一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机及控制方法

1.本发明属于动力工程内燃发动机技术领域，特别涉及一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机及控制方法。


背景技术：

2.现有的可变排量发动机(variabledisplacementengine)技术主要是指采用闭缸切换改变多缸活塞式内燃发动机整体实际排量的技术，就是根据工况需要而改变多缸活塞式内燃发动机实际参与工作的气缸数量。通常为了获得较大的动力输出，就会将多缸活塞式内燃发动机的实际参与工作的缸数增多，以使活塞式内燃发动机的整体实际工作排量增大，而当需要较小动力输出时，就会将多缸活塞式内燃发动机的整体实际参与工作的缸数减少，使活塞式内燃发动机的整体实际工作排量变小。如采用8缸或12缸的活塞式内燃发动机的动力就非常强劲，但付出的代价就是油耗增加。尤其是在不需要大动力输出时，燃烧的燃油就白白浪费掉了，而目前活塞式内燃发动机的闭缸可变排量技术被认为能较好地解决这个问题。简单地说，就是通过控制活塞式内燃发动机的进排气门和供油油路来开启或关闭某个或某几个气缸的工作状态来改变发动机的整体排量，用以达到减小发动机整体排量来减小其耗油量的目的。如一台4缸可变排量发动机，可根据实际工况需要，实现2缸与4缸两种工作模式的自动切换，可以降低4缸可变排量发动机的耗油量，从整体上看来可提高活塞式内燃发动机燃油的经济性。
3.现有可变排量发动机技术通用汽车公司在上世纪80年代就在凯迪拉克上配备过，因为发动机经常产生较大的噪声，且从8缸转换成4缸的过程也非常不稳定，偶尔还会被卡死在一种状态下而无法恢复到可随意调节状态。随着机电控制技术的发展，将会为活塞式内燃发动机提供更加精确的缸数切换控制。
4.美国福特汽车公司利用最先进的机电控制技术，开发出可变排量发动机variabledisplacementengine(vde)，并准备将这种发动机安装在以后生产的轿车和卡车上，以改善汽车的燃油经济性。这种发动机技术最适合多的发动机使用。对于12缸发动机来说，采用这种技术，即相当于安装了两个独立的6缸发动机，可以根据驾驶的需要让一台6缸发动机运行，而让另一台处于怠速状态。这样，就可以随时调整活塞式内燃发动机的排气量，从而减少能源的消耗。
5.本田公司研发的多缸活塞式内燃发动机可变气缸管理技术varabe cyndermanagemen(vcm)，是可通过关闭多缸活塞式内燃发动机个别气缸的方法，使3.5-v6发动机可在3缸、4缸、6缸3种工作模式之间变化，使得多缸发动机总体实际排量也能在1.75-3.5之间变化，从而大大节省燃油。
6.我国佛山市汽车创意实验室(vclab)也研究出一种利用控制活塞式内燃发动机的进气温度来达到控制总体实际排量的技术。根据空气冷缩热胀的原理，在汽车怠速或者刹车时，热气管道往发动机输入较热的空气，根据汽油的标号以及爆震控制的需要，必要时可以输入温度范围在100-150度甚至更高温度的空气供发动机吸入燃烧使用。由于被吸入空
气密度的大幅降低，在保证理想空燃比的前提下，可以通过电脑控制大幅降低喷油量，由于进气密度的大幅降低，压缩冲程时压缩空气所需的能量也大幅降低，这样在发动机总体实际排量不变的前提下，在怠速或减速时可以降低发动机的功率，减少喷油，降低实际排放。这是一种通过人为控制进气温度进而控制进气密度，间接控制进气量，快速改变空燃比降低喷油量的一种方法。
7.现在活塞式内燃发动机采用的稀薄燃烧或分层燃烧时在排放气体中残留氧气，所以难以进行排放气体的有效净化。而采用非节气门方式由于进气门的驱动装置复杂，其降低泵气损失的效果差。当然，非进气门方式还存在着若干优点，诸如能提高活塞式内燃发动机响应性与输出扭矩。
8.针对上述情况，可变排量发动机则能够把稀薄燃烧、分层燃烧、节气门方式的各个优点集中于一身。可变排量方式能够按照负荷的变化改变活塞式内燃发动机的总体实际排量，因而能够大幅度降低泵气损失，确保空燃比一定，所以能够高精度净化排放气体。理想的状态是，活塞式内燃发动机总体实际排量能够连续变化，但是实际情况是，在气缸数量有限的活塞式内燃发动机上是不可能实现的。不过，车用活塞式内燃发动机往往低负荷运转工况多，所以采用可变总体实际排量来降低泵气损失，仍不失为具有相当效果的一种措施。
9.目前采用的闭缸控制技术可变排量的方法都存在总体实际排量变化阶梯陡度很大，影响活塞式内燃发动机的运转平顺性。大范围总体实际排量阶梯变化造成气体燃烧问题，耗油量的降低也不大明显。同时，现有的活塞式内燃发动机变排量技术主要存在研发、制造及维护成本高，结构比较复杂等问题，还不能被广泛使用。
10.从严格意义上来说，上述的发动机气缸闭缸技术和热膨胀技术都还不是真正意义上的气缸变排量技术，气缸变排量技术应该是能够使活塞式内燃发动机的每一个气缸都能实现变排量控制。
