專利名稱：具有可變壓縮比的發(fā)動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有可變壓縮比的發(fā)動機(jī)，它包括連桿，它在一個(gè)端部通過活塞銷與活塞連接；第一臂，它在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地與所述連桿的另一個(gè)端部連接并且在另一個(gè)端部通過曲柄銷與曲軸連接；第二臂，它在一個(gè)端部處一體連接在第一臂的另一個(gè)端部上；控制桿，它在一個(gè)端部處與所述第二臂的另一個(gè)端部連接；以及支撐軸，用于支撐控制桿的另一端部以便進(jìn)行轉(zhuǎn)動運(yùn)動，所述支撐軸的位置可以在x-y平面內(nèi)移動，該x-y平面由沿著汽缸軸線穿過曲軸的軸線延伸的x軸線和沿著與x軸線垂直的方向穿過曲軸的軸線延伸的y軸線構(gòu)成。
背景技術(shù)：
這種發(fā)動機(jī)通?？蓮睦缛毡緦＠卦S公開No.9-228853等中得知，并且設(shè)計(jì)成可根據(jù)工作狀態(tài)而改變壓縮比。
為了在高溫下提高發(fā)動機(jī)的效率，希望不僅壓縮比改變，而且排氣量也可變。但是，在傳統(tǒng)已知的發(fā)動機(jī)中，該排氣量保持恒定。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種具有可變壓縮比的發(fā)動機(jī)，其中不僅壓縮比而且排氣量也可以變化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面和特征，提供一種具有可變壓縮比的發(fā)動機(jī)，它包括連桿，它在一個(gè)端部通過活塞銷與活塞連接；第一臂，它在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地與所述連桿的另一個(gè)端部連接并且在另一個(gè)端部通過曲柄銷與曲軸連接；第二臂，它在一個(gè)端部處一體連接在第一臂的另一個(gè)端部上；控制桿，它在一個(gè)端部處與所述第二臂的另一個(gè)端部連接；以及支撐軸，用于支撐控制桿的另一端部以便進(jìn)行轉(zhuǎn)動運(yùn)動，所述支撐軸的位置可以在x-y平面內(nèi)移動，該x-y平面由沿著汽缸軸線穿過曲軸的軸線延伸的x軸線和沿著與x軸線垂直的方向穿過曲軸的軸線延伸的y軸線構(gòu)成，其中當(dāng)所述連桿的長度由L4表示，所述第一臂的長度由L2表示，所述第二臂的長度由L1表示，所述控制桿的長度由L3表示，由所述連桿與所述x軸形成的夾角由φ4表示，由所述第一和第二臂形成的夾角由α表示，由所述第二臂與所述y軸線形成的夾角由φ1表示，由所述控制桿與所述y軸線形成的夾角由φ3表示，由連接所述曲軸的軸線和所述曲柄銷的直線與所述x軸線形成的夾角由θ表示，所述曲軸的軸線和所述曲柄銷之間的長度由R表示，所述支撐軸的x-y坐標(biāo)由Xpiv和Ypiv表示，所述曲軸的轉(zhuǎn)動角速度由ω表示，并且所述汽缸軸線與所述曲軸的軸線沿著y軸線的偏置量由δ表示時(shí)，則可以建立以下等式-L4·sinφ4·dφ4/dt+L2·cos(α+φ1)·dφ1/dt-R·ω·sinθ＝0其中φ4＝arcsin{L2·cos(α+φ1)+R·sinθ-δ}/L4dφ4/dt＝ω·{-L2·sin(α+φ1)·R·cos(θ-φ3)/L1·sin(φ1+φ3)+R·cosθ}/(L4·cosφ4)φ3＝arcsin{(R·cosθ-Xpiv+L1·sinφ1)/L3}φ1=arcsin{(L32-L12-C2-D2)/2·L1·C2+D2)}-arctan(C/D)]]>C＝Y(jié)piv-RsinθD＝Xpiv-Rcosθdφ1/dt＝ω·R·cos(θ-φ3)/{L1·sin(φ1+φ3)}，并且在所述支撐軸處于第一位置時(shí)，所述活塞銷在頂部死點(diǎn)和底部死點(diǎn)處的曲軸轉(zhuǎn)角θ由將設(shè)定為任意數(shù)值的L1-L4、δ和R導(dǎo)入進(jìn)所述等式中來確定，在所述支撐軸處于所述第一位置時(shí)的排氣量Vhpiv0和壓縮比εpiv0以及在所述支撐軸處于偏離所述第一位置的第二位置時(shí)的排氣量Vhpiv1和壓縮比εpiv1由代表所述活塞銷在這兩個(gè)所述曲軸轉(zhuǎn)角θ處的高度X的下列等式來確定X＝L4·cosφ4+L2·(α+φ1)+R·cosθ并且所述第二臂的長度L1、所述第一臂的長度L2、所述控制桿的長度L3、所述連桿的長度L4、所述汽缸軸線與所述曲軸的軸線沿著y軸線方向的偏移量δ以及由所述第一和第二臂形成的夾角α它們之間滿足以下關(guān)系式當(dāng)εpiv1＜εpiv0時(shí)，Vhpiv1＞Vhpiv0，并且當(dāng)εpiv1＞εpiv0時(shí)，Vhpiv1＜Vhpiv0。
下面將參照圖7對根據(jù)第一特征的結(jié)構(gòu)的操作進(jìn)行說明，該圖顯示出活塞銷、連桿、曲軸、曲柄銷、第一臂、第二臂、控制桿和支撐軸的布置。當(dāng)要確定支撐軸的坐標(biāo)(Xpiv和Ypiv)時(shí)，通過對由{X＝L4·cosφ4+L2·(α+φ1)+R·cosθ}確定的活塞銷沿著x軸方向的位置求微分來確定活塞銷的移動速度(dX/dt)，并且當(dāng)dX/d＝0時(shí)形成的等式具有在0＜θ＜2π的范圍內(nèi)的兩個(gè)解。當(dāng)這兩個(gè)解與4沖程發(fā)動機(jī)的運(yùn)動相關(guān)時(shí)，并且在頂部死點(diǎn)處與活塞銷的曲軸轉(zhuǎn)角由θpivtdc表示，并且在底部死點(diǎn)處與活塞銷63的曲軸轉(zhuǎn)角由θpivbdc表示，則通過將θpivtdc和θpivbdc代入{X＝L4·cosφ4+L2·(α+φ1)+R·cosθ}來確定活塞銷在曲軸轉(zhuǎn)角θpivtdc和θpivbdc的每一個(gè)處的位置。這里，當(dāng)活塞銷沿著x軸方向在頂部死點(diǎn)處的位置由Xpivtdc表示，并且活塞銷沿著x軸方向在底部死點(diǎn)處的位置由Xpivbdc表示，則活塞銷的沖程由(Xpivtdc-Xpivbdc)確定。當(dāng)發(fā)動機(jī)中的汽缸孔的內(nèi)徑由B表示時(shí)，壓縮比εpiv根據(jù){εpiv＝1+(Vhpiv/Vapiv)}來確定。以滿足以下關(guān)系式的方式，確定出在支撐軸處于第一位置中時(shí)的排氣量Vhpiv0和壓縮比εpiv0和在支撐軸處于第二位置時(shí)的排氣量Vhpiv1和壓縮比εpiv1，并且確定出第二臂的長度L1、第一臂的長度L2、控制桿的長度L3、連桿的長度L4、汽缸軸與曲軸沿著y軸線方向的偏置量δ以及由第一和第二臂形成的夾角α當(dāng)εpiv1＜εpiv0時(shí)，Vhpiv1＞Vhpiv0，并且當(dāng)εpiv1＞εpiv0時(shí)，Vhpiv1＜Vhpiv0。
