CN105952547A - 长度可变的发动机活塞 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种长度可变的发动机活塞，属于发动机活塞技术领域。本发明包括活塞头、颈部和活塞导向杆，活塞导向端与活塞密封端分离，颈部和活塞导向杆之间通过活塞导向杆上部的导向滑块滑动连接；所述颈部内有弹性件槽，弹性件槽内装有弹性件，所述导向滑块通过滑动插孔伸入所述弹性件槽内，导向滑块在所述弹性件槽内有轴向限位装置，在所述弹性件弹力作用下，静止状态下所述颈部和活塞导向杆之间留有压缩间隙；所述活塞导向杆上具有连杆连接部。本发明在实现活塞导向端与活塞密封端分离的同时，通过调节活塞可变长度，改变活塞在上止点时刻该发动机的压缩比。

Description

长度可变的发动机活塞
技术领域
本发明涉及一种可改变压缩比的发动机活塞，属于发动机活塞技术领域。
背景技术
目前，在传统发动机上使用的活塞均是带有导向裙部的活塞，中国专利：内燃机可变压缩比活塞，公告号为CN 101900056 B，其设计的活塞虽然具有可变压缩比的作用，但是由于受到传统发动机结构的限制，可变压缩比范围有限，对发动机性能改善有限。中国专利申请如：双曲柄机构发动机，申请号：201410653964.6；双曲柄机构二冲程发动机，申请号：201410655941.9，均提出了活塞导向端与活塞密封端分离的无裙活塞，同时采用双曲柄机构等将受力作用点由高温、高压和高速的活塞与气缸往复作用区域转移到低温易润滑区域，实现活塞与气缸之间除活塞环背压以外无其它作用力存在，但是上述专利并没有提出可变压缩比的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种长度可变的发动机活塞，通过调节活塞可变长度，改变活塞在上止点时刻该发动机的压缩比。发动机处于中小负荷工况时，采用大压缩比来提高热效率；发动机处于全负荷工况时，采用小压缩比来预防爆震。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种长度可变的发动机活塞，它包括活塞头、颈部和活塞导向杆，活塞导向端与活塞密封端分离，所述活塞头作为与气缸配合的所述活塞密封端，所述活塞导向杆作为所述活塞导向端；
所述活塞头和颈部固定连接，所述颈部和活塞导向杆之间通过活塞导向杆上部的导向滑块滑动连接；
所述颈部内有弹性件槽，弹性件槽内装有弹性件，所述颈部下端有与弹性件槽相通的滑动插孔，所述导向滑块通过滑动插孔伸入所述弹性件槽内，导向滑块在所述弹性件槽内有轴向限位装置，在所述弹性件弹力作用下，静止状态下所述颈部和活塞导向杆之间留有压缩间隙；
所述活塞导向杆上具有连杆连接部。
所述弹性件是碟簧或螺旋弹簧。
所述导向滑块与所述滑动插孔之间有径向限位装置。
所述径向限位装置是安装在所述导向滑块上的限位键，所述滑动插孔的内壁制作有与所述限位键适配的限位滑槽。
所述轴向限位装置是在所述导向滑块上设置的限位凸缘和在所述弹性件槽底端设置的限位台阶。
所述导向滑块由滑套和位于活塞导向杆上端的连接凸台通过可拆连接件I连接而成，连接凸台的侧壁制作有键槽，键槽内装有限位键，所述滑动插孔的内壁制作有与所述限位键适配的限位滑槽，限位键是“T”字形单键，“T”字形单键的粗段安装在键槽内，“T”字形单键的细段从所述滑套的侧孔穿过伸入所述限位滑槽内，所述滑套的上端位于所述弹性件槽内并制作有限位凸缘，所述弹性件槽底端设置有与限位凸缘相适配的限位台阶。
所述颈部的上端制作有密封凸缘部，所述活塞头由活塞顶部和所述密封凸缘部通过可拆连接件II连接而成，所述活塞顶部的下端中间有压块伸入所述弹性件槽内压住所述弹性件。
所述连杆连接部是连杆插槽，连杆插槽是供连杆贯穿的通槽。
所述连杆插槽的下端开口，连杆插槽的下端开口处可拆连接有耐磨的下端盖。
所述连杆插槽的内部上端装有耐磨的上衬盖。