11.压缩比是影响活塞式内燃发动机性能的一个重要参数，现有的可压缩比(variablecompressionratio)技术，是指在内燃发动机正常工作过程中，在一定范围内在不同负载工况条件下改变气缸压缩比，从而改善内燃发动机的动态运转的平稳性能，改善环保排放指标，提高燃油效率。现有活塞式内燃发动机中，汽油机的压缩比一般在8～12左右，柴油机的压缩比一般高于汽油机，能达到12～22。当活塞式内燃发动机确定之后，一般而言，压缩比也就确定了，通常是一个固定值。但是，固定的压缩比不能充分发挥活塞式内燃发动机的性能，在小负荷低转速工作时，活塞式内燃发动机的热效率很低，最好使用较大的压缩比；而在大负荷高速运转时，则很容易发生爆燃并产生很大的机械和热负荷，所以最好使用较小的压缩比。可变压缩比可有效提高发动机的燃油经济性，有利于降低排放并提高活塞式内燃发动机运行的平稳性。
12.改变活塞式内燃发动机的压缩比有不同的方法，通用的方法是通过改变活塞上止点与气缸盖底部距离的大小来实现的，压缩比的改变通常只是同时改变了活塞的上止点和下止点在气缸中的位置，活塞的上止点和下止点在气缸中的行程没有改变，所以，改变压缩比只能改变活塞的运行位置，不改变活塞的行程。
13.还有，萨博svc发动机是通过活塞运动到气缸上止点位置的变化来改变气缸燃烧室容积从而改变压缩比的，其压缩比可在8～14之间变化。还有法国的mce发动机，多连杆vcr发动机也是通过不同方法改变发动机的压缩比。
14.因此，针对上述现有技术的不足，需要提供一种通过冲程行程长度循环变化来改变压缩比的内燃发动机。


技术实现要素：

15.为了至少解决上述的现有技术中只改变活塞式内燃发动机的压缩比不改变活塞的冲程行程的问题，本发明提供如下技术方案：一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，所述内燃发动机包括：至少一个气缸、活塞、火花塞或喷油嘴、冲程排量机构和配气机构；
16.所述气缸的顶部盖设有气缸盖以形成容腔；
17.所述配气机构包括：位于所述气缸盖上的进气门和排气门，用于向所述气缸供给空气或混合气并排出废气；
18.所述活塞往复滑动位于所述气缸的容腔内；
19.所述火花塞或所述喷油嘴位于所述气缸盖上，用于向所述气缸的容腔内点火或喷油；
20.所述冲程排量机构通过主连杆与所述活塞转动连接，用于在吸气、压缩、做功和排气冲程中控制所述活塞行程长度在长、短行程之间循环变化。
21.优选的，所述冲程排量机构包括：主曲轴、效率曲轴、所述主连杆、滑轴连杆和摆动滑块；
22.所述主连杆的一端与所述活塞转动连接，所述主连杆的另一端与所述滑轴连杆转动连接；
23.所述滑轴连杆与所述主曲轴转动连接；
24.所述摆动滑块安装在所述滑轴连杆上；
25.所述主曲轴安装在主曲轴支架体上；
26.所述效率曲轴与所述摆动滑块转动连接，所述效率曲轴通过效率曲轴支架体绕所述主曲轴摆动；
27.所述主曲轴相对于所述效率曲轴正时设置，所述主曲轴的转动角度为所述效率曲轴转动角度的两倍。
28.优选的，所述效率曲轴上套设有效率曲轴正时轮；
29.所述主曲轴上套设有主曲轴正时轮，所述主曲轴正时轮与所述效率曲轴正时轮传动连接；
30.所述效率曲轴支架体以所述主曲轴与所述效率曲轴两轴线之间的距离为旋转半径，以所述主曲轴的轴线为旋转轴；
31.所述主曲轴上安装有所述配气机构。
32.优选的，所述内燃发动机还包括：多位锁止机构，所述多位锁止机构包括：锁位转盘、锁盘支座、锁盘限位器和手柄；
33.所述锁位转盘通过锁盘转轴安装在所述锁盘支座上，所述锁位转盘通过过渡支杆与设置在所述效率曲轴支架体的一侧的耳架体旋转连接；
34.所述手柄安装在所述锁位转盘上，所述手柄与所述锁盘限位器相互配合用于锁定所述锁位转盘的转角位置。
35.优选的，所述锁盘限位器包括：锁盘限位器销、锁盘限位器弹簧、锁盘限位器套座；
36.所述锁位转盘上周上设置有若干个限位槽；
37.所述锁盘限位器销的一端位于所述限位槽内；
38.所述锁盘限位器弹簧套设在所述锁盘限位器销的外部；
39.所述锁盘限位器套座位于所述锁盘限位器销的外部。
40.优选的，所述滑轴连杆的一端通过主曲轴滑轴连杆销与所述主曲轴转动连接，所述滑轴连杆的中部通过主连杆销与所述主连杆的另一端转动连接，所述滑轴连杆的另一端与所述摆动滑块滑动连接；
41.所述摆动滑块与所述效率曲轴均位于所述主连杆的同一侧，所述主曲轴位于所述主连杆的的另一侧；
42.所述主连杆位于所述效率曲轴与所述主曲轴之间；
43.所述效率曲轴与所述主曲轴同向转动。
44.优选的，所述滑轴连杆的一端通过主连杆销与所述主连杆的另一端转动连接，所述滑轴连杆的中部通过主曲轴滑轴连杆销与所述主曲轴转动连接，所述滑轴连杆的另一端与所述摆动滑块滑动连接；
45.所述主曲轴与所述效率曲轴均位于所述主连杆的同一侧，所述主连杆销位于所述主连杆的另一侧；
46.所述主曲轴位于所述效率曲轴与所述主连杆之间；
47.所述效率曲轴与所述主曲轴反向转动。