因此，排氣量越大，則發(fā)動機(jī)可以在更低的壓縮比下工作，并且排氣量越小，則該發(fā)動機(jī)可以在更高的壓縮比下工作。因此，負(fù)載越低，則發(fā)動機(jī)可以以更小的排氣量和更高的壓縮比工作，由此提高了熱效率。負(fù)載越高，則發(fā)動機(jī)可以以更大的排氣量并且更低的壓縮比工作，從而防止了在汽缸中的爆炸載荷和壓力上升過大，以避免出現(xiàn)噪音和強(qiáng)度問題。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面和特征，除了第一特征之外，活塞銷的運(yùn)動軌跡確定成落入在x軸線和一條直線之間的范圍內(nèi)，所述直線在活塞處于頂部死點(diǎn)時(shí)平行于x軸線延伸并且穿過位于連桿和第一臂之間的連接點(diǎn)的位置中的一個(gè)，該位置沿著y軸線的方向離x軸線最遠(yuǎn)。通過這種特征，可以降低在活塞滑動期間的摩擦。更具體地說，在膨脹沖程的第一半段時(shí)，由于在燃燒室中的燃燒，所以活塞受到了較大負(fù)載，但是連桿的傾斜角度在膨脹沖程的第一半段時(shí)會受到抑制，因此可以降低摩擦。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面和特征，除了第一或第二特征之外，當(dāng)活塞銷在所述排氣量最小時(shí)在頂部死點(diǎn)處沿著x軸線方向的高度由Xetdc表示，該活塞銷在所述排氣量最大時(shí)在頂部死點(diǎn)處沿著x軸線方向的高度由Xptdc表示，并且所述活塞的頂部平臺的寬度由H1表示時(shí)，這些數(shù)值可以確立這樣一種關(guān)系式Xetdc-Xptdc≤H1。
當(dāng)排氣量最大時(shí)，汽缸孔的一部分內(nèi)表面也暴露給燃燒室，因此由燃燒產(chǎn)生的碳可能沉積并且積累在汽缸孔的那部分內(nèi)表面上。當(dāng)這個(gè)狀態(tài)保持未受影響時(shí)，安裝在活塞上的活塞環(huán)在累積的碳上滑動，從而產(chǎn)生一些缺點(diǎn)例如活塞環(huán)的粘著和異常磨損以及燃燒氣體密封不好。但是，通過根據(jù)第三特征建立Xetdc-Xptdc≤H1，從而可以防止活塞環(huán)在排氣量最小時(shí)在累積的碳上滑動，由此消除了上述缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面和特征，除了上述第一至第三特征中的任一個(gè)之外，該支撐軸移動以描繪出一種圓形軌跡，該軌跡具有繞著一個(gè)點(diǎn)的半徑Rp，所述點(diǎn)在所述x-y平面內(nèi)分別沿著y軸線和x軸線的方向與曲軸的軸線間隔長度L5和L6，并且其中當(dāng)曲軸的軸線和曲柄銷之間的長度R設(shè)定為1.0時(shí)，第二臂的長度L1設(shè)定為1.5至6.0，第一臂的長度L2設(shè)定為1.0至5.5，控制桿的長度L3設(shè)定為3.0至6.0，長度L5設(shè)定為1.2至6.0，長度L6設(shè)定為0.9至3.8，并且半徑Rp設(shè)定為0.06至0.76，還有由第一臂和第二臂形成的夾角α設(shè)定為77至150度。
第四特征的結(jié)構(gòu)包含了第二和第三特征的結(jié)構(gòu)。因此，可以降低在活塞滑動期間的摩擦以防止活塞環(huán)在累積的碳上滑動，由此消除了這些缺點(diǎn)，例如活塞環(huán)的粘著和異常磨損和燃燒氣體的不良密封。
從下面優(yōu)選實(shí)施方案的說明并且結(jié)合附圖將更加了解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1-10顯示出本發(fā)明的第一實(shí)施例，其中圖1為發(fā)動機(jī)的前視圖；圖2為沿著圖3中的直線2-2剖開的發(fā)動機(jī)的垂直剖視圖；圖3為沿著圖2中的直線3-3剖開的剖視圖；圖4為沿著圖3中的直線4-4剖開的剖視圖；圖5為在較低負(fù)載狀態(tài)中沿著在圖1中的直線5-5剖開的放大剖視圖；圖6為與圖5類似的剖視圖，但是處于較高負(fù)載狀態(tài)中；圖7顯示出連桿機(jī)構(gòu)的布置；圖8為軸、排氣量和壓縮比之間的關(guān)系曲線圖；圖9A的圖表順序顯示出連桿機(jī)構(gòu)處于發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)中的操作狀態(tài)；圖9B的圖表順序顯示出連桿機(jī)構(gòu)在發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)中的操作狀態(tài)；圖10為平均有效壓力和燃油消耗率之間的關(guān)系曲線圖。
圖11和12顯示出本發(fā)明的第二實(shí)施方案，其中圖11為發(fā)動機(jī)的前視圖；圖12為沿著圖11中的箭頭12的方向剖開的視圖。
圖13-18顯示出本發(fā)明的第三實(shí)施方案，其中圖13為發(fā)動機(jī)的主要部分的前視圖；圖14為在較低負(fù)載狀態(tài)中沿著在圖13中的直線14-14剖開的剖視圖；圖15為沿著在圖14中的直線15-15剖開的剖視圖；圖16為沿著在圖15中的直線16-16剖開的剖視圖；圖17為與圖15類似的剖視圖，但是處于發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)中；圖18為沿著圖17中的直線18-18剖開的剖視圖。
圖19-24顯示出本發(fā)明的第四實(shí)施方案，其中圖19為發(fā)動機(jī)的主要部分的前視圖；圖20為沿著在圖10中的直線20-20剖開的剖視圖；圖21為處于發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)的沿著在圖20中的直線21-21剖開的剖視圖；圖22為處于發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)的沿著在圖20中的直線22-22剖開的剖視圖；圖23為與圖21類似的剖視圖，但是處于發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)。
圖24為與圖22類似的剖視圖，但是處于發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)。
圖25-27顯示出本發(fā)明的第五實(shí)施方案，其中圖25A顯示出處于發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)的連桿機(jī)構(gòu)的操作狀態(tài)；圖25B顯示出處于發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)的連桿機(jī)構(gòu)的操作狀態(tài)；圖26A為處于發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)中的靠近燃燒室的區(qū)域的剖視圖；圖26B為處于發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)中的靠近燃燒室的區(qū)域的剖視圖；并且圖27顯示出連桿機(jī)構(gòu)的布置。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照圖1-10對本發(fā)明的第一實(shí)施方案進(jìn)行說明。首先參照圖1-3，根據(jù)該第一實(shí)施方案的發(fā)動機(jī)是一種在工作機(jī)等中所使用的空冷單缸發(fā)動機(jī)，并且包括發(fā)動機(jī)主體21，它由曲軸箱22、以稍微向上傾斜的狀態(tài)從曲軸箱22伸出的汽缸體23和與汽缸體23的頭部連接的汽缸蓋24構(gòu)成。在汽缸體23和汽缸蓋24的外表面上設(shè)有大量氣冷片23a和24a。在曲軸箱22的下表面上的安裝面22a安裝在各種工作機(jī)的每一個(gè)的發(fā)動機(jī)座上。