本发明的有益效果是：本发明在实现活塞导向端与活塞密封端分离的同时，通过调节活塞可变长度，改变活塞在上止点时刻该发动机的压缩比。发动机处于中小负荷工况时，采用大压缩比来提高热效率；发动机处于全负荷工况时，采用小压缩比来预防爆震。压缩比可实现从11～18.6可变，在保证高负荷不暴震的前提下，提高中小负荷热效率，从而节省油耗20％。排气阶段，活塞处于最大伸展状态，可大幅度降低残余废气，从而进一步提高压缩比，提高热效率。
附图说明
下面根据附图和实施例对本发明进一步说明。
图1本发明结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是图1的仰视图；
图4是本发明活塞顶部结构图；
图5是本发明颈部结构示意图；
图6是图5的A向视图；
图7是图5的B-B剖视图；
图8是本发明滑套结构示意图；
图9是图8的左视图；
图10是本发明下端盖结构示意图；
图11是图10的仰视图；
图12是本发明活塞导向杆结构图；
图13是图12的俯视图；
图14是图12的左视图；
图15是图12的仰视图；
图16-17是本发明使用状态参考图；
图中，1、活塞顶部，1-1、压块，2、颈部，2-1、密封凸缘部，2-2、弹性件槽，2-3、限位滑槽，2-4、滑动插孔，3、弹性件，4、导向滑块，5、限位键，6、活塞导向杆，6-1、连杆插槽，6-2、连接凸台，6-3、键槽，7、下端盖，8、上衬盖，9、压缩间隙，10、滑套，11、轴向限位装置，12、可拆连接件I，13、环槽，14、可拆连接件II，15、活塞头，16、连杆，17、曲轴。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
如图1-图3所示的一种长度可变的发动机活塞，它包括活塞头15、颈部2和活塞导向杆6，活塞导向端与活塞密封端分离，所述活塞头15作为与气缸配合的所述活塞密封端，所述活塞导向杆6作为与缸体上的活塞导向槽配合的所述活塞导向端；活塞导向杆6可做成圆柱形。
所述活塞头15和颈部2固定连接，所述颈部2和活塞导向杆6之间通过活塞导向杆6上部的导向滑块4滑动连接；
所述颈部2内有弹性件槽2-2，弹性件槽2-2内装有弹性件3，所述颈部2下端有与弹性件槽2-2相通的滑动插孔2-4，所述导向滑块4通过滑动插孔2-4伸入所述弹性件槽2-2内，导向滑块4在所述弹性件槽2-2内有轴向限位装置11，在所述弹性件3弹力作用下，静止状态下所述颈部2和活塞导向杆6之间留有压缩间隙9；
所述活塞导向杆6上具有连杆连接部。
所述弹性件3是碟簧或碟簧组合或螺旋弹簧。
所述导向滑块4与所述滑动插孔2-4之间有径向限位装置。
所述径向限位装置是安装在所述导向滑块4上的限位键5，所述滑动插孔2-4的内壁制作有与所述限位键5适配的限位滑槽2-3。限位键5可以是平键或花键等。
所述轴向限位装置11是在所述导向滑块4上设置的限位凸缘和在所述弹性件槽2-2底端设置的限位台阶。
如图1、图5-图9，图12-图15所示，所述导向滑块4由滑套10和位于活塞导向杆6上端的连接凸台6-2通过可拆连接件I12连接而成，连接凸台6-2的侧壁制作有键槽6-3，键槽6-3内装有限位键5，所述滑动插孔2-4的内壁制作有与所述限位键5适配的限位滑槽2-3，限位键5是“T”字形单键，“T”字形单键的粗段安装在键槽6-3内，“T”字形单键的细段从所述滑套10的侧孔穿过伸入所述限位滑槽2-3内，所述滑套10的上端位于所述弹性件槽2-2内并制作有限位凸缘，所述弹性件槽2-2底端设置有与限位凸缘相适配的限位台阶。
所述颈部2的上端制作有密封凸缘部2-1，所述活塞头15由活塞顶部1和所述密封凸缘部2-1通过可拆连接件II14连接而成，所述活塞顶部1的下端中间有压块1-1伸入所述弹性件槽2-2内压住所述弹性件3。可拆连接件II14可采用螺钉、螺栓，紧固的通时，还能对弹性件进行调节预紧。密封凸缘部2-1外缘制作有三排环槽13，上两排装气环，下排装油环。
上述两段提到的结构，拆装简便，具有较好的工艺性。
如图1，图10-图15所示，所述连杆连接部是连杆插槽6-1，连杆插槽6-1是供连杆贯穿的通槽。
所述连杆插槽6-1的下端开口，连杆插槽6-1的下端开口处可拆连接有下端盖7。所述连杆插槽6-1的内部上端装有耐磨的上衬盖8。
