本發(fā)明屬于發(fā)動機壓縮比可變技術(shù)領域，具體涉及一種結(jié)構(gòu)簡化且具有氣門冷卻功能，并使發(fā)動機的壓縮比可根據(jù)工況而變化的機構(gòu)及與該機構(gòu)相配合的配氣系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前的汽車發(fā)動機的壓縮比普遍為固定比值不可變?？勺儔嚎s比汽油發(fā)動機能夠接受多種的燃料，但辛烷值越高的燃料對發(fā)動機越好，因為辛烷值越高，爆震也越不容易觸發(fā)，這樣發(fā)動機就能以更加高的壓縮比運行，從而獲得更高的熱效率、降低燃油消耗率。

因為有了可變壓縮比技術(shù)，使用增壓系統(tǒng)效率更高，無需擔心因為壓力過高導致爆震等問題，這樣發(fā)動機就能夠使用小排量渦輪增壓來壓榨出更多的性能，達到大排量的性能（現(xiàn)在很多廠商都有這個趨勢，加入可變壓縮比技術(shù)熱效率更高更省油）。

目前，除日產(chǎn)汽車公司推出的英菲尼迪全新一代QX50上使用了VC-T（Variable Compression Turbocharged）發(fā)動機外，尚無其他汽車廠家采用可變壓縮比發(fā)動機。

事實上，如果要將發(fā)動機變成可變壓縮比，迄今為止的方案都繞不開氣缸蓋、氣缸、活塞、曲軸連桿這幾個部位。

在20世紀80年代末，瑞典薩博汽車公司就研究并推出了三代可變壓縮比的發(fā)動機Variable Compression(SVC)。發(fā)動機上部通過偏心凸輪軸控制與下部曲軸箱產(chǎn)生出相對運動。當需要改變壓縮比時，偏心凸輪軸轉(zhuǎn)動，與之相連的控制連桿會控制SVC發(fā)動機上部圍繞曲軸箱上的支撐軸轉(zhuǎn)動，其最大的轉(zhuǎn)動角度為4°，通過發(fā)動機上部的轉(zhuǎn)動，燃燒室的容積會發(fā)生變化，從而改變壓縮比。

但SVC發(fā)動機有優(yōu)點同時也有缺點，那就是發(fā)動機由于分成了上下兩部分，上部缸體也需要一套冷卻系統(tǒng)，這樣冷卻系統(tǒng)就會變得復雜，同時整套機構(gòu)的耐用性也需要去驗證，而在這些問題沒有解決前，薩博就倒閉了。

2005年，豐田汽車公司申請的可變壓縮比發(fā)動機專利的想法與薩博類似，是在缸體上面動手腳，氣缸體和曲軸箱通過軸向的相對移動形成可變壓縮比，但發(fā)動機產(chǎn)生的爆發(fā)力對偏心軸的控制會產(chǎn)生很大的影響，同時機構(gòu)也比較復雜，所以豐田也只是停留在研究階段。

當然，實現(xiàn)可變壓縮比的方法不僅僅只有動缸體，有些廠商想到了在氣缸蓋上動手腳。例如韓國現(xiàn)代汽車?，F(xiàn)代汽車通過在氣缸蓋內(nèi)設置了副活塞，通過改變活塞的位置來改變?nèi)紵胰莘e，從而獲得可變壓縮比。這種在氣門蓋上使用副活塞或氣門改變?nèi)紵胰莘e進而改變壓縮比的想法，福特以及瑞典的Lund技術(shù)學院很早之前就研究過了，并且在兩氣門發(fā)動機上實現(xiàn)了。但是這種方案容易產(chǎn)生密封問題，為了保證副活塞在高溫高壓工況下能夠要持久工作必須對其進行冷卻，而且對燃燒室布置改變的不合理會導致放熱損失急劇增加，使得汽油機熱效率下降。

上述種種方式，都是一個目的——使發(fā)動機的壓縮比可變，但都不同程度地增加了零部件和零部件的制造難度，隨之產(chǎn)生了發(fā)動機體積及燃燒室形狀大改進而影響動力、效率等許多問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明在改變進、排方式的前提下，通過小幅度改變?nèi)紵业男螤罘绞?，在不影響熱效率下降的基礎上，通過改變?nèi)紵业娜莘e而提高發(fā)動機的壓縮比。

