CN107781056A - 一种智能活塞 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能活塞，由温差发电装置、控制装置、活塞组成。温差发电装置包括热电模块、集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压DC/DC电路；控制装置包括第一无线WIFI模块、第二无线WIFI模块、微型ECU、控制器、驱动器、步进电机、温度传感器、压力传感器、加速度传感器；活塞包括活塞体上部、活塞体下部、导向板、内套、螺纹、电机座。本发明所述的温差发电装置利用活塞内部温差进行发电，为控制装置提供电能，控制装置对活塞进行控制；本发明所述的汽车ECU根据温度传感器、压力传感器、加速度传感器测得的数据和工况的需求，采用无线WIFI的通讯方式自动调节活塞的升程，达到改变压缩比、提高发动机效率的目的。

Description

一种智能活塞
技术领域
本发明涉及汽车发动机领域，更确切地说，本发明涉及一种智能活塞。
背景技术
汽车发动机的能量利用率在25％-40％左右，在现阶段遇到了前所未有的挑战。随着社会进步和技术的发展，汽车发动机的效率必须进一步提升。同时随着互联网技术的发展和普及，设备智能化的趋势越来越明显，以此来提高工作效率。
发动机的活塞是发动机的重要组件之一，活塞智能化可以优化发动机做功，简化发动机控制，提高发动机效率，从而提升发动机的竞争力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能活塞，所述的一种智能活塞升程可变，采用无线WIFI的通讯方式进行控制，利用活塞内部的余热进行温差发电来提供电源，通过活塞内部的传感器和汽车ECU(电子控制单元)自动调节活塞的升程，达到改变压缩比的目的。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：
本发明所述的一种智能活塞，包括温差发电装置、控制装置、活塞，其特征在于：
所述的温差发电装置包括热电模块、集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压DC/DC电路；
所述的控制装置包括第一无线WIFI模块、第二无线WIFI模块、微型ECU、控制器、驱动器、步进电机、温度传感器、压力传感器、加速度传感器；
所述的活塞包括活塞体上部、活塞体下部、导向板、内套、螺纹、电机座；
所述的热电模块安装在活塞内部上顶面，热电模块、集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压DC/DC电路依次相连接，升压降压DC/DC电路和控制装置相连；
所述的第一无线WIFI模块和汽车ECU相连，安装在曲轴箱内，微型ECU分别和温度传感器、压力传感器、加速度传感器、第二无线WIFI模块、控制器相连，控制器的输出端和驱动器的输入端相连，驱动器的输出端和步进电机的输入端相连，温度传感器和压力传感器安装在活塞的上顶面上，第二无线WIFI模块、微型ECU、控制器、驱动器、步进电机、加速度传感器集成在一起，安装在内套上。
所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的温度传感器测量活塞上顶面温度，压力传感器测量活塞上顶面处压力，加速度传感器测量活塞的加速度。
所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的微型ECU接收来自温度传感器、压力传感器、加速度传感器的数据，微型ECU将温度传感器、压力传感器、加速度传感器的数据通过第二无线WIFI模块以无线信号的方式发送给第一无线WIFI模块，第一无线WIFI模块将接收到的来自温度传感器、压力传感器、加速度传感器的数据反馈给汽车ECU。
所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的汽车ECU根据接收到的温度传感器、压力传感器、加速度传感器的数据和工况的需求发出调节压缩比的指令，通过第一无线WIFI模块以无线信号的形式发出。
