本公開總體涉及一種內燃機。

背景技術：

內燃機包括可以在發動機缸體的缸膛內滑動的活塞。活塞往復運動，經過至少具有壓縮沖程長度的壓縮沖程和具有膨脹沖程長度的膨脹沖程。標準奧托循環內燃機中，連桿相對于曲柄軸線偏心連接到曲軸。連桿使活塞和曲軸互連。曲軸的旋轉使活塞移動通過其壓縮和膨脹沖程，壓縮沖程長度等于膨脹沖程長度。

阿特金森循環內燃機使用聯桿系統，使活塞、曲軸與平行控制軸互連。阿特金森循環發動機的獨特聯桿系統使壓縮沖程長度小于膨脹沖程長度。通過減少壓縮沖程相對于膨脹沖程的長度，使壓縮比小于膨脹比。這增加了發動機在某些操作條件下的燃油經濟性。

壓縮比是內燃機基本技術規格之一。內燃機的壓縮比值，表示發動機燃燒室最大容積與最小容積之比。往復式內燃機中，壓縮比通常被定義為活塞位于其壓縮沖程底部時氣缸和燃燒室的容積與活塞位于其壓縮沖程頂部時燃燒室的容積之比。

阿特金森循環內燃機的現代變型就是米勒循環內燃機。米勒循環內燃機使用氣門正時來達到阿特金森循環內燃機的聯桿系統所能提供的效果，即壓縮沖程長度小于膨脹沖程長度。米勒循環內燃機使用氣門正時在壓縮沖程的初始階段保持進氣門打開，從而有效地縮短了有效壓縮沖程長度。米勒循環內燃機因其潛在的燃油經濟性增益被越來越廣泛地使用。在低負載和低發動機轉速下，米勒循環內燃機提供了顯著的燃油經濟性節省，特別是結合高壓縮比以利用熱效率增益時更是如此。然而，在高負載和高發動機轉速下，具有高壓縮比的米勒循環內燃機就變得非常受限，無法實現發動機的最大功率潛力。

技術實現要素：

本發明提供了一種內燃機。該內燃機包括限定缸膛的發動機缸體?；钊苫瑒拥刂卧诟滋艃取ＧS由發動機缸體可旋轉地支撐，且可圍繞曲柄軸線旋轉?？刂戚S由發動機缸體可旋轉地支撐，且可圍繞控制軸線旋轉?？刂戚S線平行于曲柄軸線，且橫向偏離曲柄軸線。聯桿可旋轉地連接到曲軸。下連桿包括可旋轉地連接到聯桿的第一端，以及可旋轉地連接到控制軸的第二端。上連桿包括可旋轉地連接到聯桿的第一端，以及可旋轉地連接到活塞的第二端。下連桿的第二端與控制軸可旋轉地連接在一個偏離控制軸線的位置上，以限定下連桿和控制軸之間相對于控制軸線的偏心連接。

下連桿的第二端可以相對于曲軸移動，以便在活塞的壓縮沖程內調整活塞在缸膛內的壓縮沖程長度。更具體地說，控制軸圍繞控制軸線的旋轉運動使下連桿的第二端圍繞控制軸線旋轉，以調節活塞在壓縮沖程中在缸膛內的壓縮沖程長度。

因此，通過移動下連桿的第二端，可以改變壓縮沖程長度。改變壓縮沖程長度就改變了壓縮比。因此，移動下連桿的第二端，就改變了內燃機的壓縮比，從而提供了具有可變壓縮比的內燃機。本文所述的內燃機具有小于膨脹沖程長度的壓縮沖程長度，能夠改變或調整壓縮沖程長度而改變壓縮比。這使內燃機能夠高效運行，使用米勒循環在低負載和低發動機轉速下具有高壓縮比，然后縮短壓縮沖程長度以減小壓縮比，使內燃機可以在高負載和高發動機轉速下高效運行。

從以下結合附圖對本發明的優選實施例的詳細說明中，可以容易地了解本發明的上述特征和優點以及其它特征和優點。

附圖說明

圖1是示出了控制軸位于第一旋轉位置的內燃機的示意性部分截面圖。

圖2是示出了控制軸位于第二旋轉位置的內燃機的示意性部分截面圖。

圖3是示出了一個發動機循環中活塞沖程的示例圖。

具體實施方式

本領域普通技術人員應該認識到，“上方”、“下方”、“向上”、“向下”、“頂部”、“底部”等術語的使用是為了描述附圖，并不表示對本發明范圍的限制，其范圍是由所附權利要求所限定的。而且，在此可以用功能和/或邏輯塊組件和/或各種過程步驟描述本發明。應該意識到，這些塊組件可以包括被配置為執行特定功能的任何數量的硬件、軟件和/或固件組件。