曲軸箱22包括通過鑄造工藝與汽缸體23一體形成的箱體25以及與箱體25的開口端連接的側(cè)蓋26，并且曲軸27在其相對的端部處通過軸承28和29以及插入在其間的油密封件30和31可轉(zhuǎn)動地承載在箱體25上。曲軸27的一個(gè)端部作為輸出軸部分27a從側(cè)蓋26中伸出，并且曲軸27的另一個(gè)端部作為輔助安裝軸部分27b從箱體25中伸出。而且，飛輪32固定在輔助安裝軸部分27b上；冷卻風(fēng)扇35通過螺紋件36固定在飛輪32的外表面上，用于向發(fā)動機(jī)體21的各個(gè)部分和化油器34提供冷卻空氣，并且在冷卻風(fēng)扇36外面設(shè)置有反沖型發(fā)動機(jī)定子37。
汽缸孔39形成在汽缸體23中，并且活塞38可滑動地容納在汽缸孔39中。燃燒室40形成在汽缸體23和汽缸蓋24之間，從而活塞的頂部暴露于燃燒室40。
進(jìn)氣口41和排氣口42形成在汽缸蓋24中并且通向燃燒室40，并且進(jìn)氣閥43和排氣閥44可打開和關(guān)閉地設(shè)置在汽缸蓋24中，進(jìn)氣閥43用于使進(jìn)氣口41和燃燒室40相互連接和分離，排氣閥44用于使排氣口42和燃燒室40相互連接和分離。火花塞45螺紋裝配在汽缸蓋24中，并且其電極面向燃燒室40。
化油器34與汽缸蓋24的上部連接，并且進(jìn)氣通道46的下游端與進(jìn)氣口41相通，該進(jìn)氣通道46的下游端包括在該化油器34中。通向進(jìn)氣通道46的上游端的進(jìn)氣管道47與化油器34連接，并且還與空氣濾清器(未示出)連接。通向排氣口42的排氣管道48與汽缸蓋24的上部連接，并且還與排氣消聲器49連接。另外，油箱51這樣設(shè)置在曲軸箱22的上方，從而它支撐在從曲軸箱22伸出的托架50上。
主動齒輪52在更靠近曲軸箱22的側(cè)蓋26的位置處一體地形成在曲軸上，并且與主動齒輪52嚙合的從動齒輪53固定在凸輪軸54上，該凸輪軸54可轉(zhuǎn)動地承載在曲軸箱22中并且具有與曲軸27平行的軸線。因此，來自曲軸27的轉(zhuǎn)動動力以1/2的減速比由相互嚙合的主動齒輪52和從動齒輪53傳遞給凸輪軸54。
凸輪軸54設(shè)有分別與進(jìn)氣閥43和排氣閥44相對應(yīng)的進(jìn)氣凸輪55和排氣凸輪56，并且可操作地承載在汽缸體23上的隨動件57與進(jìn)氣凸輪55滑動接觸。另一方面，工作腔室58限定在汽缸體23和汽缸蓋24中，從而隨動件57的上部從工作腔室58的下部伸出；并且推桿59設(shè)置在工作腔室58中，并且其下端壓靠在隨動件57上。另一方面，搖臂60可擺動地承載在汽缸蓋24上，并且其一個(gè)端部壓靠在排氣閥44的上端上，該排氣閥44沿著關(guān)閉方向受到彈簧的偏壓；并且推桿59的上端壓靠在搖臂60的另一個(gè)端部上。因此，推桿59響應(yīng)于進(jìn)氣凸輪55的轉(zhuǎn)動而軸向操作，并且進(jìn)氣閥60通過響應(yīng)于推桿59的操作而引起的搖臂60的擺動而打開和關(guān)閉。
在排氣凸輪56和排氣閥44之間還插入有與進(jìn)氣凸輪55和進(jìn)氣閥43之間的機(jī)構(gòu)類似的機(jī)構(gòu)，從而排氣閥44響應(yīng)于排氣凸輪56的轉(zhuǎn)動而打開和關(guān)閉。
再參照圖4，活塞38、曲軸27和支撐軸61通過連桿機(jī)構(gòu)62相互連接，該支撐軸承載在發(fā)動機(jī)主體21的曲軸箱22中，用于在延伸穿過汽缸軸線C并且與曲軸27的軸線垂直的平面中移動。
連桿機(jī)構(gòu)62包括連桿64，它在一個(gè)端部處通過活塞銷63與活塞38連接；第一臂66，它在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地連接在連桿64的另一個(gè)端部上，并且在另一個(gè)端部處連接在曲軸27的曲軸銷65上；以及控制桿69，它在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地連接在第二臂67的另一個(gè)端部上，并且在另一個(gè)端部處連接在支撐軸61上。第一臂66和第二臂67一體形成作為輔助桿68。
輔助桿68包括半圓形第一軸承部分70和一對分叉部分71和72，該半圓形第一軸承部分70在其中間部分處設(shè)置成與曲柄銷65的一半圓周滑動接觸，該分叉部分71和72設(shè)置在輔助桿的兩個(gè)相對端部處，從而連桿64的另一個(gè)端部和控制桿69的一個(gè)端部被夾在其間。包括在曲柄蓋73中的半圓形第二軸承部分74與曲軸27的曲柄銷65的剩余半個(gè)圓周滑動接觸，并且曲柄蓋73固定在輔助桿68上。
連桿64在其另一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地連接在輔助桿68的一個(gè)端部上，即通過連桿銷75連接在第一臂66的一個(gè)端部上，該連桿銷壓配合進(jìn)連桿64的另一個(gè)端部中，并且在輔助桿相對的端部處可轉(zhuǎn)動地安裝進(jìn)位于輔助桿68的一個(gè)端部處的分叉部分71中。
控制桿69在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地連接在輔助桿68的另一個(gè)端部上，即通過圓柱形輔助桿銷76連接在第二臂67的另一個(gè)端部上，所述銷可相對轉(zhuǎn)動地穿過控制桿69的一個(gè)端部，并且在其相對的端部處間隙配合進(jìn)位于輔助桿68的另一個(gè)端部處的分叉部分72中，該控制桿69插入到位于輔助桿68的另一個(gè)端部處的分叉部分72中。而且，一對夾子77、77安裝在位于輔助桿68的另一個(gè)端部處的分叉部分72上，以壓靠在輔助桿銷76的相對端部上，用來防止輔助桿銷76從分叉部分72脫離。
曲柄蓋73固定在成對設(shè)置在曲軸27的相對側(cè)面處的分叉部分71和72上，并且連桿銷75和輔助桿銷76設(shè)置在螺栓78、78的軸線的延伸部分上。
進(jìn)一步參照圖5，圓柱形支撐軸61安裝在一對轉(zhuǎn)動軸81和82的偏心位置之間，該對轉(zhuǎn)動軸81和82共軸設(shè)置且具有與曲軸平行的軸線。而且，轉(zhuǎn)動軸81承載在一體設(shè)置在曲軸箱22的箱體25的上部處的支撐部分83上，并且其間插入有單向離合器85，而且轉(zhuǎn)動軸82承載在安裝在箱體25上的支撐部分84上，并且其間插入有單向離合器86。
控制桿69在另一個(gè)端部處與支撐軸61連接，控制桿69根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)動周期交替地接受沿著擠壓控制桿69的方向的負(fù)載和沿著拖拉控制桿69的方向的負(fù)載。因?yàn)橹屋S61安裝在轉(zhuǎn)動軸81和82的偏心位置之間，所以從控制桿69施加給轉(zhuǎn)動軸81和82中每一個(gè)的一個(gè)側(cè)面的轉(zhuǎn)動力和施加給另一個(gè)側(cè)面的轉(zhuǎn)動力也交替地施加給轉(zhuǎn)動軸81和82的每一個(gè)上。但是，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)動軸81、82和支撐部分83、84之間插入有單向離合器85、86，所以轉(zhuǎn)動軸81和82可以只沿著由箭頭80所示的一個(gè)方向轉(zhuǎn)動。
鎖緊部件87固定在轉(zhuǎn)動軸81的一個(gè)端部上，該轉(zhuǎn)動軸81通過曲軸箱22的側(cè)蓋26可轉(zhuǎn)動地向外面伸出。該鎖緊部件87形成為圓盤形，它具有在圓周上的一個(gè)點(diǎn)處徑向向外伸出的限制突起88。