参考图16-图17，本发明活塞用在具有双曲柄机构的双曲轴发动机中，将受力作用点由高温、高压和高速的活塞与气缸往复作用区域转移到低温易润滑区域，实现活塞与气缸之间除活塞环背压以外无其它作用力存在，实现使用陶瓷材料制造的缸套、活塞等零部件只承受高温燃气的压力载荷，实现在不增加陶瓷材料韧性和制造成本的前提下提高其可靠性及使用寿命。
本发明在实现活塞导向端与活塞密封端分离的同时，通过调节活塞可变长度，改变活塞在上止点时刻该发动机的压缩比。发动机处于中小负荷工况时，采用大压缩比来提高热效率；发动机处于全负荷工况时，采用小压缩比来预防爆震。压缩比可实现从11～18.6可变，在保证高负荷不暴震的前提下，提高中小负荷热效率，从而节省油耗20％。排气阶段，活塞处于最大伸展状态，可大幅度降低残余废气，从而进一步提高压缩比，提高热效率。

Claims (10)

1.一种长度可变的发动机活塞，其特征在于：它包括活塞头(15)、颈部(2)和活塞导向杆(6)，活塞导向端与活塞密封端分离，所述活塞头(15)作为与气缸配合的所述活塞密封端，所述活塞导向杆(6)作为所述活塞导向端；
所述活塞头(15)和颈部(2)固定连接，所述颈部(2)和活塞导向杆(6)之间通过活塞导向杆(6)上部的导向滑块(4)滑动连接；
所述颈部(2)内有弹性件槽(2-2)，弹性件槽(2-2)内装有弹性件(3)，所述颈部(2)下端有与弹性件槽(2-2)相通的滑动插孔(2-4)，所述导向滑块(4)通过滑动插孔(2-4)伸入所述弹性件槽(2-2)内，导向滑块(4)在所述弹性件槽(2-2)内有轴向限位装置(11)，在所述弹性件(3)弹力作用下，静止状态下所述颈部(2)和活塞导向杆(6)之间留有压缩间隙(9)；
所述活塞导向杆(6)上具有连杆连接部。
2.根据权利要求1所述的长度可变的发动机活塞，其特征在于：所述弹性件(3)是碟簧或螺旋弹簧。
3.根据权利要求1所述的长度可变的发动机活塞，其特征在于：所述导向滑块(4)与所述滑动插孔(2-4)之间有径向限位装置。
4.根据权利要求3所述的长度可变的发动机活塞，其特征在于：所述径向限位装置是安装在所述导向滑块(4)上的限位键(5)，所述滑动插孔(2-4)的内壁制作有与所述限位键(5)适配的限位滑槽(2-3)。
5.根据权利要求1所述的长度可变的发动机活塞，其特征在于：所述轴向限位装置(11)是在所述导向滑块(4)上设置的限位凸缘和在所述弹性件槽(2-2)底端设置的限位台阶。
6.根据权利要求1所述的长度可变的发动机活塞，其特征在于：所述导向滑块(4)由滑套(10)和位于活塞导向杆(6)上端的连接凸台(6-2)通过可拆连接件Ⅰ(12)连接而成，连接凸台(6-2)的侧壁制作有键槽(6-3)，键槽(6-3)内装有限位键(5)，所述滑动插孔(2-4)的内壁制作有与所述限位键(5)适配的限位滑槽(2-3)，限位键(5)是“T”字形单键，“T”字形单键的粗段安装在键槽(6-3)内，“T”字形单键的细段从所述滑套(10)的侧孔穿过伸入所述限位滑槽(2-3)内，所述滑套(10)的上端位于所述弹性件槽(2-2)内并制作有限位凸缘，所述弹性件槽(2-2)底端设置有与限位凸缘相适配的限位台阶。
7.根据权利要求1或6所述的长度可变的发动机活塞，其特征在于：所述颈部(2)的上端制作有密封凸缘部(2-1)，所述活塞头(15)由活塞顶部(1)和所述密封凸缘部(2-1)通过可拆连接件II(14)连接而成，所述活塞顶部(1)的下端中间有压块(1-1)伸入所述弹性件槽(2-2)内压住所述弹性件(3)。
8.根据权利要求1所述的长度可变的发动机活塞，其特征在于：所述连杆连接部是连杆插槽(6-1)，连杆插槽(6-1)是供连杆贯穿的通槽。
9.根据权利要求8所述的长度可变的发动机活塞，其特征在于：所述连杆插槽(6-1)的下端开口，连杆插槽(6-1)的下端开口处可拆连接有耐磨的下端盖(7)。
10.根据权利要求8所述的长度可变的发动机活塞，其特征在于：所述连杆插槽(6-1)的内部上端装有耐磨的上衬盖(8)。
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