參照附圖，其中在所有幾個視圖中相同的數字表示相同的部件，在圖1和圖2中內燃機總體上表示為20。參照圖1和圖2，內燃機20包括發動機缸體22，其限定至少一個缸膛24。雖然附圖只顯示發動機缸體22中缸膛24僅有一個，應該認識到，發動機缸體22可以被配置為包含多個缸膛24。例如，發動機缸體22可以被配置為具有2、4、6、8或10個缸膛24的v型發動機，或者為具有一個或多個缸膛24的直列型發動機。應該認識到，發動機缸體22可以用不同于上述示范性v型或直列型發動機的方式配置，而且可以包括除本文所述示范性數字之外的任何數量的缸膛24。

汽缸蓋26附連至發動機缸體22，與缸膛24的上端相鄰。汽缸蓋26可以包括，但不僅限于，進氣門、排氣門、燃料噴射器、電熱塞，或者適用于內燃機20特定預期運行的其他設備，正如本領域所公知的。

活塞28可滑動支撐在缸膛24內。應該認識到，發動機缸體22的每一個缸膛24都包括可滑動地設置在其相應缸膛24內的相應活塞28?；钊?8可滑動支撐在缸膛24內，以便在缸膛24內往復運動。活塞28以往復運動通過至少具有壓縮沖程長度的壓縮沖程，以及具有膨脹沖程長度的膨脹沖程。膨脹沖程也可以稱為燃燒沖程。汽缸蓋26、缸膛24的膛壁以及活塞28一起協作限定其間的腔室30。下面將詳細描述包括壓縮沖程和膨脹沖程的內燃機20的循環，參見圖3。

曲軸32由發動機缸體22可旋轉地支撐。曲軸32可以以任何適當的方式聯接到并可旋轉地支撐在發動機缸體22上。例如，正如本領域已知的，曲軸32可以由多個軸承可旋轉地支撐，并用多個曲軸帽固定在發動機缸體22上。曲軸32可以圍繞曲柄軸線34旋轉。曲柄軸線34是由曲軸32限定的，可被認為是曲軸32的中央縱向軸線。曲軸32包括至少一個曲臂36。曲臂36從曲柄軸線34處延伸至限定曲柄銷的遠端37。本領域技術人員應當理解，如果內燃機20包含多個缸膛24和活塞28，那么曲軸32將同樣包含多個曲臂36和曲柄銷。

控制軸38由發動機缸體22可旋轉地支撐。控制軸38可以以任何合適的方式聯接到并可旋轉地支撐到發動機缸體22。例如，控制軸38可以用多個軸承可旋轉地支撐，并用多個封蓋或夾具固定在發動機缸體22上?？刂戚S38可以圍繞控制軸線40旋轉?？刂戚S線40平行于曲柄軸線34，并且橫向偏離曲柄軸線34?？刂戚S線40由控制軸38限定，可被認為是控制軸38的中央縱向軸線。

內燃機20包括使活塞28、曲軸32和控制軸38互連的聯桿系統42。聯桿系統42包括接桿44、上連桿46和下連桿48。聯桿系統42把活塞28在缸膛24內的線性運動轉化成曲軸32的旋轉運動。

聯桿44可旋轉地連接到曲軸32、上連桿46和下連桿48。聯桿44包含長臂部分50，其沿長臂軸線52延伸，在第一端54和第二端56之間。在長臂部分50的第一端54，聯桿44被連接到曲臂36。更具體地說，長臂部分50的第一端54被連接到曲臂36，與曲臂36的遠端37相鄰，在曲柄銷處。聯桿44可圍繞第一軸線58相對于曲臂36旋轉。第一軸線58由曲柄銷限定。第一軸線58平行于曲柄軸線34，并且橫向偏離曲柄軸線34。因此，長臂部分50的第一端54，在相對于曲柄軸線34的偏心位置處，被連接到曲柄銷。