采用的技術(shù)方案：一種發(fā)動機可變壓縮比機構(gòu)，包括副活塞、副活塞蓋和火花塞。在汽缸蓋上位于燃燒室的頂部中心原火花塞的安裝位置處開一個與燃燒室相通的孔作為副活塞缸體，副活塞安置在副活塞缸體內(nèi)，使燃燒室仍為一個完整的密閉空間。在副活塞缸體的頂部密封固定有副活塞蓋用以固定副活塞。與副活塞蓋相連且向下延伸的中空結(jié)構(gòu)筒體其底部設置有火花塞讓位孔；所述副活塞密封套裝于中空結(jié)構(gòu)筒體的外側(cè)，副活塞的內(nèi)面與中空結(jié)構(gòu)筒體外表面密封接觸；副活塞蓋固定后，副活塞蓋與副活塞的上端形成的空腔為上部油腔，副活塞下端與燃燒室頂部形成的空腔為下油腔，上油腔和下油腔分別與進出油管連通；在所述副活塞的底部設置有火花塞安裝孔，火花塞可擰入固定，深入于燃燒室頂部。

所述副活塞包括上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞及安裝火花塞錐型中空柱體，上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞分別與所述副活塞缸體內(nèi)壁密封接觸，火花塞錐形中空柱體伸入燃燒室頂部，其外壁與連通燃燒室的通道內(nèi)表面密封接觸；在上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞之間形成的環(huán)形空腔作為冷卻腔，與冷卻腔連通的進水（或潤滑油）口和出水（或潤滑油）口分別設置于汽缸體上蓋。

副活塞與汽缸體上蓋之間存在的滑動配合面上設置有潤滑或冷卻的進出油通道。

一種含有可變壓縮比機構(gòu)的配氣系統(tǒng)，包括位于燃燒室頂部的進氣門和排氣門，分別采用進氣氣門軸和排氣氣門軸結(jié)構(gòu)；進氣氣門軸和排氣氣門軸上至少設置一個外徑大于氣門軸外徑的凸出的旋轉(zhuǎn)氣門；所述旋轉(zhuǎn)氣門的一側(cè)設置有讓位缺口作為氣流通道，讓位缺口占用旋轉(zhuǎn)氣門圓周的四分之一；位于燃燒室頂部的進氣口和排氣口分別與相應的旋轉(zhuǎn)氣門外表面輪廓匹配并密封接觸；通過驅(qū)動機構(gòu)分別控制進氣口旋轉(zhuǎn)氣門和排氣口旋轉(zhuǎn)氣門的順序；在汽缸蓋上位于燃燒室的頂部中心原火花塞的安裝位置處開一個與燃燒室相通的孔作為副活塞缸體，副活塞安置在副活塞缸體內(nèi)，使燃燒室仍為一個完整的密閉空間；在副活塞缸體的頂部密封固定有副活塞蓋用以固定副活塞；與副活塞蓋相連且向下延伸的中空結(jié)構(gòu)筒體其底部設置有火花塞讓位孔；所述副活塞密封套裝于中空結(jié)構(gòu)筒體的外側(cè)，副活塞的內(nèi)面與中空結(jié)構(gòu)筒體外表面密封接觸；副活塞蓋固定后，副活塞蓋與副活塞的上端形成的空腔為上部油腔，副活塞下端與燃燒室頂部形成的空腔為下油腔，上油腔和下油腔分別與進出油管連通；在所述副活塞的底部設置有火花塞安裝孔，火花塞可擰入固定，深入于燃燒室頂部。

所述副活塞包括位于副活塞上端和下端的上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞，上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞分別與所述缸筒體內(nèi)壁密封接觸；副活塞套為管狀，其內(nèi)壁與副活塞蓋外壁表面密封接觸；在上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞之間形成的環(huán)形空腔作為冷卻腔，與冷卻腔連通的進水（或潤滑油）口和出水（或潤滑油）口分別設置于汽缸體上蓋。

在所述氣門軸的軸心位置設置有軸向冷卻通道，軸向冷卻通道位于氣門軸兩端部設置有徑向通道，并在徑向通道外側(cè)密封安裝有與冷卻液道相通的氣門軸座，與冷卻液道相通的氣門軸座設置有內(nèi)腔及液體接口，內(nèi)腔與相應徑向通道對接；通過水泵驅(qū)動使冷卻液經(jīng)過所述軸向通道和冷卻液道相通的氣門軸座構(gòu)成氣門軸冷卻系統(tǒng)。

