CN108488213B - 一种磁流变式发动机连杆 - Google Patents

Abstract

一种磁流变式发动机连杆，属于汽车发动机技术领域。该种发动机连杆的连杆大头与连杆小头之间的杆身采用密封、空心的可伸缩套筒，套筒中装有磁流变液。在压缩过程中连杆利用压缩时向下的惯性和套筒内磁流变液压力使连杆套筒伸长，通过控制磁流变液压力可调整压缩比；在做工过程中套筒中的磁流变液流出和受压使套筒缩短，磁流变现象保证做工所需的连杆强度。通过磁流变液增加或减少、磁流变现象改变压缩行程和做工行程并调整压缩比，减少发动机工作过程中不必要的撞击和磨损，达到减震和降噪的效果。该种发动机连杆可直接实现减震和降噪，优于传统的铸件式连杆，可提高发动机性能。

Description

一种磁流变式发动机连杆

技术领域

本发明涉及一种磁流变式发动机连杆，属于发动机技术领域。

背景技术

当今，人们的生活水平在不断提高，汽车已成为大多数家庭必备的交通工具，对汽车性能的要求也越来越高。发动机作为汽车上最重要的一部分，其性能的高低关系到整部汽车的性能。生活中不难发现，许多汽车在使用时或者在发动机工作时，坐在车内的乘客会感觉到明显的震动和嗡嗡的响声。究其原因，震动和响声大多来自于发动机内活塞运动，尤其是与活塞连接的连杆。连杆起着压缩和做功传动的重要作用，要同时保证压缩和做功的要求，而压缩过程要求的是将气体压缩到效率最高的程度，这往往需要足够的压缩行程，意味着连杆要足够长；反过来做功过程却希望行程尽量短，也就是连杆尽可能的短，从而缩短做功行程来提高效率和发动机转速。但实际中发动机内的连杆长度是不可变，因而压缩行程要长和做功行程要短形成冲突，正是由于这种冲突造成连杆在做功过程中产生不必要的撞击和磨损，进一步产生过多的震动和噪音影响了汽车的整体性能。所以，设计一种能同时够满足压缩行程长和做功行程短的连杆对提高发动机性能乃至汽车性能具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是发动机连杆的连杆大头与连杆小头之间的杆身采用密封、空心的可伸缩套筒，套筒中装有磁流变液。在压缩过程中连杆利用压缩时向下的惯性和套筒内磁流变液压力使连杆套筒伸长，通过控制磁流变液压力可调整压缩比；在做功过程中套筒中的磁流变液流出和受压使套筒缩短，磁流变现象保证做工所需的连杆强度。通过磁流变液增加或减少、磁流变现象改变压缩行程和做功行程，减少发动机工作过程中不必要的撞击和磨损，达到减震和降噪的效果。磁流变液储藏室解决磁流变液储藏问题；线圈解决提供磁流变现象所需磁场的问题。

本发明采用的技术方案是：一种磁流变式发动机连杆，包括连杆大头、连杆小头、套筒、磁流变液、储藏室、导管、线圈、电磁阀、单片机、交换孔、蓄电池；电磁阀与单片机连接；线圈通过单片机与车载电池连接；连杆大头与套筒大的一端连接，连杆小头与套筒小的一端连接；套筒的空心腔通过交换孔利用导管与储藏室连接；线圈与蓄电池连接。

进一步的，杆身的套筒空心腔内装有磁流变液，磁流变液采用的是一种智能材料，由磁性颗粒、防沉降凝聚添加剂按照一定的比例悬浮于母液中配置而成；在未加磁场的情况下，磁流变液呈现牛顿流体状态，但是在施加磁场的一瞬间，它的黏性和塑性等流变特性会发生急剧性的变化，毫秒级内即可实现牛顿流体到非牛顿流体的转变呈半固态或固态，且这种转变是可逆的，从而产生磁流变现象；当磁流变现象发生时，磁流变液具有吸能的作用，在发动机做功过程中，由于撞击会产生震动，此时磁流变液的变化过程就可吸收一部分震动，达到减震的效果。

进一步的，连杆大头与连杆小头与传统的连杆结构相同，杆身为套筒，套筒是可伸缩的、空心的、密封结构，采用的是中碳合金钢，其断面为“工”字形；套筒一端和连杆小头连接，一端和连杆大头连接；套筒在发动机压缩过程中由于惯性和套筒内磁流变液压力伸长，增加压缩行程；在发动机做功过程中由于压缩和磁流变液的流出而缩短，缩短做功行程。