所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的第二无线WIFI模块接收第一无线WIFI模块发出的调节压缩比的指令，传输给微型ECU，微型ECU将调节压缩比的指令发送给控制器，控制器控制驱动器驱动步进电机转动，改变活塞的升程。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
1.本发明所述的一种智能活塞，利用活塞内部温差进行发电，解决了活塞内部狭小空间的供电问题，为控制装置提供电能支持，避免了从活塞外部引进电源线路带来的问题，降低了技术难度，极大的简化了供电线路。
2.本发明所述的一种智能活塞，采用无线WIFI的通讯方式，避免了在高速运转的发动机内部布置通讯线路，简化了通讯方式。
3.本发明所述的一种智能活塞所采用的活塞是可变升程活塞，可以调节发动机压缩比。
4.本发明所述的汽车ECU根据温度传感器、压力传感器、加速度传感器测得的数据和工况需求自动调节活塞的升程，达到智能调节压缩比的目的。
附图说明
图1是本发明所述的一种智能活塞的工作流程示意图；
图2是本发明所述的温差发电装置的工作流程示意图；
图3是本发明所述的控制装置的工作流程示意图；
图4是本发明所述的活塞主视图的全剖视图。
图中：1.温差发电装置，2.控制装置，3.活塞，4.热电模块，5.集成稳压电路，6.超级电容蓄能装置，7.升压降压DC/DC电路，8.汽车ECU，9.第一无线WIFI模块，10.第二无线WIFI模块，11.微型ECU，12.控制器,13.驱动器，14.步进电机，15.温度传感器，16.压力传感器，17.加速度传感器，18.活塞体上部，19.活塞体下部，20.导向板，21.内套，22.螺纹，23.电机座。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的一种智能活塞，包括温差发电装置1、控制装置2、活塞3。温差发电装置1为控制装置2提供电源支持，控制装置2对活塞3进行控制。
如图2所示，温差发电装置1包括热电模块4、集成稳压电路5、超级电容蓄能装置6、升压降压DC/DC电路7。
如图3所示，控制装置2包括第一无线WIFI模块9、第二无线WIFI模块10、微型ECU11、控制器12、驱动器13、步进电机14、温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17。
如图4所示，活塞3包括活塞体上部18、活塞体下部19、导向板20、内套21、螺纹22、电机座23。
如图4所示，电机座23为圆盘类结构件，电机座23的底面上均匀地分布(铸)有一至八个结构相同的圆台形凸台，一至八结构相同的圆台形凸台和活塞体下部19上对应结构相同的圆台形凹坑相配装(对正)，由于活塞体下部19上的结构相同的圆台形凹坑限制了电机座23水平面内的转动，电机座23的底面和活塞体下部19设置的一至八结构相同的圆台形凹坑的圆环底面接触连接，限制了电机座23向下窜动；电机座23的顶端面与内套21的底面接触连接，因而限制了电机座23向上窜动，从而将电机座23固定在活塞体下部19上。
如图4所示，电机座23的顶端面的中心处设置有用于安装步进电机14定子的圆环体，圆环体、一至八结构相同的圆台形凸台所分布的圆周与电机座23的回转轴线共线；步进电机14定子安装在圆环体内为固定连接，不能平面移动，步进电机14定子的底端面与圆环体内的电机座23接触连接，使步进电机14定子不能向下窜动，步进电机14转子装入步进电机14定子的中心孔中，内套21套装在步进电机14转子与定子的周围，并且内套21上的花键孔与步进电机14转子一(顶)端的花键轴配装，内套21中心孔的内底面与步进电机14转子的轴肩顶端面接触连接，步进电机14转子的轴肩的底面与步进电机14定子的顶端面接触连接，防止步进电机14转子与定子向上窜动，使步进电机14固定于电机座23上。
如图4所示，活塞体上部18通过活塞体下部19上的导向板20成滑动连接，从而将活塞体上部18约束在沿活塞轴线方向的上下移动。
如图4所示，内套21顶部的中心处设置有花键孔，内套21外壁上和活塞体上部18内壁上设置有螺纹22，螺纹22的形状为三角形或梯形，内套21外壁上的外螺纹与活塞体上部18的内螺纹相配合。
如图2与图4所示，热电模块4安装在活塞3内部上表面，利用活塞3内部上表面和活塞3内部气体之间的温差进行发电。热电模块4产生的电能经过集成稳压电路5进行稳压，进而为超级电容蓄能装置6进行稳压充电，升压降压DC/DC电路7使超级电容蓄能装置3的输出电压保持稳定，为控制装置2提供稳定的输入电压。
