口内，另一端卡在图13所示的曲拐摇臂的摆臂y型开口内，连接参见图16和图19所示。
54.所述的连接杆5用于将中心摇臂4的摆臂端部的销孔4b与曲拐摇臂6摆臂端部的销孔6d通过连接杆销钉7连接起来，传递来自中心摇臂4和曲拐摇臂6的之间的力。
55.图12为图1所示的曲拐摇臂6结构图。所述的曲拐摇臂6设计有相对内孔6a的偏心轴颈6b，曲拐摇臂6偏心轴颈6b轴线6b1相对内孔6a轴线6a1具有偏心量δ，偏心轴颈6b端部设计有摆臂6c，摆臂6c端部设计有销孔6d，曲拐摇臂6内孔6a、偏心轴颈6b和销孔6d的轴线都平行；曲拐摇臂6内孔壁上设计有环槽6e，环槽6e底部设计有与偏心轴颈6b表面连通的径向油孔6f；所述的曲拐摇臂6由两个半圆盖组成，装配时通过焊接、粘接之一的方式固定连接。所述的曲拐摇臂的两个半圆盖的合成面经过径向油孔6f。
56.图13为另一种曲拐摇臂结构图。所述的曲拐摇臂两个半圆盖合成，并通过螺纹连接件固定连接，相对图12所示的曲拐摇臂，图13所示的曲拐摇臂的摆臂6c较宽，摆臂6c末端设计有垂直于销孔6d的y型开口6j。
57.所述的曲拐摇臂6安装在曲拐轴颈上，曲拐摇臂6内孔6a与曲拐轴颈间隙配合。曲拐摇臂6的轴颈6b用于与内燃机连杆大头孔连接。
58.参见图1、图3、图19的装配关系，结合图6至图13零件特征，连接杆销钉7用于将连接杆5两端的销孔5b分别与中心摇臂4摆臂的销孔4b和曲拐摇臂6摆臂的销孔6d串连配合。
59.所述的串连配合为：连接杆销钉7与中心摇臂4摆臂的销孔4b和曲拐摇臂6摆臂的销孔6d间隙配合，可以相对转动；连接杆销钉7与连接杆5两端销孔5b过盈配合，限制连接杆
销钉7在连接杆5销孔5b的轴向位置。
60.所述的串连配合也可以为：连接杆销钉7与中心摇臂4摆臂的销孔4b和曲拐摇臂6摆臂的销孔6d过盈配合，限制连接杆销钉7的轴向位置；连接杆销钉7与连接杆两端的销孔间隙配合，可以相对转动。
61.所述的串连配合还可以为：连接杆销钉7与中心摇臂4摆臂的销孔4b、曲拐摇臂6摆臂的销孔6d以及连接杆5两端销孔5b都间隙配合，连接杆销钉7通过端部挤压增粗和卡簧固定之一的方式实现轴向定位。
62.图14为图1所示的连接轴8的结构图。所述的连接轴8为圆柱体，两端设计有连接轴颈8a，连接轴8的中间两侧设计有两个垂直轴线的限位挡板8b；结合图2，连接轴8安装在曲轴1相邻两曲拐之间主轴颈的中心孔1a内，连接轴8两端的连接轴颈8a与中心摇臂4轴孔4a固定连接，限位挡板8b限制中心摇臂4的轴向安装位置。
63.图15 为所述的连接轴的另一种结构图。所述连接轴的两端连接轴颈8a同轴的设计有比连接轴颈8a直径大的支撑轴颈8c。图16为图15所示连接轴在曲轴1中心孔1a内与中心摇臂4的连接关系剖视图。图16中，中心摇臂4为图7所示的中心摇臂4不带支撑轴颈4c；连接轴的支撑轴颈8c与曲轴1中心孔1a间隙配合，为中心摇臂4提供径向支撑，并限制中心摇臂4的轴向安装位置。
64.图17为端轴9结构图。结合图2，所述的端轴9安装在曲轴1端部主轴颈内的阶梯孔内，端轴9为阶梯轴，端轴9较小的轴颈9a与带有信号臂的中心摇臂4的轴孔4a固定连接，端轴9阶梯端面9b与曲轴1阶梯孔1g阶梯面接触，限制端轴9的轴向位置；螺堵10在安装端轴9后拧入曲轴1阶梯孔1g孔口的螺纹孔1h内，将曲轴1阶梯孔1g空口的封住。