进一步的，线圈缠绕于套筒内壁，线圈与蓄电池连接，提供磁流变现象产生所需的磁场蓄电池就是车载电池。

进一步的，导管用于储藏室与杆身套筒空心腔之间的连接，起到对磁流变液的输送作用；交换孔位于套筒大的一端上并贯穿套筒壁，用于导管的安装；导管与交换孔的连接处设有电磁阀，用于在压缩过程控制流入套筒内的磁流变液量和在做功过程阻止磁流变液流出套筒。

进一步的，储藏室位于连杆上或者连杆附近，储藏室内装有泵送装置，用于在发动机压缩时向套筒内输送高压磁流变液，使套筒伸长，从而增加压缩行程，控制空心腔内的压力可调整压缩比。

进一步的，单片机与电磁阀连接并控制其控制开关，从而控制流入和流出套筒空心腔内的磁流变液的量；单片机还控制通向线圈的电流大小，从而控制线圈产生的磁场大小；单片机型号为AT89C51。

在该种发动机连杆的系统电路图中，与XTAL1，XTAL2，相接的电路为单片机工作所必须的起震电路。与RST相接的是单片机复位电路，可以将电路恢复到起始状态。与P0.0相接的是电磁阀控制的磁流变液，在发动机压缩和做功过程中，控制磁流变液的增加或者减少。与P2.0相接的是电磁线圈L1，通电后电磁线圈产生磁能为磁流变现象提供所需的磁场。该单片机供电由车载电池提供。

过程描述：该磁流变式发动机连杆，在连杆大头与小头之间有一个可伸缩的套筒，套筒里有磁流变液，单片机通过控制电磁阀来控制套筒空心腔内磁流变液的增加或者减少，减短做功行程，增长做功行程，从而减少发动机工作过程中不必要的撞击和磨损。套筒内缠有电磁线圈，单边机控制电磁线圈来为磁流变现象提供磁场。

一种磁流变式发动机连杆，其控制方法如以下步骤：

步骤1.发动机工作时，在压缩过程开始时，位于储藏室内的磁流变液经过泵送装置加压后通过导管输送到套筒内，输送量由位于导管与套筒连接处的电磁阀控制，通过控制流量间接控制套筒内部磁流变液的压力，连杆利用压缩时向下的惯性和套筒内磁流变液压力使连杆套筒伸长并推动活塞对气体进行压缩通过控制套筒内部磁流变液的压力可进一步调整压缩比。

步骤2.发动机工作时，做功过程开始时，，由于套下端向上运动是磁流变液再次受压，此时电磁阀打开，一部分磁流变液回流到储藏室内，套筒变短同样的电磁阀控制器流量，保证套筒空心腔内有足够的量。

步骤3.做功过程中，电磁阀打开时，线圈通电，产生磁场，使套筒空心腔内的磁流变液产生磁流变现象，使磁流变液瞬间接近于套筒材料的硬度固化，促使做功过程完成。

步骤4.做功过程结束同时，线圈断电，磁流变液恢复液体状，开始下一周期的压缩过程。

本发明的工作原理是：发动机连杆的连杆大头与连杆小头之间的杆身采用密封、空心的可伸缩套筒，套筒中装有磁流变液。在压缩过程中连杆利用压缩时向下的惯性和套筒内磁流变液压力使连杆套筒伸长并推动活塞对气体进行充分压缩；在做功过程中套筒压缩变短，磁流变现象保证做功所需的连杆强度。通过磁流变液增加或减少、磁流变现象使压缩行程和做功行程改变并调整压缩比，减少发动机工作过程中不必要的撞击和磨损，达到减震和降噪的效果。在连杆旁有磁流变液储藏室，解决磁流变液储藏问题；套筒内缠有线圈，线圈与车载电池连接，解决提供磁流变现象所需磁场的问题。该种发动机连杆可直接实现减震和降噪，优于传统的铸件式连杆，可提高发动机性能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、连杆利用压缩时向下的惯性和套筒内磁流变液压力使连杆套筒伸长并推动推动活塞对气体进行压缩，增长压缩行程使气体充分压缩，提了高气体燃烧效率；2、做功时由于一部分磁流变液流出，套筒会收缩变短，磁流变现象使磁流变液固化完成做功过程，变短的做功行程避免了连杆不必要的撞击，从而减少了做功行程产生的震动和噪音，起到减震降噪的作用；3、磁流变现象能够吸收一部分做功过程中产生的固有震动，进一步降噪；4、由于做功行程缩短，相应的连杆活动腔室可缩小，对于发动机体积的改变有重要作用；5、通过控制套筒内磁流变液的压力可调整压缩过程的压缩比，提高油的利用率。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的系统电路图。