另一方面，具有開口89的支撐板90固定在曲軸箱22的側(cè)蓋26的外表面上，鎖緊部件87的一部分和一對托架從支撐板90向外突出并進(jìn)入開口89中。軸部件92設(shè)置在鎖緊部件87外面的位置處并且具有與轉(zhuǎn)動軸81的軸線垂直的軸線，該軸部件92在其相對的端部處分別固定地支撐在托架91、91上。
搖臂部件93可擺動地承載在軸部件92上，并且具有一對接合部分93a和93b，接合部分93a和93b能夠在它們相位彼此間隔(例如167度)的位置處與部件87的限制突起88接合。為了確定搖臂部件93沿著軸部件92的軸線的位置，圓柱形襯墊94和95插入在托架91、91和搖臂部件93之間以包圍著軸部件92。另外，在搖臂部件93和支撐板90之間安裝有回復(fù)彈簧107，用來向搖臂部件93施加偏壓，以便沿著使搖臂部件93的接合部分93a和93b中的一個(gè)93a與限制突起88接合的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動運(yùn)動。
薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)97與搖臂部件93連接。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)97包括外殼98、膜片99、彈簧100以及與膜片99的中央部分連接的操縱桿101，外殼98安裝在裝在支撐板90上的托架96上，膜片99支撐在外殼98中以將外殼99的內(nèi)部分成負(fù)壓腔室102和大氣壓腔室103，彈簧100在壓縮力作用下安裝在外殼98和膜片99之間以沿著增加負(fù)壓腔室102的體積的方向施加彈簧力。
外殼98包括安裝在托架96上的碗形第一半殼104和與半殼104配合的碗形第二半殼105。膜片99的周邊夾在半殼104和105的開口邊緣之間。負(fù)壓腔室102限定在膜片99和第二半殼105之間，并且彈簧100容納在負(fù)壓腔室102中。
大氣壓腔室103限定在膜片99和第一半殼104之間。操縱桿101穿過設(shè)在第二半殼105的中央部分中的通孔106伸進(jìn)大氣壓腔室103，并且在一個(gè)端部處連接在膜片99的中央部分上。大氣壓腔室103通過通孔106的內(nèi)周邊和操縱桿101的外周邊之間的間隙與外面相通。
通向負(fù)壓腔室102的管道108與外殼98的第二半殼105連接。另一方面，穩(wěn)壓箱109在鄰接執(zhí)行機(jī)構(gòu)97的位置處被支撐在托架96上。管道108與穩(wěn)壓箱109連接。通向穩(wěn)壓箱109的管道110與在化油器34中的進(jìn)氣通道46的下游端連接。因此，在進(jìn)氣通道46中抽出的進(jìn)氣負(fù)壓被引進(jìn)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)97中的負(fù)壓腔室102中，并且穩(wěn)壓箱109用來抑制進(jìn)氣負(fù)壓的跳動。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)97的操縱桿101的另一個(gè)端部通過連桿111與搖臂部件93連接。當(dāng)發(fā)動機(jī)處于低負(fù)載工作狀態(tài)(其中在負(fù)壓腔室102中的負(fù)壓較高)中時(shí)，膜片99處于這樣的狀態(tài)中，如在圖5中所示一樣，其中它已經(jīng)克服了回復(fù)彈簧107和彈簧100的彈簧力，撓曲成減小負(fù)壓腔室102的體積，從而該操縱桿101收縮。在該狀態(tài)中，搖臂部件93的轉(zhuǎn)動位置是這樣一個(gè)位置，其中接合部分93a和93b的一個(gè)93b與鎖緊部件87的限制突起88接合。
另一方面，當(dāng)使發(fā)動機(jī)處于高負(fù)載工作狀態(tài)(其中在負(fù)壓腔室102中的負(fù)壓較低)中時(shí)，膜片99在回復(fù)彈簧107和彈簧100的彈簧力的作用下?lián)锨栽黾迂?fù)壓腔室102的體積，從而操縱桿101擴(kuò)展。因此，搖臂部件93回到這樣一個(gè)位置，即它允許接合部分93a和93b中的一個(gè)93a與鎖緊部件87的限制突起88接合。
轉(zhuǎn)動軸81和82在發(fā)動機(jī)工作期間受到沿著一個(gè)方向施加在其上的轉(zhuǎn)動力，通過以上述方式轉(zhuǎn)動搖臂部件93，轉(zhuǎn)動軸81和82的轉(zhuǎn)動被限制在這樣一個(gè)位置中，即接合部分93a和93b中的任意一個(gè)與鎖緊部件87的限制突起88接合，該鎖緊部件87與轉(zhuǎn)動軸中的一個(gè)81一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)動軸81和82的轉(zhuǎn)動在兩個(gè)相位彼此不同(例如相隔167度)的位置中停止時(shí)，設(shè)置在與轉(zhuǎn)動軸81和82的軸線偏心的位置中的支撐軸61，即控制桿69的另一個(gè)端部在兩個(gè)位置之間移動，這兩個(gè)位置在與曲軸27的軸線垂直的平面中，由此改變了在發(fā)動機(jī)中的壓縮比。
而且，連桿機(jī)構(gòu)62如此構(gòu)成，從而不僅壓縮比而且還有活塞38的沖程都可以改變，并且下面將參照圖7對為此目的而設(shè)計(jì)的連桿機(jī)構(gòu)62中的尺寸關(guān)系進(jìn)行說明。
這里，當(dāng)各個(gè)尺寸在x-y平面中如下面所述一樣表示時(shí)，該x-y平面由沿著汽缸軸線C穿過曲軸27延伸的軸線的x軸線和沿著與x軸線垂直的方向穿過曲軸27的軸線延伸的y軸線所構(gòu)成，即連桿64的長度由L4表示，第一臂66的長度由L2表示，第二臂67的長度由L1表示，控制桿69的長度由L3表示，由連桿64與x軸線形成的夾角由φ4表示，由第一臂66和第二臂67形成的夾角由φ1表示，由控制桿69與y軸線形成的夾角由φ3表示，由連接曲軸27的軸線和曲柄銷65的直線與x軸線形成的夾角由θ表示，曲軸27和曲柄銷65之間的長度由R表示，支撐軸的x-y軸坐標(biāo)由Xpiv和Ypiv表示，曲軸的轉(zhuǎn)動角速度由ω表示，并且所述汽缸軸線C與所述曲軸27的軸線沿著y軸線的偏置量由δ表示時(shí)，則活塞銷63的高度X根據(jù)下式來確定X＝L4·cosφ4+L2·(α+φ1)+R·cosθ --(1)其中φ4＝arcsin{L2·cos(α+φ1)+R·sinθ-δ}/L4φ1=arcsin{(L32-L12-C2-D2)/2·L1·C2+D2)}-arctan(C/D)]]>C＝Y(jié)piv-RsinθD＝Xpiv-Rcosθ這里，活塞銷63沿著x軸線的方向的速度通過對上述等式(1)進(jìn)行積分由下式確定dX/dt＝-L4·sinφ4·(dφ4/dt)+L2·cos(α+φ1)·(dφ1/dt)-R·ω·sinθ(2)其中dφ4/dt＝ω·{-L2·sin(α+φ1)·R·cos(θ-φ3)/L1·sin(φ1+φ3)+R·cosθ}/(L4·cosφ4)φ3＝arcsin{(R·cosθ-Xpiv+L1·sinφ1)/L3}dφ1/dt＝ω·R·cos(θ-φ3)/{L1·sin(φ1+φ3)}
在上述等式(2)中dX/dt＝0的情況中的等式在θ在0＜θ＜2π時(shí)具有兩個(gè)解。如果這兩個(gè)解與4沖程發(fā)動機(jī)的運(yùn)動相關(guān)的話，則當(dāng)在頂部死點(diǎn)處與活塞銷的曲軸轉(zhuǎn)角由θpivtdc表示，并且在底部死點(diǎn)處與活塞銷63的曲軸轉(zhuǎn)角由θpivbdc表示時(shí)，則通過將θpivtdc和θpivbdc代入上述等式(1)來確定活塞銷63在曲軸轉(zhuǎn)角θpivtdc和θpivbdc的每一個(gè)處的位置。在該情況中，沿著x軸線方向在頂部死點(diǎn)處的活塞銷63的位置Xpivtdc表示，并且活塞銷63沿著x軸方向在底部死點(diǎn)處的位置由Xpivbdc表示時(shí)，則活塞銷的沖程Spiv由(Xpivtdc-Xpivbdc)來確定。