65.所述的控制轴3、连接轴8、端轴9与中心摇臂4轴孔4a之间的固定连接，是通过光轴与光孔的过盈配合实现（图5所示的控制轴3的圆柱轴颈3a、图14和图15所示的连接轴8两端的连接轴颈8a、图17所示的端轴9的较小轴颈9a图示都为光轴，图6至图9所示的中心摇臂4的轴孔4a图示都为光孔），也可以通过花键轴与花键孔的过盈配合、锥轴与锥孔的过盈配合以及螺纹连接至少之一的连接方式实现。
66.图18为可变有效曲拐半径的机构与一种驱动器连接关系图；所述的驱动器为液压驱动，驱动器与安装控制轴3的曲轴1端部的螺纹轴颈1f通过螺纹固定连接，驱动器内部转动件的锥面轴孔与控制轴3端部的锥面轴颈固定连接，控制轴3能够被驱动器内部转动件驱动相对曲轴1转动。
67.继续参考18，所述带有环槽1d和径向油孔1e的主轴颈的曲轴1与空心的控制轴3形成两路油道，两路油道为液压驱动器提供高、低压油（图18中虚、实线箭头所示）。
68.图19为可变有效曲拐半径的机构的原理图。结合图1至图3，内燃机控制器接收来自曲轴1位置传感器和带信号臂的中心摇臂4位置传感器的信号，计算当前的机构有效曲拐半径；参考图18，当需要改变机构有效曲拐半径时，内燃机控制器控制曲轴1端部的两路油道的液压力（通过控制液压比例电磁阀可实现），使液压驱动器驱动控制轴3相对曲轴1转动，结合图19，控制轴3转动带动控制轴端部固定连接的中心摇臂4转动，中心摇臂4通过连接杆5和连接杆销钉7带动曲轴1曲拐轴颈上的曲拐摇臂6转动，因而使曲拐摇臂6上与内燃机连杆大头孔连接的偏心轴颈6b到曲轴旋转轴中心的距离改变，即改变了机构的有效曲拐半径。图19左图曲拐摇臂6的偏心轴颈6b被驱动偏向曲拐外侧，图19右图曲拐摇臂6的偏心
轴颈6b被驱动偏向曲拐内侧，左、右图中曲拐摇臂6的偏心轴颈6b的轴线6b1在曲拐方向有δh的高度差，图示轴心黑点之间的连线长度表示曲轴1旋转轴中心到曲拐摇臂6的中间偏心轴颈6b轴线6b1的距离，即机构的有效曲拐半径。显然，机构在左图状态下的有效曲拐半径大于在右图状态下的有效曲拐半径。
69.继续参考图1至图3，所述的机构用于四缸内燃机，曲轴1的四个曲拐轴颈上都安装由曲拐摇臂6，每个曲拐摇臂6的两端摇臂都通过连接杆销钉7和连接杆5与对应的中心摇臂4连接。当控制轴3被驱动转动时，控制轴3带动端部固定安装的中心摇臂4转动、中心摇臂4通过连接杆5和连接杆销钉7推动第一个曲拐摇臂6绕曲拐轴颈转动，曲拐摇臂6的另一端的摆臂通过连接杆销钉7和连接杆5带动曲拐轴颈另一侧的第二个中心摇臂4转动，第二个中心摇臂4通过连接轴8带动连接轴8另一端固定连接的第三个中心摇臂4转动，第三个中心摇臂4通过连接杆销钉7和连接杆5带动曲轴1第二个曲拐轴颈上的第二个曲拐摇臂6绕曲拐轴颈转动；以此类推，从而使所有曲拐轴颈上的曲拐摇臂6绕曲拐轴颈同步转动，因而使所有曲拐摇臂6的偏心轴颈6b到曲轴旋转中心的距离同步改变，即改变了机构所有曲拐的有效曲拐半径。
70.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明的保护范围。