在進氣口或排氣口的兩側(cè)與旋轉(zhuǎn)氣門接觸區(qū)域分別設置有氣門密封片，同時在所述旋轉(zhuǎn)氣門軸的圓周面兩端分別設置有密封環(huán)，從而密封環(huán)與其兩側(cè)氣門密封片圍成密封隔離層。

在所述汽缸體的內(nèi)壁中部設置有汽缸體冷卻腔，通過驅(qū)動機構(gòu)構(gòu)成缸體冷卻系統(tǒng)。

所述氣門軸冷卻系統(tǒng)或缸體冷卻系統(tǒng)是通過水泵驅(qū)動冷卻液進入冷卻系統(tǒng)后構(gòu)成冷卻環(huán)路。

位于所述徑向通道外側(cè)的冷卻液道相通的氣門軸座與氣門軸表面之間設置有圓周密封環(huán)。

氣門軸安裝在與汽缸蓋一體的氣門軸軸承底座上，氣門軸軸承上蓋通過螺栓將氣門軸固定，氣門軸在里面旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明在改變進、排氣方式的前提下，通過小幅度改變?nèi)紵业男螤罘绞?，在不影響熱效率下降的基礎上，通過改變?nèi)紵业娜莘e而提高發(fā)動機的壓縮比。本發(fā)明簡易可行，零部件加工、密封、冷卻等問題以現(xiàn)有的技術(shù)、材料而言簡便可行，是實現(xiàn)發(fā)動機壓縮比可變的有效途徑。

進、排氣的方式由傳統(tǒng)的氣門方式改為旋轉(zhuǎn)氣門，由此節(jié)省的空間可以實現(xiàn)壓縮比可變的目的?？梢苿痈被钊湓谌紵翼敳浚被钊☆^中安有火花塞和密封環(huán)，可移動的副活塞上下分別有密封環(huán)。在需要高壓縮比時，潤滑油注入可移動副活塞的上部在副活塞密封蓋之間形成空腔，副活塞在油壓的作用下下行，活塞小頭深入燃燒室，減少燃燒室容積，使壓縮比增大。反之，在需要低壓縮比時，下端空腔注入潤滑油，推動副活塞上行，活塞小頭從燃燒室縮回，增大燃燒室容積，使壓縮比降低。副活塞上下端之間的空腔，引入潤滑油（或冷卻液），對副活塞進行冷卻，以保證副活塞的散熱。

此技術(shù)和裝置，對燃燒室的形狀改變極小，對動力、效率的影響幾乎可以忽略不計，但可以把壓縮比極大地進行改變。

優(yōu)點：1、本方案的壓縮比可無極調(diào)節(jié)；2、采用本技術(shù)的發(fā)動機適合于多元燃料驅(qū)動；3、有利于降低排放；4、提高運行穩(wěn)定性；5、提高扭矩；6、實施簡便易行；7、實施成本低。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明可變壓縮比機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1的裝配狀態(tài)示意圖；

圖3是圖1在發(fā)動機缸蓋燃燒室頂部安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3中氣門軸的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖1在發(fā)動機活塞缸燃燒室頂部低壓縮比示意圖；

圖6是圖2中活塞體的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖6的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，標號1為汽缸體，2為活塞，3為可變壓縮比機構(gòu)，31為副活塞蓋，32為中空結(jié)構(gòu)筒體，321為中心讓位腔，322為環(huán)形密封圈，33為副活塞，331為環(huán)形密封圈，332為火花塞錐形中空柱體，34為上層環(huán)形活塞，341為環(huán)形密封圈，342為上油腔，343為上油腔進油口，35為下層環(huán)形活塞，351為環(huán)形密封圈，352為下油腔，353為下油腔進油口，36為環(huán)形冷卻腔，37為潤滑通道，38為火花塞讓位孔，4為連桿，5為汽缸室，6為燃燒室，7為氣門軸，8為旋轉(zhuǎn)氣門，91為進氣口，92為排氣口，10為氣流通道，11為軸向冷卻通道，12為汽缸體冷卻腔，13為氣門密封片一，14為氣門密封片二，15為汽缸蓋，151為進水口，152為出水口，16為螺栓，17為火花塞，171為火花塞螺紋段，18為密封環(huán)，19為與冷卻液道相通的氣門軸座進口端，20為與冷卻液道相通的氣門軸座出口端，21為進液口，22為出液口，23為徑向通道，24為圓周密封環(huán)，25為氣門軸座，25’為軸承上蓋，26為氣門軸承上蓋固定螺栓，27為端部軸座。