這里，當(dāng)汽缸孔39的內(nèi)徑由B表示時(shí)，則排氣量Vapiv根據(jù){Vhpiv＝Spiv·(B2/4)·π}來確定，當(dāng)燃燒室在頂部死點(diǎn)處的體積由Vapiv表示時(shí)，根據(jù)εpiv＝{1+(Vhpiv/Vapiv)}來確定壓縮比εpiv。
在上述方法中，確定出在支撐軸61處于任意的第一位置中時(shí)的排氣量Vhpiv0和壓縮比εpiv0以及在支撐軸已經(jīng)從第一位置移動到第二位置時(shí)的排氣量Vhpiv1和壓縮比εpiv1，并且確定出第二臂67的長度L1、第一臂66的長度L2、控制桿69的長度L3、連桿64的長度L4、汽缸軸線C與曲軸27的軸線沿著y軸線方向的偏置量δ以及由第一和第二臂66和67形成的夾角α，從而它們可以滿足以下關(guān)系式當(dāng)εpiv1＜εpiv0時(shí)，Vhpiv1＞Vhpiv0，并且當(dāng)εpiv1＞εpiv0時(shí)，Vhpiv1＜Vhpiv0。
如果以上述方式確定出各個(gè)數(shù)值的話，則如在圖8中所示一樣排氣量Vhpiv和壓縮比εpiv根據(jù)支撐軸的相位變化而沿著相反的方向改變。因此，當(dāng)排氣量較大時(shí)，發(fā)動機(jī)可以以較低的壓縮比工作，并且當(dāng)排氣量較小時(shí)，發(fā)動機(jī)可以在更高的壓縮比下工作。
換句話說，當(dāng)支撐軸61處于與發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)相對應(yīng)的位置中時(shí)，連桿機(jī)構(gòu)62如在圖9A中所示一樣操作，并且當(dāng)支撐軸61處于與發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)相對應(yīng)的位置中時(shí)，該連桿機(jī)構(gòu)62如在圖9B中所示一樣操作，并且活塞銷63在發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)中的沖程Spiv大于該活塞銷63在發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)中的沖程Spiv。而且，在發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)中的壓縮比大于在發(fā)動機(jī)高負(fù)載狀態(tài)中的壓縮比，因此當(dāng)負(fù)載較低時(shí)，發(fā)動機(jī)以更小的排氣量和更高的壓縮比工作，并且當(dāng)負(fù)載較高時(shí)，發(fā)動機(jī)以更大的排氣量和更低的壓縮比工作。
下面將對該第一實(shí)施方案的操作進(jìn)行說明。連桿機(jī)構(gòu)包括連桿64，它在一個(gè)端部處通過活塞銷63與活塞38連接；第一臂66，它在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地連接在連桿64的另一個(gè)端部上，并且在另一個(gè)端部處通過曲柄銷65連接在曲軸27上；第二臂67，它在一個(gè)端部處一體地連接在第一臂66的另一個(gè)端部上，以通過與第一臂66一同構(gòu)成輔助桿68；以及控制桿69，它在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地連接在第二臂67的另一個(gè)端部上。壓縮比以這樣的方式變化，從而支撐著控制桿69的另一個(gè)端部的支撐軸61根據(jù)發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)而移動。而且第二臂67的長度L1、第一臂66的長度L2、控制桿69的長度L3、連桿64的長度L4、汽缸軸線C與曲軸的軸線沿著y軸線方向的偏置量δ以及由第一和第二臂66和67形成的夾角α要正確地設(shè)定，從而使活塞銷63的沖程也是可變的。因此，該發(fā)動機(jī)在排氣量較大時(shí)以較低的壓縮比工作，并且該發(fā)動機(jī)在排氣量較小時(shí)以較高的壓縮比工作。
因此，通過在發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)中使發(fā)動機(jī)以較低的排氣量和較高的壓縮比工作，則可以提高熱效率，從而如與由虛線所示的現(xiàn)有技術(shù)相比，由圖10中的實(shí)線所示一樣可以降低燃油消耗速度，由此降低了油耗。通過在發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)中使發(fā)動機(jī)以較高的排氣量和較低的壓縮比工作，從而可以防止氣缸中的爆炸負(fù)載和壓力過分上升，由此避免了噪音和強(qiáng)度問題。
第一臂66和第二臂67通過相互合作構(gòu)成輔助桿68，該輔助桿68具有半圓形第一軸承部分70，該半圓形第一軸承部分70設(shè)置成與曲柄銷65的半個(gè)周邊滑動接觸。連桿64可轉(zhuǎn)動地連接在輔助桿68的一個(gè)端部上，并且控制桿69在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地連接在輔助桿68的另一個(gè)端部上。半圓形軸承部分74設(shè)置成與曲柄銷65的剩下半個(gè)周邊滑動接觸，具有半圓形軸承部分74的曲柄蓋73采用下面的方式固定在一體地設(shè)在輔助桿68上的一對半圓形分叉部分71和72上，即連桿64的另一個(gè)端部和控制桿69的一個(gè)端部夾在半圓形分叉部分71和72之間。因此，可以提高安裝在曲柄銷65上的輔助桿68的剛性。
另外，壓配合進(jìn)連桿64的另一個(gè)端部中的連桿銷75在其兩個(gè)相對端部處可轉(zhuǎn)動地裝配在分叉部分中的一個(gè)71中，并且輔助桿銷76相對可轉(zhuǎn)動地穿過控制桿69的一個(gè)端部，該輔助桿銷76在其相對的端部處間隙配合進(jìn)另一個(gè)分叉部分72中。因此，從活塞38到輔助桿68和控制桿69的部分單獨(dú)裝配進(jìn)發(fā)動機(jī)，然后可以使輔助桿68和控制桿69相互連接。這樣，可以便于進(jìn)行裝配操作，同時(shí)提高裝配精確度，因此可以避免發(fā)動機(jī)的尺寸增加。
而且，由于連桿銷75和輔助桿76設(shè)置在螺栓78的軸線的延伸部分上，螺栓78用于將曲柄蓋73固定在輔助桿68上，所以該輔助桿68和曲柄蓋73可以緊湊地構(gòu)成，由此可以降低輔助桿68和曲柄蓋73的重量，并且也可以抑制動力的損失。
另外，這對轉(zhuǎn)動軸81和82承載在支撐部分83和支撐部件84，該支撐部分83一體地設(shè)置在發(fā)動機(jī)主體21中的曲軸箱22的箱體25上，支撐部件84安裝在該箱體25上，并且在它們之間插入有單向離合器85和86，并且支撐軸61安裝在轉(zhuǎn)動軸81和82的偏心位置之間。而且，因?yàn)橹屋S61根據(jù)發(fā)動機(jī)的運(yùn)動循環(huán)而交替地受到沿著擠壓控制桿69的方向的負(fù)載和沿著拖拉控制桿69的方向的負(fù)載作用，所以用于使轉(zhuǎn)動軸81和82沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動的負(fù)載和用于使轉(zhuǎn)動軸81和82沿著另一個(gè)方向轉(zhuǎn)動的負(fù)載交替地施加給轉(zhuǎn)動軸81和82。但是，轉(zhuǎn)動軸81和82由于單向離合器85和86的作用而只沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動。