48.优选的，所述配气机构还包括：进排气门摇背座、进气门摇背、排气门摇背、进气门挺杆和与所述进气门挺杆并排设置的排气门挺杆；
49.所述进气门摇背的中部安装在所述进排气门摇背座上，所述进气门摇背的一端与外侧套设有进气门弹簧的所述进气门连接，所述进气门摇背的另一端与所述进气门挺杆的一端转动连接；
50.所述排气门摇背的中部安装在所述进排气门摇背座上，所述排气门摇背的一端与外侧套设有排气门弹簧的所述排气门连接，所述排气门摇背的另一端与所述排气门挺杆的一端转动连接。
51.优选的，所述配气机构还包括：主曲轴配气正时轮、配气凸轮轴、配气凸轮轴正时轮、进气门凸轮和排气门凸轮；
52.所述主曲轴配气正时轮安装在所述主曲轴上；
53.所述配气凸轮轴正时轮位于与所述主曲轴平行设置的所述配气凸轮轴的外侧，所述配气凸轮轴正时轮与所述主曲轴配气正时轮啮合连接；
54.所述进气门凸轮与所述排气门凸轮呈夹角设置，所述进气门凸轮和所述排气门凸轮均安装在所述配气凸轮轴上；
55.所述进气门挺杆的另一端与所述进气门凸轮平面接触连接；
56.所述排气门挺杆的另一端与所述排气门凸轮平面接触连接，所述排气门挺杆与所述进气门挺杆上均套设有挺杆滑套。
57.本发明还提供一种控制内燃发动机的不同冲程行程长度循环变化的方法，所述控制方法使用权利要求1-9任一项所述的内燃发动机，包括如下步骤：
58.1)冲程排量机构通过主连杆带动活塞从第二上止点向下运动进入进气冲程时，进气门打开，排气门关闭，空气或混合气进入气缸中，活塞达到第一下止点，此时活塞完成了吸气冲程短行程l1；
59.2)冲程排量机构通过主连杆带动活塞从第一下止点向上运动进入压缩冲程时，进气门和排气门均关闭，空气或混合气在气缸中被压缩，活塞达到第一上止点，此时活塞完成了压缩冲程短行程l1；
60.3)冲程排量机构通过主连杆带动活塞从第一上止点向下运动进入作功冲程时，进气门和排气门均关闭，火花塞或喷油嘴向气缸内点火或喷油，燃料点燃膨胀作功，活塞到达第二下止点，此时活塞完成了做功冲程长行程l2；
61.4)冲程排量机构通过主连杆带动活塞从第二下止点向上运动进入排气冲程时，进气门关闭，排气门打开，废气从排气门排出，活塞到达第二上止点，此时活塞完成了排气冲程长行程l2。
62.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
63.1、本发明通过冲程排量机构，能够实现气缸中活塞冲程的行程长度可以完成在长行程和短行程之间的循环变化，进而能够使气缸中高温气体有更多的时间和空间参与作功，显著地提高燃料爆燃做功的效率，显著地减少燃料的实际消耗量，有效地提高内燃发动机的燃料使用的经济性。
64.2、本发明的内燃发动机冲程在长、短行程之间循环变化实现变排量循环，使爆燃气体能够获得更多空间膨胀做功，燃烧更加充分，做功后的气体温度显著降低，不但能够显著地降低气缸排气排出的温度，同时还显著地降低内燃发动机机体的温升，还能使燃料燃烧的更加充分，显著地降低燃料燃烧后废气中有害气体成分的含量，因为废气自身更加洁净，自然排放指标更接近环保要求。
65.3、本发明采用的冲程排量机构根据各个结构之间的相互位置关系可以采用内担式和外挂式两种组合形式。
66.4、本发明采用的冲程排量机构可以方便地实现气缸活塞可变压缩比控制。
67.5、本发明的内燃发动机的排气温度和机体温度都能够显著降低，因而也能够显著地减少积碳的产生，能够降低和简化对冷却系统的性能要求，使内燃发动机的运行状态更加稳定。
68.6、本发明在内燃发动机的进气排量和耗油量相同的情况下，能够获得更大的功率和扭矩的输出能力。
69.7、本发明提出了一种可以极大显著地提高内燃发动机燃油机械转换效率，并且在工程上可以具体实施的新方法。
附图说明
70.图1为本发明实施例一提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机的结构示意图；
71.图2为本发明实施例提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中活塞在完成吸气冲程时在气缸中的位置示意图；
72.图3为本发明实施例提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中活塞
在完成压缩冲程时在气缸中的位置示意图；
73.图4为本发明实施例提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中活塞在完成做功冲程时在气缸中的位置示意图；
74.图5为本发明实施例提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中活塞在完成排气冲程时在气缸中的位置示意图；
75.图6为本发明实施例一提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中的冲程排量机构在吸气冲程中的运动变化状态示意图；