图中各个标号为：1-连杆大头；2-连杆小头3-套筒；7-线圈；10-蓄电池；11-交换孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

请参阅图1，一种磁流变式发动机连杆，其特征在于包括：连杆大头1、连杆小头2、套筒3、磁流变液4、储藏室5、导管6、线圈7、电磁阀8、单片机9、蓄电池10、交换孔11；电磁阀8与单片机9连接；线圈7通过单片机9与车载电池连接；连杆大头1与套筒3大的一端连接，连杆小头2与套筒3小的一端连接；套筒3的空心腔通过交换孔11利用导管6与储藏室连接；线圈7与蓄电池10连接。

杆身的套筒3空心腔内装有磁流变液4，磁流变液4采用的是一种智能材料，由磁性颗粒、防沉降凝聚添加剂按照一定的比例悬浮于母液中配置而成；在未加磁场的情况下，磁流变液呈现牛顿流体状态，但是在施加磁场的一瞬间，它的黏性和塑性等流变特性会发生急剧性的变化，毫秒级内即可实现牛顿流体到非牛顿流体的转变呈半固态或固态，且这种转变是可逆的，从而产生磁流变现象；当磁流变现象发生时，磁流变液具有吸能的作用，在发动机做功过程中，由于撞击会产生震动，此时磁流变液的变化过程就可吸收一部分震动，达到减震的效果。

连杆大头1与连杆小头2与传统的连杆结构相同，杆身为套筒3，套筒3是可伸缩的、空心的、密封结构，采用的是中碳合金钢，其断面为“工”字形；套筒3一端和连杆小头连接，一端和连杆大头连接；套筒3在发动机压缩过程中由于惯性和套筒内磁流变液压力伸长，增加压缩行程；在发动机做功过程中由于压缩和磁流变液的流出而缩短，缩短做功行程。

线圈7缠绕于套筒3内壁，线圈7与蓄电池10连接，提供磁流变现象产生所需的磁场，蓄电池10就是车载电池。

导管6用于储藏室5与杆身套筒3空心腔之间的连接，起到对磁流变液4的输送作用；交换孔11位于套筒3大的一端上并贯穿套筒壁，用于导管7的安装；导管7与交换孔11的连接处设有电磁阀8，用于在压缩过程控制流入套筒内的磁流变液量和在做功过程阻止磁流变液流出套筒。

储藏室5位于连杆上或者连杆附近，储藏室内装有泵送装置，用于在发动机压缩时向套筒内输送高压磁流变液，使套筒伸长，从而增加压缩行程和改变压缩比。

单片机9与电磁阀8连接并控制其控制开关，从而控制流入和流出套筒空心腔内的磁流变液4的量；单片机9还控制通向线圈7的电流大小，从而控制线圈7产生的磁场大小；单片机型号为AT89C51。单片机型号：AT89C51。

请参阅图2，在该种发动机连杆的系统电路图中，与XTAL1，XTAL2，相接的电路为单片机工作所必须的起震电路。与RST相接的是单片机复位电路，可以将电路恢复到起始状态。与P0.0相接的是电磁阀8控制的磁流变液，在发动机压缩和做功过程中，控制磁流变液的增加或者减少。与P2.0相接的是电磁线圈7L1，通电后电磁线圈7产生磁能为磁流变现象提供所需的磁场。该单片机供电由车载电池提供。