另外，鎖緊部件87在圓周上的一個(gè)位置處具有限制突起88，鎖緊部件87固定在從發(fā)動機(jī)主體21中的側(cè)蓋26伸出的轉(zhuǎn)動軸81的一個(gè)端部上。搖臂部件93具有一對相位間隔(例如間隔167度)的接合部分93a和93b，該接合部分93a和93b能夠與鎖緊部件87的限制突起88接合。搖臂部件93可擺動地承載在軸部件92上，該軸部件92固定在發(fā)動機(jī)主體21上，并且具有與轉(zhuǎn)動軸81垂直的軸線。搖臂部件93在回復(fù)彈簧107的作用下沿著使接合部分93a和93b中的一個(gè)與限制突起88接合的方向偏轉(zhuǎn)。
另一方面，薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)97包括膜片99和大氣壓腔室103，該膜片99的相對的側(cè)面面對著通向化油器34中的進(jìn)氣通道46的負(fù)壓腔室102，大氣壓腔室103向大氣打開并且其周邊由外殼98夾住，該薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)如此支撐在發(fā)動機(jī)主體21上并且與搖臂部件93連接，從而搖臂部件93根據(jù)在負(fù)壓腔室102中的負(fù)壓增加而沿著與彈簧偏壓方向相反的方向轉(zhuǎn)動。
即，通過利用在發(fā)動機(jī)上的負(fù)載來操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)97，從而轉(zhuǎn)動軸81和82即支撐軸61可以移動到并且固定在相位彼此不同(例如相差167度)的兩個(gè)不同位置中的一個(gè)處，并且支撐軸61即連桿69的另一個(gè)端部可以在與較高的壓縮比對應(yīng)的位置和與較低的壓縮比對應(yīng)的位置之間移動。而且，薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)97的使用使得可以減小發(fā)動機(jī)在移動控制桿69上的動力損失，同時(shí)可避免發(fā)動機(jī)的尺寸增加和發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)變復(fù)雜。
圖11和12顯示出本發(fā)明的第二實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，多個(gè)臺階112a和112b形成在搖臂部件93的接合部分93a和93b上，并且沿著鎖緊部件87的圓周方向布置(參見圖5和6)，從而它們隨著鎖緊部件87的轉(zhuǎn)動而順序與限制突起88接合。
根據(jù)該第二實(shí)施方案，通過使得限制突起88與臺階112a和112b接合，從而分階段改變鎖緊部件87的圓周位置，從而可以進(jìn)一步微小地改變壓縮比。
現(xiàn)在將參照圖13-18現(xiàn)在對本發(fā)明的第三實(shí)施方案進(jìn)行說明。首先參照圖13和14，支撐軸61可轉(zhuǎn)動地與控制桿69的另一個(gè)端部連接，該支撐軸61的相對端部設(shè)置在一對轉(zhuǎn)動軸113和114的偏心軸部分113a和113b之間，這對轉(zhuǎn)動軸相互共軸地設(shè)置并且具有與曲軸27平行的軸線。轉(zhuǎn)動軸113和114可轉(zhuǎn)動地承載在曲軸箱22中，并且其間插入有一對單向離合器85和86。
而且，在轉(zhuǎn)動軸中的一個(gè)113的偏心軸部分113a上一體地設(shè)置限制突起115，該限制突起15在圓周上的一個(gè)位置處，并徑向向外突起。
軸部件116安裝成可轉(zhuǎn)動并與轉(zhuǎn)動軸113和114的軸線垂直，從而延伸穿過曲軸箱22的殼體25進(jìn)入曲軸箱22，并且在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地承載在設(shè)在曲軸箱22上的支撐部分117上。
桿118固定在從曲軸箱22伸出的軸部件116的另一個(gè)端部上，并且薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)97與桿118連接。
搖臂部件119固定在軸部件116上，從而包圍著該軸部件116，該軸部件116位于曲軸箱22的側(cè)壁的內(nèi)表面和支撐部分117之間。一對接合部分119a和119b設(shè)置在搖臂部件119上，并且它們的相位彼此相隔例如167度，從而可以使它們與限制突起115接合?；貜?fù)彈簧120安裝在搖臂部件119和曲軸箱22之間，用來對搖臂部件119施加偏壓，以便沿著使搖臂部件119的接合部分119a和119b中的一個(gè)119a與限制突起115接合的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動。
當(dāng)發(fā)動機(jī)處于在執(zhí)行機(jī)構(gòu)97中的負(fù)壓腔室102中的負(fù)壓較高的低負(fù)載工作狀態(tài)時(shí)，操縱桿101處于接觸狀態(tài)。在該情況中，搖臂部件119的轉(zhuǎn)動位置是這樣一個(gè)位置，其中如在圖15和16中所示一樣，接合部分119a和119b中的一個(gè)119b與限制突起115接合。
另一方面，當(dāng)使發(fā)動機(jī)進(jìn)入在負(fù)壓腔室102中的負(fù)壓較低的高負(fù)載工作狀態(tài)時(shí)，膜片99撓曲以增加該負(fù)壓腔室102的體積，并且使操縱桿101張開。因此，接合部分119a和119b的一個(gè)119a可以轉(zhuǎn)動到這樣一個(gè)位置，其中如在圖17和18中所示一樣，它與限制突起115接合。
這樣，通過如上所述一樣使搖臂部件119轉(zhuǎn)動，從而使支撐軸61即控制桿69的另一個(gè)端部在與曲軸27的軸線垂直的平面中的兩個(gè)位置之間移動，由此改變在發(fā)動機(jī)中的壓縮比和沖程。
還有根據(jù)第三實(shí)施方案，可以提供與在第一實(shí)施方案中相同的效果。
現(xiàn)在將參照圖19-24對本發(fā)明的第四實(shí)施方案進(jìn)行說明。首先參照圖19和20，支撐軸61的相對端部可轉(zhuǎn)動地連接在控制桿69的另一個(gè)端部上，并且設(shè)置在一對轉(zhuǎn)動軸113和114的偏心軸部分113a和114a之間，這對轉(zhuǎn)動軸相互共軸地設(shè)置并且具有與曲軸27平行的軸線。轉(zhuǎn)動軸113和114可轉(zhuǎn)動地承載在曲軸箱22中，并且其間插入有一對單向離合器85和86。
而且，轉(zhuǎn)動軸113延伸穿過設(shè)在曲軸箱22上的支撐部分121，并且圓盤形鎖緊部件87固定在轉(zhuǎn)動軸113的一個(gè)端部上，該圓盤形鎖緊部件87具有在圓周上的一個(gè)位置處徑向向外伸出的限制突起88。
軸部件116安裝成可轉(zhuǎn)動、并與轉(zhuǎn)動軸113和114的軸線垂直，從而延伸穿過在曲軸箱22中的側(cè)蓋進(jìn)入曲軸箱22，并且在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地承載在設(shè)在曲軸箱22上的支撐部分117′上。