76.图7为本发明实施例一提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中的冲程排量机构在压缩冲程中的运动变化状态示意图；
77.图8为本发明实施例一提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中的冲程排量机构在做功冲程中的运动变化状态示意图；
78.图9为本发明实施例一提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中的冲程排量机构在排气冲程中的运动变化状态示意图；
79.图10为本发明实施例二提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机的部分结构示意图；
80.图11为本发明实施例二提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中的冲程排量机构在吸气冲程中的运动变化状态示意图；
81.图12为本发明实施例二提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中的冲程排量机构在压缩冲程中的运动变化状态示意图；
82.图13为本发明实施例二提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中的冲程排量机构在做功冲程中的运动变化状态示意图；
83.图14为本发明实施例二提供的一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机中的冲程排量机构在排气冲程中的运动变化状态示意图；
84.图中：1、进排气门摇背座；2、进气门摇背；3、排气门摇背；4、进气门弹簧；5、火花塞或喷油嘴；6、排气门弹簧；7、排气门；8、活塞销；9、活塞；10、气缸；11、主连杆；12、主连杆销；13、摆动滑块；14、效率曲轴正时轮；15、耳架体；16、耳架支杆转轴；17、过渡支杆；18、锁盘支杆转轴；19、手柄；20、锁位转盘；21、锁盘转轴；22、锁盘支座；23、锁盘限位器销；24、锁盘限位器弹簧；25、锁盘限位器套座；26、效率曲轴支架体；27、效率曲轴；28、摆动滑块轴；29、传动带；30、滑轴连杆；31、主曲轴正时轮；32、主曲轴；33、主曲轴配气正时轮；34、主曲轴滑轴连杆销；35、配气凸轮轴正时轮；36、排气门凸轮；37、配气凸轮轴；38、进气门凸轮；39、进气门挺杆；40、挺杆滑套；41、进气门；42、气缸盖。
具体实施方式
85.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
86.在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固
定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
87.请参阅图1-14，本发明提供一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，内燃发动机包括：至少一个气缸10、活塞9、火花塞5或喷油嘴、冲程排量机构和配气机构。
88.本技术的内燃发动机可以为单个或者多个气缸10，气缸10的数量根据实际需要选择。气缸盖42盖设于气缸10的顶部以形成容腔。配气机构中的进气门41和排气门7均安装在气缸盖42上，用于向气缸10内供给空气或混合气并排出废气。活塞9往复滑动位于气缸10的容腔内。冲程排量机构通过主连杆11与活塞9转动连接，由主连杆11带动活塞9在气缸10的容腔内滑动形成行程长度在长、短行程之间循环变化的吸气、压缩、做功和排气冲程。火花塞5或喷油嘴安装在气缸盖42上，用于在活塞9的做功冲程中向气缸10的容腔内点火或喷油，燃料点燃膨胀生成的高温气体参与作功，也就是说，在一个四冲程工作循环里，作功冲程是要比压缩冲程多一段行程长度，因为作功行程中的高温高压气体对活塞9多作了一段位移的功，因而使更多的热能转化为冲程排量机构中的曲轴旋转的机械能，也使爆燃气体在作功冲程时有更多的时间和空间燃烧，从而改变气体排放量，并使废气中的有害成分进一步减少。
89.不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机的工作原理：通常活塞9在气缸10中上下移动的四个冲程的行程都是一样长度的，因而四个冲程的排量也都是一样的。但是，当把四个冲程循环中的前两个冲程的行程保持不变，而后两个冲程的行程长度变长。具体的，气缸10中活塞9的压缩冲程与吸气冲程的行程是相同的且行程较短，活塞9的排气冲程与做功冲程的行程是相同的且行程较长。两种行程长度之间形成周期性变化，就可以使在气缸10中运动的活塞9在一个四冲程工作循环中能够获得两种不同排量的循环交替变化。