具體實施方式：

實施例1：一種發(fā)動機可變壓縮比機構(gòu)，參見圖1和圖2，在汽缸蓋上位于燃燒室的頂部中心原火花塞的安裝位置處開一圓形與燃燒室相通的圓孔作為副活塞缸體，副活塞33密封安置在副活塞缸體內(nèi)。設置了圓孔并安裝副活塞33后仍然使燃燒室為一個完整的密閉空間。

在副活塞缸體的頂部密封固定有副活塞蓋31用以固定副活塞33。其中，在副活塞蓋31中心向下延伸設計一個中空結(jié)構(gòu)筒體，其底部設置有火花塞讓位孔。副活塞33也是中空結(jié)構(gòu)，所述中空結(jié)構(gòu)筒體密封套裝于副活塞33的內(nèi)面，副活塞33的內(nèi)面與中空結(jié)構(gòu)筒體外表面密封接觸。

副活塞蓋31固定后，與副活塞33的上端形成的空腔為上部油腔，副活塞33下端與燃燒室頂部形成的空腔為下油腔，上油腔和下油腔分別與進出油管連通。

在所述副活塞33的底部設置有火花塞安裝孔，火花塞可擰入固定，深入于燃燒室頂部。

實施例2：在實施例1基礎上，副活塞33包括上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞及安裝火花塞錐型中空柱體，上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞分別與所述副活塞缸體內(nèi)壁密封接觸，火花塞錐形中空柱體伸入燃燒室頂部，其外壁與連通燃燒室的通道內(nèi)表面密封接觸。

在本實施例中，由上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞之間形成的環(huán)形空腔作為冷卻腔，與冷卻腔連通的進水（或潤滑油）口和出水（或潤滑油）口分別設置于汽缸體上蓋。

副活塞33與汽缸體上蓋之間存在的滑動配合面上，也可設置有潤滑、冷卻、進出油通道。例如潤滑道37。

實施例3：一種含有可變壓縮比機構(gòu)的配氣系統(tǒng)，如圖3所示，位于燃燒室頂部的進氣門和排氣門分別采用進氣氣門軸和排氣氣門軸結(jié)構(gòu)。燃燒室位于氣缸體1上部，氣缸體1下部為活塞2、曲軸和連桿4等部件。

氣門軸的具體結(jié)構(gòu)參見圖4，在進氣氣門軸和排氣氣門軸上設置四個（數(shù)量不限）外徑大于氣門軸外徑的凸出的旋轉(zhuǎn)氣門。旋轉(zhuǎn)氣門的一側(cè)設置有讓位缺口作為氣流通道10，讓位缺口占用旋轉(zhuǎn)氣門圓周的四分之一。

位于燃燒室頂部的進氣口91和排氣口92分別與相應的旋轉(zhuǎn)氣門外表面輪廓匹配并密封接觸。例如，在進氣口91或排氣口92的兩側(cè)與旋轉(zhuǎn)氣門接觸區(qū)域分別設置有氣門密封片，同時在所述旋轉(zhuǎn)氣門軸的圓周面兩端分別設置有密封環(huán)18，從而密封環(huán)18與其兩側(cè)氣門密封片圍成密封隔離層。

通過驅(qū)動機構(gòu)（或正時鏈條）分別控制進氣口91旋轉(zhuǎn)氣門81和排氣口旋轉(zhuǎn)氣門82的順序，實現(xiàn)進氣口旋轉(zhuǎn)氣門81和排氣口旋轉(zhuǎn)氣門82按周期通氣或密閉。驅(qū)動機構(gòu)可以通過電機驅(qū)動主動齒輪（或蝸桿）旋轉(zhuǎn)，然后再驅(qū)動氣門軸正時齒輪轉(zhuǎn)動，氣門軸正時齒輪安裝于相應氣門軸上，如。

氣門軸安裝在與氣缸蓋一體的氣門軸軸承底座上，氣門軸軸承上蓋通過螺栓將氣門軸固定，氣門軸在里面旋轉(zhuǎn)。

進氣氣門軸進氣開口與進氣管接通，氣流可以無阻礙地進入氣缸，完成發(fā)動機第一個工作行程—進（吸）氣。此時活塞處于下止點位置，排氣氣門軸上排氣開口則處于關(guān)閉狀態(tài)。