桿118固定在從曲軸箱22中伸出的軸部件116的另一個(gè)端部上，并且薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)97連接在桿118上。
搖臂部件121固定在軸部件116上，該軸部件116位于曲軸箱22的側(cè)壁的內(nèi)表面和支撐部分117′之間，并且一對接合部分121a和121b設(shè)在搖臂部件121上，并且它們的相位相互間隔，如167度，從而可使它們與限制突起88接合?；貜?fù)彈簧122安裝在搖臂部件121和曲軸箱22之間，并對搖臂部件121施加偏壓，以便沿著使搖臂部件121的接合部分121a和121b中的一個(gè)121a與限制突起88接合的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動運(yùn)動。
當(dāng)發(fā)動機(jī)處于在執(zhí)行機(jī)構(gòu)97中的負(fù)壓腔室102中的負(fù)壓較高的低負(fù)載工作狀態(tài)時(shí)，操縱桿101處于接觸狀態(tài)。在該狀態(tài)中，搖臂部件121的轉(zhuǎn)動位置是這樣一個(gè)位置，其中如在圖21和22中所示一樣，接合部分121a和121b中的一個(gè)121b與限制突起88接合。
另一方面，當(dāng)使發(fā)動機(jī)進(jìn)入在負(fù)壓腔室102中的負(fù)壓較低的高負(fù)載工作狀態(tài)時(shí)，膜片99撓曲以增加該負(fù)壓腔室102的體積，并且使操縱桿101張開。因此，接合部分121a和121b的一個(gè)121a可以轉(zhuǎn)動到這樣一個(gè)位置，其中如在圖23和24中所示一樣它與限制突起88接合。
這樣，通過如上所述一樣使搖臂部件119轉(zhuǎn)動，從而使支撐軸61即控制桿69的另一個(gè)端部在與曲軸27的軸線垂直的平面中的兩個(gè)位置之間移動，由此改變發(fā)動機(jī)的壓縮比和沖程。
同樣根據(jù)第四實(shí)施方案，可以提供與在第一實(shí)施方案中相同的效果。
當(dāng)活塞38處于膨脹沖程的第一半段中時(shí)，由于燃燒室中的燃燒而在活塞38上施加了很大的負(fù)載，但是如果連桿64的傾斜角度在那時(shí)較大的話，則活塞38與汽缸孔39的內(nèi)表面的接觸壓力更大，從而導(dǎo)致摩擦增加。當(dāng)在發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)中排氣量最大時(shí)，汽缸孔39的一部分內(nèi)表面也向燃燒室40暴露，由燃燒產(chǎn)生的碳可能沉積并且累積在汽缸孔39的那部分內(nèi)表面上。在該狀態(tài)保持不變，當(dāng)在發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)中將排氣量減小到最小時(shí)，安裝在活塞38上的活塞環(huán)在累積的碳上滑動，從而產(chǎn)生缺點(diǎn)，例如活塞環(huán)的粘著和異常磨損以及燃燒氣體的密封不良。因此，下面將在第五實(shí)施方案中對設(shè)計(jì)成消除了這些缺點(diǎn)的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行說明。
為了降低摩擦，活塞銷63的運(yùn)動軌跡確定成落入在x軸線和一條直線之間的范圍內(nèi)，所述直線在活塞38處于頂部死點(diǎn)時(shí)平行于x軸線延伸、并且穿過位于連桿64和第一臂66之間的連接位置中的一個(gè)，即沿著y軸線的方向離x軸線最遠(yuǎn)的連桿銷75的位置中的一個(gè)。
更具體地說，在如在圖25A中所示的發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)中，連桿機(jī)構(gòu)62在活塞38處于頂部死點(diǎn)的狀態(tài)(由實(shí)線所示的狀態(tài))和活塞38處于底部死點(diǎn)的狀態(tài)(由虛線所示的狀態(tài))之間工作，并且在x軸線和一條直線Le之間沿著y軸線存在距離δye，所述直線在活塞38處于頂部死點(diǎn)處時(shí)與x軸線平行地穿過連桿銷75的位置。另一方面，在發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)中，如在圖25B中所示一樣，連桿機(jī)構(gòu)62在活塞38處于頂部死點(diǎn)的狀態(tài)(由實(shí)線所示的狀態(tài))和活塞38處于底部死點(diǎn)的狀態(tài)(由虛線所示的狀態(tài))之間工作，并且在x軸線和一條直線Lp之間沿著y軸線存在距離δyp，所述直線在活塞38處于頂部死點(diǎn)處時(shí)與x軸線平行地穿過連桿銷75的位置，其中δye＜δyp。因此，活塞銷63的運(yùn)動軌跡被確定落入直線Lp和x軸之間的范圍內(nèi)。
如果活塞銷63的運(yùn)動軌跡以上述方式確定，雖然該活塞在該膨脹沖程的第一半段中由于燃燒室40中的燃燒而受到較大的負(fù)載，但是連桿64的傾斜角度在膨脹沖程的第一半段中可以受到抑制。因此，可降低摩擦，同時(shí)可以防止活塞38與汽缸孔39的內(nèi)表面的接觸壓力增加。
如圖26A和26B所示，活塞環(huán)125、126和127安裝在活塞38上，并且如果頂部平臺38a的寬度(從位于活塞38上的活塞環(huán)125至127中的一個(gè)朝著燃燒室40延伸的區(qū)域)由H1表示；當(dāng)在如圖26A中所示的發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)中排氣量最小時(shí)、活塞銷63在頂部死點(diǎn)處沿著x軸線的高度由Xetdc表示；并且在如圖26B中所示的發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)中所述排氣量最大時(shí)、該活塞銷在頂部死點(diǎn)處沿著x軸線方向的高度由Xptdc表示，這些數(shù)值可以確立這樣一種關(guān)系式，即Xetdc-Xptdc≤H1。
如果如上所述那樣確定這些數(shù)值，則當(dāng)在該發(fā)動機(jī)的高負(fù)載狀態(tài)中排氣量最大時(shí)，汽缸孔39的一部分內(nèi)表面也暴露給燃燒室40，并且由燃燒產(chǎn)生的碳可能沉積并且積累在汽缸孔39的那部分表面上。但是，當(dāng)該排氣量在發(fā)動機(jī)的低負(fù)載狀態(tài)中最小時(shí)，可以防止安裝在活塞38上的活塞環(huán)125至127中的一個(gè)125(離燃燒室40最近的一個(gè))在累積的碳上滑動。因此，可以消除這些缺點(diǎn)，例如活塞環(huán)的粘著和異常磨損以及燃燒氣體的密封不良。
如在圖27中所示一樣，支撐軸61移動成描繪出一種圓形軌跡，該軌跡具有繞著一個(gè)點(diǎn)的半徑Rp，所述點(diǎn)在所述x-y平面內(nèi)分別沿著y軸線和x軸線的方向與曲軸的軸線間隔長度為L5和L6，并且其中當(dāng)曲軸27的軸線和曲柄銷65之間的長度R設(shè)定為1.0時(shí)，第二臂的長度L1設(shè)定為1.5至6.0，第一臂66的長度L2設(shè)定為1.0至5.5，控制桿69的長度L3設(shè)定為3.0至6.0，長度L5設(shè)定為1.2至6.0，長度L6設(shè)定為0.9至3.8，并且半徑Rp設(shè)定為0.06至0.76，還有由第一臂66和第二臂67形成的夾角α設(shè)定為77至150度。
