CN105508046B - 一种可变压缩比活塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变压缩比活塞，包括活塞上体、活塞下体、锁止销、簧片和电机驱动装置，其特征在于：电机定子固定在内套中心的电机座上；内套通过凸台与活塞下体相连接并在卡环的约束下固定；电机转子上端有固定的圆轮结构，圆轮结构周围有连接装置用来连接簧片尾端；内套的***是另一圈圆柱形的销座，销座上部有四个销孔用来安装锁止销，锁止销的销头是月牙结构并与活塞上体内壁的锁止槽相配合，锁止销的销尾与簧片的首端通过连接孔连接；弹簧安装在锁止销的销孔与内套的销孔之间，起对锁止销的回位作用。本发明零件少、结构简单，通过电机的牵引作用来瞬时改变发动机的压缩比，使得发动机在不同工况下都有良好的动力性与燃油经济性。

Description

一种可变压缩比活塞

技术领域

本发明属于一种汽车发动机活塞，更具体的说是一种可变压缩比的活塞。

背景技术

压缩比即为气缸在下止点时的最大体积与气缸在上止点时最小体积之比，压缩比大的话，压缩终了时混合气压力和温度越高，燃烧速率增快，因而发动机的燃烧效率会变好，但是发动机的压缩比不能太高，因为对于汽油机来说，压缩比高的话会产生爆震，为降低爆震给发动机带来的影响，这种问题在增压发动机的设计上显得尤为突出。固定的压缩比成为制约机械增压和涡轮增压发动机的一个很重要的因素。我们知道，当涡轮增压介入以后，燃烧室的温度和压力会大幅度升高，如果这个值过高，爆震就不可避免。这会对发动机造出巨大伤害，同时也会影响动力输出。所以，固定压缩比的涡轮增压和机械增压发动机只能把压缩比设计得比普通自然吸气发动机低很多。但是这种过低的压缩比设计，又会导致发动机在特别是涡轮增压没有完全介入时，燃烧效率非常低，能产生的动力要比普通自然吸气发动机所产生的动力要少的多。这个矛盾是促使设计师开发可变压缩比发动机的重要原因。

可变压缩比的目的在于提高增压发动机的燃油经济性。在增压发动机中，为了防止爆震.其压缩比低于自然吸气式发动机。在增压压力低时热效率降低.使燃油经济性下降。特别在涡轮增压发动机中由于增压度上升缓慢在低压缩比条件下扭矩上升也很缓慢.形成所谓的增压滞后现象。也就是说，发动机在低速时，增压作用滞后.要等到发动机加速至一定转速后增压***才起到作用。为了解决这个问题，可变压缩比是重要方法。就是说.在增压压力低的低负荷工况使压缩比提高到与自然吸气式发动机压缩比相同或超过:另一方面.在高增压的高负荷工况下适当降低压缩比。换言之，随着负荷的变化连续调节压缩比.以便能够从低负荷到高的整个工况范围内有提高热效率。

一般发动机的压缩比是不可变动的，因为燃烧室容积及气缸工作容积都是固定的参数，在设计中已经定好。不过，为了使得现代发动机能在各种变化的工况中发挥更好的效率，设计者们通过加装一些机械组件使得发动机在运行过程中通过ECU的控制改变发动机的压缩比。

但目前可变压缩比发动机技术存在几个问题。其主要有对气缸盖进行了大量的复杂的改动，使得制造成本大大的增加，加装了大量复杂的机械组件使得可靠性降低，成本增加，另外可变压缩比技术的实现必须要有两个构件彼此的相对移动，所以密封性问题是导致可变压缩能否实现的关键性问题，以上的种种问题导致了可变压缩比技术的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的问题，提供了一种可变压缩比活塞，其通过改变活塞顶部与连杆间的相对位置改变发动机压缩比使发动机在不同负荷工况下都具有好的动力性、燃油经济性。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

一种可变压缩比活塞，包括活塞上体、活塞下体、锁止销、弹簧、簧片和电机驱动装置，其特征在于：

所述电机定子固定在内套中心的电机座上，内套通过卡环固定在活塞下体上，弹簧安装在锁止销的凹槽与内套的销孔之间内套与活塞下体相连接电机转子上端有固定的圆轮结构，圆轮结构周围有连接装置用来连接簧片尾端，簧片的首端牵引锁止销的销尾，内套与活塞下体相连接并在卡环的约束下固定，活塞上体与活塞下体通过导向板连接。

所述内套的***是另一圈圆柱形的销座，销座上部有四个均匀分布的销孔，锁止销的销头是横截面为梯形的圆弧结构并与活塞上体内壁的锁止槽相配合，锁止销的销尾是杆状形结构与簧片的首端通过连接孔连接，内套的座底有四个均匀分布的凸台。

所述的活塞上体分断面处有四个均匀分布的导向孔，活塞上体的内壁处有上下两圈横截面为梯形的锁止槽。

所述的活塞下体分断面铸有四个均匀分布的导向板插在活塞上体相对应的四个均匀分布的导向孔中，活塞下体底面上有四个圆台形凹孔。

所述的簧片为首尾有连接装置的弹性金属结构。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.采用电机驱动的方式使得机械运动更加可靠。

2.利用了活塞的惯性力与气缸中工质的压力来推动活塞间的相互分离与结合，极大的减低了电机的驱动功率，使得在活塞内部加装电机装置的控制策略成为可能。

3.由于只在活塞体内进行改变，并没有涉及对气缸盖甚至发动机整体的改变，使得该发明的工艺性好。

4.由于加装的机械零件数量少，而且部分零件属于标准件和市场上成熟的配套零件，所以该发明的成本低。

5.由于用簧片连接电机转子与锁止销，簧片起缓冲作用，使得本发明对电机的精确度要求不会太高。

本发明相对不足之处在于只能用于两级可变的压缩比而不能用于无极可变的压缩比发动机。

附图说明

附图1是活塞组件的主剖视图。

附图2是活塞内部的斜视图。

附图3是电机座零件的主剖视图。

附图4是电机座零件主剖视的A-A投影视图。

附图5是锁止销的主视图。

附图6是锁止销的俯视图。

图中：活塞上体1，锁止销2，内套3，卡环4，簧片5，弹簧6，电机(电机转子7，电机定子8)，活塞下体9。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的描述。