90.参照图1、图6-14所示，如上所述的冲程排量机构包括：主曲轴32、效率曲轴27、主连杆11、滑轴连杆30和摆动滑块13。主连杆11沿气缸10的长度方向设置且位于气缸10的容腔内，主连杆11的一端通过活塞销8与活塞9转动连接，主连杆11的另一端通过主连杆销12与滑轴连杆30(也称横向连杆)转动连接，如此当滑轴连杆30转动时，可以通过主连杆11带动活塞9在气缸10的容腔内上下(往复)运动并进入四冲程工作循环中。滑轴连杆30呈水平纵向杆状，滑轴连杆30上滑动设置有摆动滑块13，滑轴连杆30与摆动滑块13之间为滑动摩擦或滚动滑动摩擦连接，此外，摆动滑块13与滑轴连杆30的连接关系还可以是滚动滑轴滑孔或矩形滑动轴孔连接形式。摆动滑块13也可以用摆动摇杆代替，这样摆动摇杆与滑轴连杆30(也称横向连杆)之间转动连接。滑轴连杆30通过主曲轴滑轴连杆销34与主曲轴32转动连接。主曲轴32安装在主曲轴支架体上。效率曲轴27安装在效率曲轴支架体26上，效率曲轴27通过摆动滑块轴28与摆动滑块13转动连接。主曲轴32与效率曲轴27之间转动转角位置具有正时要求，使得主曲轴32每转动两转时，效率曲轴27转动一转。效率曲轴27可以通过效率曲轴支架体26绕主曲轴32摆动，效率曲轴27同时带动摆动滑块13沿滑轴连杆30滑动，主曲轴32转动时同时带动滑轴连杆30转动，由于滑轴连杆30与主连杆11固定连接在一起，滑轴连杆30在转动时也带动主连杆11沿气缸10的容腔上下(往复)滑动进入一个四冲程变排量循环。
91.为了协助气缸10中的活塞9在一个四冲程工作循环中实现长、短行程交替变化，效
率曲轴27上套设有效率曲轴正时轮14(即效率曲轴正时齿形带轮)，主曲轴32上套设有主曲轴正时轮31(即主曲轴正时齿形带轮)，主曲轴正时轮31与效率曲轴正时轮14传动连接，也就是说主曲轴32与效率曲轴27之间的正时传动关系由主曲轴正时轮31、效率曲轴正时轮14和传动带29构成的齿形带轮传动机构承担，上述的正时传动也可由链轮链条或齿轮副传动完成。主曲轴32上安装有配气机构。效率曲轴支架体26以主曲轴32与效率曲轴27两轴线之间的距离为旋转半径，以主曲轴32的轴线为旋转轴，主曲轴32与效率曲轴27回转直径角度的不同会使活塞9在气缸中冲程的行程长度的变化量上止点的上下位置发生变化。由冲程排量机构、摆动滑块13及正时齿形带(指主曲轴正时轮31和效率曲轴正时轮14)组成的正时机械机构在配气机构正时的配合下周期性工作。
92.气缸10中的活塞9分别处于吸气、压缩、作功和排气这四个冲程时，效率曲轴27分别对应处于第一位置、第二位置、第三位置和第四位置。由于主曲轴32与效率曲轴27之间存在的正时关系，主曲轴32分别对应效率曲轴27的四个位置而处于最高点或最低点。
93.为了使效率曲轴27准确停在相应的位置上，保证获得对应确定的压缩比，活塞式内燃发动机还包括：多位锁止机构。多位锁止机构包括：锁位转盘20、锁盘支座22、锁盘限位器和手柄19。锁位转盘20通过锁盘转轴21安装在锁盘支座22上，锁位转盘20可沿锁盘转轴21旋转，锁位转盘20通过过渡支杆17与设置在效率曲轴支架体26的一侧的耳架体15旋转连接。过渡支杆17的一端通过耳架支杆转轴16安装在耳架体15上，过渡支杆17的另一端通过锁盘支杆转轴18安装在锁位转盘20上。手柄19安装在锁位转盘20上，手柄19与锁盘限位器相互配合用于锁定锁位转盘20的转角位置。多位锁止机构的操作过程为：扳动手柄19，手柄19带动锁位转盘20绕着锁盘转轴21转动，锁位转盘20同时通过过渡支杆17带动耳架体15转动，耳架体15带动固连的效率曲轴支架体26绕着主曲轴32转动，转到适宜角度位置后，握住手柄19，通过锁盘限位器限定锁位转盘20的转角位置，从而限定效率曲轴支架体26的转角位置。效率曲轴支架体26转动时带动滑轴连杆30绕着主曲轴32上下转动，使主连杆11带动活塞9运动的上止点位置上下移动调节，从而实现人为控制改变压缩比的目的。
94.具体的，锁盘限位器包括：锁盘限位器销23、锁盘限位器弹簧24、锁盘限位器套座25。锁位转盘20上周上设置有若干个限位槽，锁盘限位器弹簧24套设在锁盘限位器销23的外部，锁盘限位器套座25位于锁盘限位器销23的外部。稍微用力按一下锁盘限位器套座25，锁盘限位器弹簧24受力压缩将锁盘限位器销23从锁盘限位器套座25内部向外弹出，锁盘限位器销23的一端插装到锁位转盘20的相应的限位槽内。手柄19与锁盘限位器相互配合将锁位转盘20转角位置固定。
95.上述的耳架体15具有桥梁的作用，用于连接冲程排量机构和多位锁止机构，实现调节气缸10中压缩比的目的。耳架体15的下部呈弧形状，例如，耳架体15的下部是呈由下到上的逐渐递增的弧线形。
96.根据冲程排量机构的结构之间的相互位置关系形成不同的组合形式。第一种是，主曲轴32与效率曲轴27是在滑轴连杆30的两端分别相连接的，主连杆销12在滑轴连杆30的中间，这样的结构称为内担式。第二种是，主曲轴32与效率曲轴27是在滑轴连杆30的一侧分别相连接的，主连杆11销12在滑轴连杆30的另一侧，这样的结构称为外挂式。