如果連桿機(jī)構(gòu)62的各個(gè)部分的尺寸如上所述那樣確定的話，則連桿64的傾斜角度在膨脹沖程的第一半段中會受到抑制。而且，當(dāng)該排氣量最小時(shí)，可以防止活塞環(huán)125在積累在汽缸孔39的內(nèi)表面上的碳上滑動。因此可以減小在活塞滑動期間的摩擦，并且可以消除這些缺點(diǎn)，例如活塞環(huán)的粘著和異常磨損以及燃燒氣體的密封不良。
雖然已經(jīng)對本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)說明，但是要理解的是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方案，并且在不脫離由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以在設(shè)計(jì)上作出各種改進(jìn)方案。
雖然在這些實(shí)施方案中使用薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)97來移動支撐軸61，但可以例如使用采用了電動機(jī)等的電子控制轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)來使支撐軸61移動。
權(quán)利要求
1.一種具有可變壓縮比的發(fā)動機(jī)，其包括連桿，它在一個(gè)端部通過活塞銷與活塞連接；第一臂，它在一個(gè)端部處可轉(zhuǎn)動地與所述連桿的另一個(gè)端部連接，并且在另一個(gè)端部通過曲柄銷與曲軸連接；第二臂，它在一個(gè)端部處一體連接在所述第一臂的另一個(gè)端部上；控制桿，它在一個(gè)端部處與所述第二臂的另一個(gè)端部連接；以及支撐軸，用于支撐所述控制桿的另一端部以便進(jìn)行轉(zhuǎn)動運(yùn)動，所述支撐軸的位置可以在x-y平面內(nèi)移動，該x-y平面由沿著汽缸軸線穿過曲軸的軸線延伸的x軸線和沿著與x軸線垂直的方向穿過曲軸的軸線延伸的y軸線構(gòu)成，其中，當(dāng)所述連桿的長度由L4表示，所述第一臂的長度由L2表示，所述第二臂的長度由L1表示，所述控制桿的長度由L3表示，由所述連桿與所述x軸形成的夾角由φ4表示，由所述第一和第二臂形成的夾角由α表示，由所述第二臂與所述y軸線形成的夾角由φ1表示，由所述控制桿與所述y軸線形成的夾角由φ3表示，由連接所述曲軸的軸線和所述曲柄銷的直線與所述x軸線形成的夾角由θ表示，所述曲軸的軸線和所述曲柄銷之間的長度由R表示，所述支撐軸的x-y坐標(biāo)由Xpiv和Ypiv表示，所述曲軸的轉(zhuǎn)動角速度由ω表示，并且所述汽缸軸線與所述曲軸的軸線沿著y軸線的偏置量由δ表示時(shí)，則可以建立以下等式-L4·sinφ4·dφ4/dt+L2·cos(α+φ1)·dφ1/dt-R·ω·sinθ＝0其中φ4＝arcsin{L2·cos(α+φ1)+R·sinθ-δ}/L4dφ4/dt＝ω·{-L2·sin(α+φ1)·R·cos(θ-φ3)/L1·sin(φ1+φ3)+R·cosθ}/(L4·cosφ4)φ3＝arcsin{(R·cosθ-Xpiv+L1·sinφ1)/L3}φ1=arcsin{(L32-L12-C2-D2)/2·L1·C2+D2)}-arctan(C/D)]]>C＝Y(jié)piv-RsinθD＝Xpiv-Rcosθdφ1/dt＝ω·R·cos(θ-φ3)/{L1·sin(φ1+φ3)}，并且在所述支撐軸處于第一位置時(shí)，所述活塞銷在頂部死點(diǎn)和底部死點(diǎn)處的曲柄轉(zhuǎn)角θ由將設(shè)定為任意數(shù)值的L1-L4、δ和R代入進(jìn)所述等式中來確定；在所述支撐軸處于所述第一位置時(shí)的排氣量Vhpiv0和壓縮比εpiv0以及在所述支撐軸處于偏離所述第一位置的第二位置時(shí)的排氣量Vhpiv1和壓縮比εpiv1由下列等式來確定X＝L4·cosφ4+L2·(α+φ1)+R·cosθ，X代表所述活塞銷在這兩個(gè)所述曲柄轉(zhuǎn)角θ處的高度；并且所述第二臂的長度L1、所述第一臂的長度L2、所述控制桿的長度L3、所述連桿的長度L4、所述汽缸軸線與所述曲軸的軸線沿著y軸線方向的偏移量δ以及由所述第一和第二臂形成的夾角α它們之間滿足以下關(guān)系式當(dāng)εpiv1＜εpiv0時(shí)，Vhpiv1＞Vhpiv0，并且當(dāng)εpiv1＞εpiv0時(shí)，Vhpiv1＜Vhpiv0。
2.如權(quán)利要求1所述的具有可變壓縮比的發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述活塞銷的運(yùn)動軌跡確定成落入在所述x軸線和一條直線之間的范圍內(nèi)，所述直線在所述活塞處于頂部死點(diǎn)時(shí)平行于所述x軸線延伸、并且穿過位于所述連桿和所述第一臂之間的連接點(diǎn)的位置中的一個(gè)，該位置沿著y軸線的方向離x軸線最遠(yuǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的具有可變壓縮比的發(fā)動機(jī)，其特征在于，當(dāng)所述活塞銷在所述排氣量最小時(shí)在頂部死點(diǎn)處沿著x軸線方向的高度由Xetdc表示；所述活塞銷在所述排氣量最大時(shí)在頂部死點(diǎn)處沿著x軸線方向的高度由Xptdc表示；并且所述活塞的頂部平臺的寬度由H1表示時(shí)，這些數(shù)值可以確立這樣一種關(guān)系式，即Xetdc-Xptdc≤H1。
4.如權(quán)利要求1所述的具有可變壓縮比的發(fā)動機(jī)，其特征在于，所述支撐軸移動成描繪出一種圓形軌跡，該軌跡具有繞著一個(gè)點(diǎn)的半徑Rp，所述點(diǎn)在x-y平面內(nèi)分別沿著y軸線和x軸線的方向與所述曲軸的軸線間隔長度L5和L6，并且其中當(dāng)所述曲軸的軸線和所述曲柄銷之間的長度R設(shè)定為1.0時(shí)，所述第二臂的長度L1設(shè)定為1.5至6.0，所述第一臂的長度L2設(shè)定為1.0至5.5，所述控制桿的長度L3設(shè)定為3.0至6.0，所述長度L5設(shè)定為1.2至6.0，所述長度L6設(shè)定為0.9至3.8，并且所述半徑Rp設(shè)定為0.06至0.76，還有由所述第一臂和所述第二臂形成的夾角α設(shè)定為77至150度。
全文摘要
一種具有可變壓縮比的發(fā)動機(jī)，它包括與活塞連接的連桿、可轉(zhuǎn)動地連接在連桿上并通過曲柄銷與曲軸連接的第一臂、一體地連接在第一臂上的第二臂、可轉(zhuǎn)動地連接在第二臂上的控制桿以及用于支撐控制桿的另一個(gè)端部以便進(jìn)行轉(zhuǎn)動運(yùn)動的可移動支撐軸。在該發(fā)動機(jī)中，確定出在支撐軸處于任意第一位置中時(shí)的排氣量Vhpiv0和壓縮比εpiv0以及在所述支撐軸處于偏離所述第一位置的第二位置時(shí)的排氣量Vhpiv1和壓縮比εpiv1，當(dāng)εpiv1＜εpiv0時(shí)，滿足關(guān)系式Vhpiv1＞Vhpiv0，并且當(dāng)εpiv1＞εpiv0時(shí)，滿足關(guān)系式Vhpiv1＜Vhpiv0。
文檔編號F02B75/04GK1445446SQ0312081
公開日2003年10月1日 申請日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月20日
發(fā)明者清水靖弘, 渡邊生 申請人:本田技研工業(yè)株式會社