过程描述：该磁流变式发动机连杆，在连杆大头与小头之间有一个可伸缩的套筒3，套筒3里有磁流变液4，单片机9通过控制电磁阀8来控制套筒空心腔内磁流变液4的增加或者减少，缩短做功行程和增加压缩行程，从而减少发动机工作过程中不必要的撞击和磨损。套筒3内缠有电磁线圈7，单边机9控制电磁线圈来为磁流变现象提供磁场。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种磁流变式发动机连杆，其特征在于包括：连杆大头（1）、连杆小头（2）、套筒（3）、磁流变液（4）、储藏室、导管、线圈（7）、电磁阀（8）、单片机（9）、蓄电池（10）、交换孔（11）；电磁阀（8）与单片机（9）连接；线圈（7）通过单片机（9）与车载电池连接；连杆大头（1）与套筒（3）大的一端连接，连杆小头（2）与套筒（3）小的一端连接；套筒（3）的空心腔通过交换孔（11）利用导管与储藏室连接；线圈（7）与蓄电池（10）连接；

杆身的套筒（3）空心腔内装有磁流变液（4），磁流变液（4）采用的是一种智能材料，由磁性颗粒、防沉降凝聚添加剂按照一定的比例悬浮于母液中配置而成；在未加磁场的情况下，磁流变液（4）呈现牛顿流体状态，但是在施加磁场的一瞬间，它的黏性和塑性会发生急剧性的变化，毫秒级内即可实现牛顿流体到非牛顿流体的转变呈半固态或固态，且这种转变是可逆的，从而产生磁流变现象；当磁流变现象发生时，磁流变液（4）具有吸能的作用，在发动机做功过程中，由于撞击会产生震动，此时磁流变液（4）的变化过程就可吸收一部分震动，达到减震的效果；

连杆大头（1）与连杆小头（2）的杆身为套筒（3），套筒（3）是可伸缩的、空心的、密封结构，采用的是中碳合金钢，其断面为“工”字形；套筒（3）在发动机压缩过程中由于惯性和套筒（3）内磁流变液（4）压力伸长，增加压缩行程，调整压缩比；套筒（3）在发动机做功过程中由于压缩和磁流变液（4）的流出而缩短，缩短做功行程；

线圈（7）缠绕于套筒（3）内壁，线圈（7）与蓄电池（10）连接，提供磁流变现象产生所需的磁场；蓄电池（10）就是车载电池；

导管用于储藏室与杆身套筒（3）空心腔之间的连接，起到对磁流变液（4）的输送作用；交换孔（11）位于套筒（3）大的一端上并贯穿套筒（3）的壁，用于导管的安装；导管与交换孔（11）的连接处设有电磁阀（8），用于在压缩过程控制流入套筒（3）内的磁流变液（4）量和在做功过程阻止磁流变液（4）流出套筒（3），从而调整压缩比和做功行程；

储藏室位于连杆上或者连杆附近，储藏室内装有泵送装置，用于在发动机压缩时向套筒（3）内输送高压磁流变液（4），使套筒（3）伸长，从而增加压缩行程；

单片机（9）与电磁阀（8）连接并控制其控制开关，从而控制流入和流出套筒（3）空心腔内的磁流变液（4）的量；单片机（9）还控制通向线圈（7）的电流大小，从而控制线圈（7）产生的磁场大小；单片机（9）型号为AT89C51；

所述的一种磁流变式发动机连杆，其控制方法如以下步骤：

步骤1:发动机工作时，在压缩过程开始时，位于储藏室内的磁流变液（4）经过泵送装置加压后通过导管输送到套筒（3）内，输送量由位于导管与套筒（3）连接处的电磁阀（8）控制，通过控制流量间接控制套筒（3）内部磁流变液（4）的压力，连杆利用压缩时向下的惯性和套筒（3）内磁流变液（4）压力使连杆套筒（3）伸长并推动活塞对气体进行压缩通过控制套筒（3）内部磁流变液（4）的压力可进一步调整压缩比；

步骤2:发动机工作时，做功过程开始时，由于套下端向上运动是磁流变液（4）再次受压，此时电磁阀（8）打开，一部分磁流变液（4）回流到储藏室内，套筒（3）变短同样的电磁阀（8）控制器流量，保证套筒（3）空心腔内有足够的量；

步骤3:做功过程中，电磁阀（8）打开时，线圈（7）通电，产生磁场，使套筒（3）空心腔内的磁流变液（4）产生磁流变现象，使磁流变液（4）瞬间接近于套筒（3）材料的硬度固化，促使做功过程完成；

步骤4:做功过程结束同时，线圈（7）断电，磁流变液（4）恢复液体状，开始下一周期的压缩过程。

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