97.实施例一
98.参照图1、图6-9所示，内担式的特点为：滑轴连杆30的一端通过主曲轴滑轴连杆销
34与主曲轴32转动连接，滑轴连杆30的中部通过主连杆销12与主连杆11的另一端(指远离活塞9的一端)转动连接，滑轴连杆30的另一端与摆动滑块13滑动连接。摆动滑块13与效率曲轴27均位于主连杆11的同一侧，主曲轴32位于主连杆11的的另一侧，主连杆11位于效率曲轴27与主曲轴32之间，效率曲轴27与主曲轴32同向转动。
99.实施例二
100.参照图10-14所示，外挂式的特点为：滑轴连杆30的一端通过主连杆销12与主连杆11的另一端(指远离活塞9的一端)转动连接，滑轴连杆30的中部通过主曲轴滑轴连杆销34与主曲轴32转动连接，滑轴连杆30的另一端与摆动滑块13滑动连接。主曲轴32与效率曲轴27均位于主连杆11的同一侧，主连杆销12位于主连杆11的另一侧，主曲轴32位于效率曲轴27与主连杆11之间，效率曲轴27与主曲轴32反向转动。
101.实施例一与实施例二区别点在于，实施例一中主连杆11与滑轴连杆30的中部相连，主曲轴32与效率曲轴27位于主连杆11的两侧，效率曲轴27顺时针旋转，而实施例二中，主连杆11与滑轴连杆30的一个端部相连，主曲轴32与效率曲轴27位于主连杆11的同一侧，效率曲轴27逆时针旋转。
102.参照图6-9所示，是内担式的冲程行程长度循环变化内燃发动机运行时，气缸10中的活塞9依次完成一个四冲程变排量循环。下面对气缸10中的活塞9在每一个冲程中对应的冲程排量机构的各个结构的运动变化状态进行说明。需要说明的是，图中白色的小圆点是表示两个曲轴各自转动到不同位置点时，用于表示两个曲轴的不同转角相位的，处于某个冲程位置上时，使用实心圆标出，其它冲程位置使用空心圆标出。
103.在吸气冲程时，气缸10中的活塞9从处于的第二上止点向第一下止点移动一个短行程l1，主曲轴32从处于的最高点向最低点顺时针转动180
°
，效率曲轴27从处于的左侧中间点的第一位置顺时针向上转动90
°
到达最高点的第二位置，滑轴连杆30则从处于的水平位置状态逐渐变为倾斜状态，此时吸气冲程完成。在压缩冲程时，气缸10中的活塞9从处于的第一下止点向第一上止点移动一个短行程l1，主曲轴32从处于的最低点向最高点顺时针转动180
°
，效率曲轴27从处于的最高点的第二位置顺时针向下转动90
°
到达右侧中间点的第三位置，滑轴连杆30则从处于的倾斜位置状态逐渐变为水平状态，此时压缩冲程完成
，
短行程l1的第一上止点也是长行程l2第一上止点。在作功冲程时，气缸10中的活塞9从处于的第一上止点向长行程的第二下止点移动一个长行程l2，主曲轴32从处于的最高点向最低点顺时针转动180
°
，效率曲轴27从处于的右侧中间点的第三位置顺时针向下转动90
°
到达最低点的第四位置，滑轴连杆30则从处于的水平位置状态逐渐变为倾斜状态，此时作功冲程完成。在排气冲程时，气缸10中的活塞9从处于长行程的第二下止点向长行程的第二上止点移动一个长行程l2，主曲轴32从处于的最低点向最高点顺时针转动180
°
，效率曲轴27从处于的最低点的第四位置顺时针向上转动90
°
到达左侧中间点的第一位置，滑轴连杆30则从处于的倾斜位置状态逐渐变为水平状态，此时排气冲程完成。
104.参照图11-14所示，是外挂式的冲程行程长度循环变化的内燃发动机运行时，气缸10中的活塞9依次完成一个四冲程变排量循环。下面对气缸10中的活塞9在每一个冲程中对应的冲程排量机构的各个结构的运动变化状态进行说明。虽然外挂式的冲程行程长度循环变化活塞式内燃发动机与内担式的冲程行程长度循环变化活塞式内燃发动机的实现有一定的区别，但是它们实现的冲程行程长度循环变化的工作原理和功能是一样的，此处就不
再赘述。
105.为了实现进气门41和排气门7的机械打开和关闭，配气机构还包括：进排气门摇背座1、进气门摇背2、排气门摇背3、进气门挺杆39、与进气门挺杆39并排设置的排气门挺杆、主曲轴配气正时轮33、配气凸轮轴37、配气凸轮轴正时轮35、进气门凸轮38和排气门凸轮36。
106.进气门摇背2的中部以转动连接方式安装在进排气门摇背座1上，进气门摇背2的一端与外侧套设有进气门弹簧4的进气门41连接，进气门摇背2的另一端与进气门挺杆39的上端的球头面转动连接，即进气门摇背2与进气门挺杆39之间实现联动，推动进气门41的打开和关闭。排气门摇背3的中部以转动连接方式安装在进排气门摇背座1上，排气门摇背3的一端与外侧套设有排气门弹簧6的排气门7连接，排气门摇背3的另一端与排气门挺杆的上端的球头面转动连接，也就是说排气门摇背3与排气门7之间可以实现联动，推动排气门7的打开和关闭。