如图1、2，整个活塞被分成活塞上体1和活塞下体9两个部分，活塞上体1的底面周围有四个扇形的导向孔，内壁有两圈梯形锁止槽，活塞下体9的顶面有四个扇形的导向板与活塞上体1的导向孔相对应，底座铸有四个圆锥形的凹孔。

如图5、6，锁止销2是圆柱形的零件，前面铸有横截面为梯形的圆弧形销头与活塞上体1的内壁两圈梯形锁止槽相配合后面有圆柱截面的刚性棍状销尾用于连接簧片5。

如图3、4，内套3的底部有四个圆锥形凸台与活塞下体9的四个圆锥形凹孔相配合来限制内套3绕轴线方向上的转动，内套3的中心是圆柱形电机座用来固定电机定子8，内套3的***是另一圈圆柱形的销座，销座上部有四个销孔用来安装锁止销2与弹簧6.

卡环4是由内外圆心不重合的圆弧所构成的钢性结构，有一定的弹性，用于防止内套3移位，起固位、稳定的作用。

如图2，簧片5是四条弹性的钢片组成，起缓冲，牵引锁止销2的销尾的作用，簧片5首尾端都有连接孔，首端连接锁止销2的销尾，尾端连接电机转子7。

如图1、2，电机分为电机定子8和电机转子7，电机定子8固定在内套3上，电机转子7转动，电机转子7上端有固定的圆轮结构，圆轮结构周围有四个连接装置用来连接簧片6。

弹簧6安装在锁止销2的销孔与内套3的销孔之间，起对锁止销2回位的作用。

若发动机需要低压缩比时，在吸气过程中，连杆拉动活塞使得活塞由上止点向下止点运动，锁止销2的销头处于活塞上体1的下锁止槽中，此时气缸内 气体压力很小且接近大气压力所以忽略不计，当活塞接近下止点时，此时电机转子7转动，带动簧片5紧缩，簧片5拉紧锁止销2与活塞上体1的下锁止槽分离且弹簧6处于压缩状态，此时活塞上体1与活塞下体9间没有任何连接，在下止点处，活塞下体9由于受到连杆的作用而向相反的方向运动，活塞上体1由于惯性力的作用向原方向运动，因此活塞上体1与活塞下体9的相对距离减小，当活塞上体1的上锁止槽与锁止销2销头刚好对齐时，电机停止工作，此时锁止销2的销头在压缩弹簧6的作用下，***上锁止槽中，此时发动机运行在低压缩比工况下。

若发动机需要高压缩比时，在排气过程中，连杆拉动活塞使得活塞由下止点向上止点运动，锁止销2的销头处于活塞上体1的上锁止槽中，此时气缸内气体压力略大于大气压力所以忽略不计，当活塞接近上止点时，此时电机转子7转动，带动簧片5紧缩，簧片5拉紧钢丝线使锁止销2与活塞上体1的上锁止槽分离且弹簧6处于压缩状态，此时活塞上体1与活塞下体9间没有任何连接，在上止点处，活塞下体9由于受到连杆的作用而向相反的方向运动，活塞上体1由于惯性力的作用向原方向运动，因此活塞上体1与活塞下体9的相对距离增大，当活塞上体1的下锁止槽与锁止销2销头刚好对齐时，电机停止工作，此时锁止销2的销头在压缩弹簧6的作用下，***上锁止槽中，此时发动机运行在高压缩比工况下。

Claims (5)

1.一种可变压缩比活塞，包括活塞上体(1)、活塞下体(9)、锁止销(2)、弹簧(6)、簧片(5)和电机驱动装置，其特征在于：电机定子(8)固定在内套(3)中心的电机座上，内套(3)通过卡环(4)固定在活塞下体(9)上，弹簧(6)安装在锁止销(2)的凹槽与内套(3)的销孔之间内套(3)与活塞下体(9)相连接电机转子(7)上端有固定的圆轮结构，圆轮结构周围有连接装置用来连接簧片(5)尾端，簧片(5)的首端牵引锁止销(2)的销尾，内套(3)与活塞下体(9)相连接并在卡环(4)的约束下固定，活塞上体(1)与活塞下体(9)通过导向板连接。

2.根据权利要求1所述的可变压缩比活塞，其特征在于：所述内套(3)的***是另一圈圆柱形的销座，销座上部有四个均匀分布的销孔，锁止销(2)的销头是横截面为梯形的圆弧结构并与活塞上体(1)内壁的锁止槽相配合，锁止销(2)的销尾是杆状形结构与簧片(5)的首端通过连接孔连接，内套(3)的座底有四个均匀分布的凸台。

3.根据权利要求1所述的可变压缩比活塞，其特征在于：所述的活塞上体(1)分断面处有四个均匀分布的导向孔，活塞上体(1)的内壁处有上下两圈横截面为梯形的锁止槽。

4.根据权利要求1所述的可变压缩比活塞，其特征在于：所述的活塞下体(9)分断面铸有四个均匀分布的导向板插在活塞上体(1)相对应的四个均匀分布的导向孔中，活塞下体(9)底面上有四个圆台形凹孔。

5.根据权利要求1所述的可变压缩比活塞，其特征在于：所述的簧片(5)为首尾有连接装置的弹性金属结构。