如上所述，聯桿44包括長臂部分50。此外，聯桿44包括上臂部分60和下臂部分62。上臂部分60從長臂部分50的長臂軸線52處，沿上臂軸線64延伸至遠端65。下臂部分62從長臂部分50的長臂軸線52處，沿下臂軸線66延伸至遠端67。上臂部分60和下臂部分62設置在長臂部分50的相對側。因此，長臂部分50、上臂部分60和下臂部分62形成一個大致t形的結構。長臂部分50的長臂軸線52和上臂部分60的上臂軸線64之間形成一個上部角度68。上部角度68可以為30°到90°。然而，應該認識到，上部角度68可以不同于本文提供的示范性范圍。長臂部分50的長臂軸線52和下臂部分62的下臂軸線66之間形成了下部角度70。下部角度70可以為90°到150°。然而，應該認識到，下部角度70可以不同于本文提供的示范性范圍。在一些實施例中，上部角度68和下部角度70為互補角度。正如這里使用的，術語“互補角度”被定義為加起來等于180°的角度。然而，在其它實施例中，應該認識到，上部角度68和下部角度70可以不是互補角度。在一個示范實施例中，上部角度68約等于75°，下部角度70約等于105°。

上連桿46包括第一端72和第二端74。上連桿46的第一端72可旋轉地連接到聯桿44。更具體地說，上連桿46的第一端72連接到聯桿44，與聯桿44的上臂部分60的遠端65相鄰。上連桿46的第二端74可旋轉地連接到活塞28，如本領域已知的那樣。

下連桿48包括第一端76和第二端78。下連桿48的第一端76可旋轉地連接到聯桿44。更具體地說，下連桿48的第一端76連接到聯桿44，與聯桿44的下臂部分62的遠端67相鄰。下連桿48的第二端78可旋轉地連接到控制軸38。下連桿48的第二端78與控制軸38彼此可旋轉地相連，以便圍繞第二軸線80彼此相對旋轉。因此，下連桿48可以圍繞第二軸線80相對于控制軸38旋轉。第二軸線80平行于控制軸線40，并且橫向偏離控制軸線40。正因為如此，下連桿48的第二端78與控制軸38彼此相連，以便圍繞偏離控制軸線40的第二軸線80旋轉，限定下連桿48和控制軸38之間相對于控制軸線40的偏心連接。

致動器82聯接到控制軸38。致動器82可操作用于使控制軸38圍繞控制軸線40旋轉?？刂戚S38圍繞控制軸線40的旋轉運動，使得下連桿48的第二端78圍繞控制軸線40旋轉。圖1顯示了控制軸38處于相對于控制軸線40的第一旋轉位置，圖2顯示了控制軸38已從圖1所示的位置旋轉到了相對于控制軸線40的第二旋轉位置。下連桿48的第二端78圍繞控制軸線40的旋轉改變了下連桿48的第二端78相對于曲軸32和發動機缸體22的位置，從而改變了聯桿系統42在曲軸32旋轉周期中的相對位置和運動。因此，通過使控制軸38圍繞控制軸線40旋轉，可以使下連桿48的第二端78圍繞控制軸線40旋轉，來調節活塞28在缸膛24內壓縮沖程時的壓縮沖程長度。因此，致動器82可操作用于使下連桿48相對于曲軸32和/或發動機缸體22移動，來調節活塞28的壓縮沖程長度。

致動器82可以包括任何類型和/或配置，包括能夠使控制軸38圍繞控制軸線40旋轉的任何必要的傳動或連接裝置84。例如，致動器82可以包括線性致動器或旋轉致動器。正如本領域技術人員所理解的，旋轉致動器產生旋轉輸出。旋轉致動器的例子包括，但不限于，步進電動機。然而，應該認識到，旋轉致動器可以包括本文未說明的其他設備。旋轉致動器可以通過蝸輪或其他類型齒輪傳動系統聯接到控制軸38。正如本領域技術人員所理解的，線性致動器產生線性輸出，即線性運動。線性致動器的例子可以包括，但不限于，液壓或氣壓致動滑閥。線性致動器也可以采用但不限于滾珠螺桿等機構，將旋轉轉化為線性運動。線性致動器可以在相對于控制軸線40的偏心位置聯接到控制軸38，以便在控制軸38中生成扭矩，以響應線性運動使控制軸38旋轉。

在此所示和所述的示范性實施例包括致動器82，其被聯接到控制軸38，后者又連接到下連桿48的第二端78，應該認識到，致動器82也可以直接聯接到下連桿48的第二端78。在這樣的配置中，致動器82將直接控制下連桿48的第二端78的位置和運動，從而控制活塞28壓縮沖程過程中的壓縮沖程長度。這樣的結構將消除對控制軸38的需要。