107.进一步的，主曲轴配气正时轮33安装在主曲轴32上，同时主曲轴配气正时轮33位于主曲轴正时轮31的轴向一侧，这样当主曲轴正时轮31旋转时可以通过主曲轴32带动主曲轴配气正时轮33旋转。配气凸轮轴正时轮35位于主曲轴配气正时轮33的上方的配气凸轮轴37的外侧，配气凸轮轴37与主曲轴32平行设置，配气凸轮轴正时轮35与主曲轴配气正时轮33啮合连接，即主曲轴配气正时轮33可以驱动配气凸轮轴正时轮35旋转。进气门凸轮38与排气门凸轮36呈夹角设置，例如，90
°
。进气门凸轮38和排气门凸轮36均安装在配气凸轮轴37上。当配气凸轮轴正时轮35旋转时可以通过配气凸轮轴37带动进气门凸轮38或排气门凸轮36旋转。进气门挺杆39的下端的平头固定安装在进气门凸轮38的一侧，进气门凸轮38可以推动进气门挺杆39向上运动。进气门挺杆39向上运动通过球面向上顶起在进气门摇背2的一端，从而使进气门摇背2的另一端(靠近活塞9的一端)向下运动，进气门弹簧4受力压缩，从而实现进气门41的打开，反之，进气门41关闭。排气门挺杆的下端的平头固定安装在排气门凸轮36的一侧，排气门凸轮36可以推动排气门挺杆向上运动。排气门挺杆与进气门挺杆39上均套设有挺杆滑套40，排气门挺杆向上运动通过球面向上顶起排气门摇背3的一端，从而使排气门摇背3的另一端(靠近活塞9的一端)向下运动，排气门弹簧6受力压缩，从而实现排气门7的打开，反之，排气门7关闭。
108.参照图2-5所示，本发明还提供了一种控制内燃发动机的不同冲程行程长度循环变化的方法，该控制方法使用上述的内燃发动机，包括如下步骤：
109.1)冲程排量机构通过主连杆11带动活塞9从第二上止点向下运动进入进气冲程时，进气门41打开，排气门7关闭，空气或混合气进入气缸10中，活塞9达到第一下止点，此时活塞9完成了吸气冲程短行程l1；
110.2)冲程排量机构通过主连杆11带动活塞9从第一下止点向上运动进入压缩冲程时，进气门41和排气门7均关闭，空气或混合气在气缸10中被压缩，活塞9达到第一上止点，此时活塞9完成了压缩冲程短行程l1；
111.3)冲程排量机构通过主连杆11带动活塞9从第一上止点向下运动进入作功冲程时，进气门41和排气门7均关闭，火花塞5或喷油嘴向气缸10内点火或喷油，燃料点燃膨胀作功，活塞9到达长行程的第二下止点，此时活塞9完成了做功冲程长行程l2；
112.4)冲程排量机构通过主连杆11带动活塞9从长行程的第二下止点向上运动进入排
气冲程时，进气门41关闭，排气门7打开，废气从排气门7排出，活塞9到达长行程的第二上止点，此时活塞9完成了排气冲程长行程l2。
113.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

技术特征：
1.一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，其特征在于，所述内燃发动机包括：至少一个气缸、活塞、火花塞或喷油嘴、冲程排量机构和配气机构；所述气缸的顶部盖设有气缸盖以形成容腔；所述配气机构包括：位于所述气缸盖上的进气门和排气门，用于向所述气缸供给空气或混合气并排出废气；所述活塞往复滑动位于所述气缸的容腔内；所述火花塞或所述喷油嘴位于所述气缸盖上，用于向所述气缸的容腔内点火或喷油；所述冲程排量机构通过主连杆与所述活塞转动连接，用于在吸气、压缩、做功和排气冲程中控制所述活塞行程长度在长、短行程之间循环变化。2.根据权利要求1所述的不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，其特征在于，所述冲程排量机构包括：主曲轴、效率曲轴、所述主连杆、滑轴连杆和摆动滑块；所述主连杆的一端与所述活塞转动连接，所述主连杆的另一端与所述滑轴连杆转动连接；所述滑轴连杆与所述主曲轴转动连接；所述摆动滑块安装在所述滑轴连杆上；所述主曲轴安装在主曲轴支架体上；所述效率曲轴与所述摆动滑块转动连接，所述效率曲轴通过效率曲轴支架体绕所述主曲轴摆动；所述主曲轴相对于所述效率曲轴正时设置，所述主曲轴的转动角度为所述效率曲轴转动角度的两倍。3.根据权利要求2所述的不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，其特征在于，所述效率曲轴上套设有效率曲轴正时轮；所述主曲轴上套设有主曲轴正时轮，所述主曲轴正时轮与所述效率曲轴正时轮传动连接；所述效率曲轴支架体以所述主曲轴与所述效率曲轴两轴线之间的距离为旋转半径，以所述主曲轴的轴线为旋转轴；所述主曲轴上安装有所述配气机构。4.根据权利要求2所述的不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，其特征在于，所述内燃发动机还包括：多位锁止机构，所述多位锁止机构包括：锁位转盘、锁盘支座、锁盘限位器和手柄；所述锁位转盘通过锁盘转轴安装在所述锁盘支座上，所述锁位转盘通过过渡支杆与设置在所述效率曲轴支架体的一侧的耳架体旋转连接；所述手柄安装在所述锁位转盘上，所述手柄与所述锁盘限位器相互配合用于锁定所述锁位转盘的转角位置。5.根据权利要求4所述的不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，其特征在于，所述锁盘限位器包括：锁盘限位器销、锁盘限位器弹簧、锁盘限位器套座；所述锁位转盘上周上设置有若干个限位槽；所述锁盘限位器销的一端位于所述限位槽内；所述锁盘限位器弹簧套设在所述锁盘限位器销的外部；