如图3与图4所示，所述的第一无线WIFI模块9安装在曲轴箱内和汽车ECU 8通过串口相连，微型ECU11分别和温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17、第二无线WIFI模块10和控制器12相连，控制器12输出端接驱动器13，驱动器13输出端接步进电机14。
所述的第二无线WIFI模块10、微型ECU11、控制器12、驱动器13、步进电机14、加速度传感器17集成在一起，安装在活塞内套21上，温度传感器15和压力传感器16安装在活塞上顶面上。
所述温度传感器15测量活塞3上顶面的温度；压力传感器测量活塞3上顶面处的压力；加速度传感器17测量活塞3的加速度。
所述的微型ECU11接收来自温度传感器15、压力传感器16和加速度传感器17的数据，微型ECU11将来自温度传感器15、压力传感器16和加速度传感器17的数据通过第二无线WIFI模块10向第一无线WIFI模块9发射无线信号，第一无线WIFI模块9接收第二无线WIFI模块10发出的信号，将温度传感15、压力传感器16和加速度传感器17的数据反馈给汽车ECU8。
所述的汽车ECU8根据温度传感15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求来判断是否需要改变发动机的压缩比，然后通过第一无线WIFI模块9向第二无线WIFI模块10发送无线信号，第二无线WIFI模块10接收第一无线WIFI模块9发出的信号，传输给微型ECU11，微型ECU11将调节压缩比的指令发送给控制器12，控制器12控制驱动器13驱动步进电机14工作，调节活塞3的升程，改变发动机压缩比。
如图1、图2、图3与图4所示，所述的温差发电装置1为控制装置2提供电源。当汽车ECU8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断需要增大发动机压缩比时，汽车ECU 8发出增大发动机压缩比的指令，通过第一无线WIFI模块9向第二无线WIFI模块10发送无线信号，第二无线WIFI模块10接收第一无线WIFI模块9发出的信号，传输给微型ECU11，微型ECU11将调节压缩比的指令发送给控制器12，控制器12控制驱动器13驱动步进电机14正转，步进电机14转子通过花键轴带动内套21转动，内套21通过螺纹22的连接作用并在活塞体下部19的导向板20的约束下带动活塞体上部18向上运动，使活塞3的升程增大，从而增大发动机的压缩比。
当汽车ECU8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断需要减小发动机压缩比时，汽车ECU 8发出减小发动机压缩比的指令，通过第一无线WIFI模块9向第二无线WIFI模块10发送无线信号，第二无线WIFI模块10接收第一无线WIFI模块9发出的信号，传输给微型ECU11，微型ECU11将调节压缩比的指令发送给控制器12，控制器12控制驱动器13驱动步进电机14反转，步进电机14转子通过花键轴带动内套21转动，内套21通过螺纹22的连接作用并在活塞体下部19的导向板20的约束下带动活塞体上部18向下运动，使活塞3升程减小，从而降低发动机的压缩比。
当汽车ECU8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断不需要改变发动机压缩比时，汽车ECU8不发出调节压缩比的指令，此时步进电机14不工作，发动机的压缩比不变。
一种智能活塞的工作原理：
如图1、图2、图3与图4所示，所述的温差发电装置1为控制装置2提供电源。当汽车ECU8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断需要增大发动机压缩比时，汽车ECU 8发出增大发动机压缩比的指令，通过第一无线WIFI模块9向第二无线WIFI模块10发送无线信号，第二无线WIFI模块10接收第一无线WIFI模块9发出的信号，传输给微型ECU11，微型ECU11将调节压缩比的指令发送给控制器12，控制器12控制驱动器13驱动步进电机14正转，步进电机14转子通过花键轴带动内套21转动，内套21通过螺纹22的连接作用并在活塞体下部19的导向板20的约束下带动活塞体上部18向上运动，使活塞3的升程增大，从而增大发动机的压缩比。