如上所述，上述聯桿系統42使活塞28移動經過發動機循環100。參照圖3，內燃機20發動機循環100的示例圖總體上表示為100。活塞28的位置總體上沿垂直軸102顯示，循環的階段或持續時間總體上沿水平軸104顯示。排氣沖程結束和進氣沖程開始時活塞28的上死點總體上表示為點106。因此，由于圖3示例圖顯示了活塞28的一個完整循環，在排氣沖程結束和進氣沖程開始時活塞28的上死點106，發生在發動機循環100的最左側和最右側，如圖3的頁面所示。

如圖3所示，對發動機循環100的描述從發動機循環100最左側的活塞28的上死點106開始，活塞28在缸膛24內向下移動并開始進氣沖程，汽缸蓋26中的進氣門打開，以允許燃料和燃燒空氣進入燃燒室30。進氣沖程總體上表示為尺寸線108。進氣沖程的結束發生在點110?；钊?8的進氣沖程包括由尺寸線112所示的進氣沖程長度。在進氣沖程108結束時，進氣門關閉，活塞28開始在缸膛24內向汽缸蓋26向上移動，并開始活塞28的壓縮沖程。活塞28的壓縮沖程總體上表示為尺寸線114。壓縮沖程的結束發生在點116。壓縮沖程長度總體上表示為尺寸線118。壓縮沖程114結束時，燃料空氣混合物被點燃，活塞28開始向下移動，離開汽缸蓋26，燃燒或膨脹沖程開始，在此期間被點燃的燃料空氣混合物快速膨脹并迫使活塞28在缸膛24內向下移動。活塞28的膨脹沖程總體上表示為尺寸線120。膨脹沖程的結束發生在點122。膨脹沖程長度總體上表示為尺寸線124。膨脹沖程120結束時，汽缸蓋26中的排氣門打開，活塞28開始在缸膛24內向著汽缸蓋26向上移動，使燃燒后的氣體排出排氣門。排氣沖程開始。排氣沖程總體上表示為尺寸線126。排氣沖程的結束發生在活塞28的上死點106，如圖3發動機循環100的最右側所示。排氣沖程126包括總體上由尺寸線128所示的排氣沖程長度。

圖3所示發動機循環100的示例圖顯示，壓縮沖程長度118小于膨脹沖程長度124。通過改變下連桿48的位置，比如旋轉控制軸38去旋轉下連桿48的第二端78，來改變聯桿系統42的運動或路徑，從而改變活塞28的壓縮沖程長度118。通過改變活塞28的壓縮沖程長度118，改變了內燃機的壓縮比。壓縮沖程長度縮短很小一點，例如1-2毫米，就會顯著降低內燃機20壓縮沖程114期間的壓縮比。因此，通過控制下連桿48的位置，可以控制并改變內燃機20的壓縮比，使其在一些發動機操作條件下具有高壓縮比，在另一些發動機操作條件下具有低壓縮比。本文所述內燃機20提供了一種可變壓縮比發動機，其使用阿特金森循環，在高負載和高發動機轉速條件以及低負載和低發動機轉速條件下，壓縮沖程長度118小于膨脹沖程長度124，使得內燃機20在所有操作條件下都能從阿特金森循環實現燃油經濟性增益。

應該認識到，為了控制發動機循環100，可以專門設計聯桿系統42的尺寸。例如，上部角度68和下部角度可以改變。聯桿44的長度，即長臂部分50的第一端54與第二端56之間，可以改變。聯桿44上臂部分60的長度，即長臂軸線52和上臂部分60的遠端65之間，可以改變。聯桿44下臂部分62的長度，即長臂軸線52和下臂部分62的遠端67之間，可以改變。下連桿48的長度，即下連桿48的第一端76和第二端78之間，可以改變。內燃機20各個組件的具體長度和角度當然要取決于內燃機20的具體尺寸和配置。然而，應該認識到，可以改變聯桿系統的各個組件，以控制發動機循環100，從而優化內燃機20的性能。

詳細的描述和附圖或圖片是對本發明的支持和描述，本發明的范圍僅由權利要求來限定。盡管用于執行本發明的一些最佳模式和其他實施例已經詳細地描述，存在用于實施所附權利要求中限定的本發明的各種替代設計和實施例。