所述锁盘限位器套座位于所述锁盘限位器销的外部。6.根据权利要求2所述的不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，其特征在于，所述滑轴连杆的一端通过主曲轴滑轴连杆销与所述主曲轴转动连接，所述滑轴连杆的中部通过主连杆销与所述主连杆的另一端转动连接，所述滑轴连杆的另一端与所述摆动滑块滑动连接；所述摆动滑块与所述效率曲轴均位于所述主连杆的同一侧，所述主曲轴位于所述主连杆的的另一侧；所述主连杆位于所述效率曲轴与所述主曲轴之间；所述效率曲轴与所述主曲轴同向转动。7.根据权利要求2所述的不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，其特征在于，所述滑轴连杆的一端通过主连杆销与所述主连杆的另一端转动连接，所述滑轴连杆的中部通过主曲轴滑轴连杆销与所述主曲轴转动连接，所述滑轴连杆的另一端与所述摆动滑块滑动连接；所述主曲轴与所述效率曲轴均位于所述主连杆的同一侧，所述主连杆销位于所述主连杆的另一侧；所述主曲轴位于所述效率曲轴与所述主连杆之间；所述效率曲轴与所述主曲轴反向转动。8.根据权利要求1所述的不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，其特征在于，所述配气机构还包括：进排气门摇背座、进气门摇背、排气门摇背、进气门挺杆和与所述进气门挺杆并排设置的排气门挺杆；所述进气门摇背的中部安装在所述进排气门摇背座上，所述进气门摇背的一端与外侧套设有进气门弹簧的所述进气门连接，所述进气门摇背的另一端与所述进气门挺杆的一端转动连接；所述排气门摇背的中部安装在所述进排气门摇背座上，所述排气门摇背的一端与外侧套设有排气门弹簧的所述排气门连接，所述排气门摇背的另一端与所述排气门挺杆的一端转动连接。9.根据权利要求8所述的不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机，其特征在于，所述配气机构还包括：主曲轴配气正时轮、配气凸轮轴、配气凸轮轴正时轮、进气门凸轮和排气门凸轮；所述主曲轴配气正时轮安装在所述主曲轴上；所述配气凸轮轴正时轮位于与所述主曲轴平行设置的所述配气凸轮轴的外侧，所述配气凸轮轴正时轮与所述主曲轴配气正时轮啮合连接；所述进气门凸轮与所述排气门凸轮呈夹角设置，所述进气门凸轮和所述排气门凸轮均安装在所述配气凸轮轴上；所述进气门挺杆的另一端与所述进气门凸轮平面接触连接；所述排气门挺杆的另一端与所述排气门凸轮平面接触连接，所述排气门挺杆与所述进气门挺杆上均套设有挺杆滑套。10.一种控制内燃发动机的不同冲程行程长度循环变化的方法，其特征在于，所述控制方法使用权利要求1-9任一项所述的内燃发动机，包括如下步骤：
1)冲程排量机构通过主连杆带动活塞从第二上止点向下运动进入进气冲程时，进气门打开，排气门关闭，空气或混合气进入气缸中，活塞达到第一下止点，此时活塞完成了吸气冲程短行程l1；2)冲程排量机构通过主连杆带动活塞从第一下止点向上运动进入压缩冲程时，进气门和排气门均关闭，空气或混合气在气缸中被压缩，活塞达到第一上止点，此时活塞完成了压缩冲程短行程l1；3)冲程排量机构通过主连杆带动活塞从第一上止点向下运动进入作功冲程时，进气门和排气门均关闭，火花塞或喷油嘴向气缸内点火或喷油，燃料点燃膨胀作功，活塞到达第二下止点，此时活塞完成了做功冲程长行程l2；4)冲程排量机构通过主连杆带动活塞从第二下止点向上运动进入排气冲程时，进气门关闭，排气门打开，废气从排气门排出，活塞到达第二上止点，此时活塞完成了排气冲程长行程l2。

技术总结
本发明公开了一种不同冲程行程长度循环变化的内燃发动机及控制方法，属于内燃发动机技术领域，内燃发动机包括：至少一个气缸、活塞、火花塞或喷油嘴、冲程排量机构和配气机构；气缸的顶部盖设有气缸盖以形成容腔；配气机构包括：位于气缸盖上的进气门和排气门，用于向气缸供给空气或混合气并排出废气；活塞往复滑动位于气缸的容腔内；火花塞或喷油嘴位于气缸盖上，用于向气缸的容腔内点火或喷油；冲程排量机构通过主连杆与活塞转动连接，冲程排量机构通过主连杆与所述活塞转动连接，用于在吸气、压缩、做功和排气冲程中控制所述活塞行程长度在长、短行程之间的循环变化。实现了四冲程变排量循环过程，提高了燃料做功效率，废气排放指标更为优化。排放指标更为优化。排放指标更为优化。


技术研发人员：龙泽明
受保护的技术使用者：佳木斯大学
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/6/7