当汽车ECU8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断需要减小发动机压缩比时，汽车ECU 8发出减小发动机压缩比的指令，通过第一无线WIFI模块9向第二无线WIFI模块10发送无线信号，第二无线WIFI模块10接收第一无线WIFI模块9发出的信号，传输给微型ECU11，微型ECU11将调节压缩比的指令发送给控制器12，控制器12控制驱动器13驱动步进电机14反转，步进电机14转子通过花键轴带动内套21转动，内套21通过螺纹22的连接作用并在活塞体下部19的导向板20的约束下带动活塞体上部18向下运动，使活塞3升程减小，从而降低发动机的压缩比。
当汽车ECU8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断不需要改变发动机压缩比时，汽车ECU8不发出调节压缩比的指令，此时步进电机14不工作，发动机的压缩比不变。

Claims (5)

1.一种智能活塞，包括温差发电装置(1)、控制装置(2)、活塞(3)，其特征在于：
所述的温差发电装置(1)包括热电模块(4)、集成稳压电路(5)、超级电容蓄能装置(6)、升压降压DC/DC电路(7)；
所述的控制装置(2)包括第一无线WIFI模块(9)、第二无线WIFI模块(10)、微型ECU(11)、控制器(12)、驱动器(13)、步进电机(14)、温度传感器(15)、压力传感器(16)、加速度传感器(17)；
所述的活塞(3)包括活塞体上部(18)、活塞体下部(19)、导向板(20)、内套(21)、螺纹(22)、电机座(23)；
所述的热电模块(4)安装在活塞(3)内部上顶面，热电模块(4)、集成稳压电路(5)、超级电容蓄能装置(6)、升压降压DC/DC电路(7)依次相连接，升压降压DC/DC电路(7)和控制装置(2)相连；
所述的第一无线WIFI模块(9)和汽车ECU(8)相连，安装在曲轴箱内，微型ECU(11)分别和温度传感器(15)、压力传感器(16)、加速度传感器(17)、第二无线WIFI模块(10)、控制器(12)相连，控制器(12)的输出端和驱动器(13)的输入端相连，驱动器(13)的输出端和步进电机(14)的输入端相连，温度传感器(15)和压力传感器(16)安装在活塞(3)的上顶面上，第二无线WIFI模块(10)、微型ECU(11)、控制器(12)、驱动器(13)、步进电机(14)、加速度传感器(17)集成在一起，安装在内套(21)上。
2.按照权利要求1所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的温度传感器(15)测量活塞上顶面温度，压力传感器(16)测量活塞上顶面处压力，加速度传感器(17)测量活塞(3)的加速度。
3.按照权利要求1所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的微型ECU(11)接收来自温度传感器(15)、压力传感器(16)、加速度传感器(17)的数据，微型ECU(11)将温度传感器(15)、压力传感器(16)、加速度传感器(17)的数据通过第二无线WIFI模块(10)以无线信号的方式发送给第一无线WIFI模块(9)，第一无线WIFI模块(9)将接收到的来自温度传感器(15)、压力传感器(16)、加速度传感器(17)的数据反馈给汽车ECU(8)。
4.按照权利要求1所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的汽车ECU(8)根据接收到的温度传感器(15)、压力传感器(16)、加速度传感器(17)的数据和工况的需求发出调节压缩比的指令，通过第一无线WIFI模块(9)以无线信号的形式发出。
5.按照权利要求1所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的第二无线WIFI模块(10)接收第一无线WIFI模块(9)发出的调节压缩比的指令，传输给微型ECU(11)，微型ECU(11)将调节压缩比的指令发送给控制器(12)，控制器(12)控制驱动器(13)驱动步进电机(14)转动，改变活塞(3)的升程。
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