進氣側(cè)氣門軸進氣開口旋轉(zhuǎn)90°，使進氣道與燃燒室斷開，氣缸內(nèi)形成密閉空腔，將進入氣體進行壓縮，完成發(fā)動機工作第二個行程——壓縮行程；此時活塞處于上止點位置，排氣氣門軸上排氣開口旋轉(zhuǎn)90°，仍處于關(guān)閉狀態(tài)。

火花塞點燃燃燒室壓縮可燃混合氣體，推動活塞做工下行至下止點，進、排氣軸繼續(xù)同時旋轉(zhuǎn)90°，氣缸仍為密閉空間，完成發(fā)動機工作第三個行程—爆發(fā)（作功），輸出動力。

活塞由下止點上行時，排氣氣門軸旋轉(zhuǎn)90°，排氣開口與排氣管相通，廢氣在活塞上行推力作用下排出氣缸。此時，進氣門軸也同時旋轉(zhuǎn)90°。待活塞下行時，進、排氣軸繼續(xù)同時旋轉(zhuǎn)90°，進氣軸開口與進氣道相通，排氣軸開口關(guān)閉，以進行下一次進（吸）氣行程。

軸式旋轉(zhuǎn)氣門的驅(qū)動方式也可采用正時鏈條（皮帶）傳動和電動機驅(qū)動二種方式。

參見圖1和圖2，在汽缸蓋上位于燃燒室的頂部中心原火花塞的安裝位置處開一個與燃燒室相通的孔作為副活塞缸體，副活塞33安置在副活塞缸體內(nèi)。在副活塞缸體的頂部密封固定有副活塞蓋31用以固定副活塞。副活塞套裝于副活塞缸體后仍然使燃燒室為一個完整的密閉空間。

與副活塞蓋31相連且向下延伸的中空結(jié)構(gòu)筒體32的底部設置有火花塞讓位孔38。所述副活塞密封套裝于中空結(jié)構(gòu)筒體32的外側(cè)，副活塞的內(nèi)面與中空結(jié)構(gòu)筒體外表面密封接觸。副活塞蓋31固定后，副活塞蓋31與副活塞的上端形成的空腔為上部油腔，副活塞下端與燃燒室頂部形成的空腔為下油腔，上油腔和下油腔分別與進出油管連通；在所述副活塞的底部設置有火花塞安裝孔，火花塞可擰入固定，深入于燃燒室頂部。

由圖1、圖6和圖7可見，位于副活塞上端和下端的上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞，上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞分別與所述缸筒體內(nèi)壁密封接觸；副活塞套為管狀，其內(nèi)壁與副活塞蓋31外壁表面密封接觸；在上層環(huán)形活塞和下層環(huán)形活塞之間形成的環(huán)形空腔作為冷卻腔，與冷卻腔連通的進水或潤滑油口和出水或潤滑油口分別設置于汽缸體上蓋。

實施例4：一種含有可變壓縮比機構(gòu)的配氣系統(tǒng)，在實施例3基礎上，又在所述氣門軸的軸心位置設置有軸向冷卻通道11，軸向冷卻通道11位于氣門軸兩端部設置有徑向通道23，并在徑向通道23外側(cè)密封安裝有與冷卻液道相通的氣門軸座，與冷卻液道相通的氣門軸座設置有內(nèi)腔及液體接口，冷卻液道相通的氣門軸座的內(nèi)腔與相應徑向通道23對接。與冷卻液道相通的氣門軸座進口端19和與冷卻液道相通的氣門軸座出口端。通過水泵驅(qū)動使冷卻液經(jīng)過所述軸向通道和冷卻液道相通的氣門軸座構(gòu)成氣門軸冷卻系統(tǒng)。位于所述徑向通道23外側(cè)的冷卻液道相通的氣門軸座與氣門軸表面之間設置有圓周密封環(huán)24。氣門軸安裝在與氣缸蓋一體的氣門軸軸承底座上，氣門軸軸承上蓋通過螺栓將氣門軸固定，氣門軸在里面旋轉(zhuǎn)。

另外，在所述氣缸體1的內(nèi)壁中部也設置有氣缸體冷卻腔12，通過驅(qū)動機構(gòu)及水泵構(gòu)成缸體冷卻系統(tǒng)。

所述氣門軸冷卻系統(tǒng)或缸體冷卻系統(tǒng)是通過水泵驅(qū)動冷卻液進入冷卻系統(tǒng)后構(gòu)成冷卻環(huán)路。