CN108757206A - 一种可变压缩比活塞及可变压缩比发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可变压缩比活塞及可变压缩比发动机，可变压缩比活塞包括与连杆的小头端通过活塞销连接的内活塞、与所述内活塞螺纹配合的外活塞、用于驱动所述外活塞相对于所述内活塞上下移动的驱动机构。其能够改变燃烧室的容积，实现压缩比变化，能够使得燃油充分燃烧、避免爆震，提升发动机的热效率，降低油耗和排放；只需通过一个驱动电机即可实现对发动机中的所有燃烧室容积进行控制，且结构简单、紧凑，装配方便，连接可靠，不会增大发动机的体积。

Description

一种可变压缩比活塞及可变压缩比发动机

技术领域

本发明涉及汽车发动机，具体涉及一种可变压缩比活塞及可变压缩比发动机。

背景技术

发动机压缩比是指活塞运动到下止点时的气缸容积与活塞运动到上止点时的气缸容积之比。目前市场上所有量产发动机的压缩比都是固定的，在低转速或部分负荷时进气充量少，实际压缩比低于设计的压缩比，不能使燃油充分雾化和燃烧；在高转速和全负荷时，缸内充气量大于缸内容积，实际压缩比高于设计的压缩比，这时容易产生爆震和提前燃烧，减小了动力输出，加大对发动机的损害。可变压缩比技术能通过改变燃烧室的体积进而改变进气充量，来实现压缩比的变化，使得燃油充分燃烧、避免爆震，同时能够提升发动机的热效率，降低油耗和排放。目前对可变压缩比技术的研究较多，如CN105673203A公开的“一种棘轮驱动式可变压缩比活塞连杆组件”，包括活塞、连杆、活塞销、锥齿轮、止回棘爪、弹簧等。活塞分为活塞上体与活塞下体，由拉伸弹簧将其两部分相连；活塞销中段有两侧为方向相反的棘轮形状结构，活塞销上固定连接主动锥齿轮；连杆内左右两侧分别开有油路与油腔，卡环安装在油腔上部的卡环孔中，推杆放置在油腔中部，在卡环与推杆间布置有回位弹簧；推杆中心的孔中安装有缓冲弹簧，缓冲弹簧上面连接止回棘爪，止回棘爪与活塞销中部的棘轮相配合；其利用发动机工作时连杆的往复运动通过止回棘爪与棘轮的配合使活塞销作单方向运动，再在锥齿轮的传动作用下使活塞上体与活塞下体相分离或合拢，来达到改变发动机压缩比的目的。又如CN106948966A公开的“一种电机驱动式可变压缩比活塞”，由活塞顶部、活塞裙部、第一限位孔、第一限位球、第一限位球弹簧、第一拆卸孔、第一滑动限位槽、第一限位螺栓、电机、第二限位螺栓、第二滑动限位槽、第二拆卸孔、第二限位弹簧、第二限位球、第二限位孔、花键套筒、花键槽组成；电机装在活塞裙部中心托盘上，有螺栓固定，电机的转子与花键套筒过盈配合，花键套筒插入花键槽内，活塞裙部和活塞顶部螺纹连接；电机转动带动活塞顶部转动，同时活塞顶部相对于活塞裙部上下移动，实现压缩比的增大和减小。其结构都较为复杂，制造成本高，难以量产，同时会增大发动机体积，因此需对现有的可变压缩比技术进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种可变压缩比活塞及可变压缩比发动机，其能够改变燃烧室的容积，实现压缩比变化，能够使得燃油充分燃烧、避免爆震，提升发动机的热效率，降低油耗和排放；只需通过一个驱动电机即可实现对发动机中的所有燃烧室容积进行控制，且结构简单、紧凑，装配方便，连接可靠，不会增大发动机的体积。

本发明所述的一种可变压缩比活塞，其特征是：包括与连杆的小头端通过活塞销连接的内活塞、与所述内活塞螺纹配合的外活塞、用于驱动所述外活塞相对于所述内活塞上下移动的驱动机构。

进一步，所述驱动机构包括固定在缸体端部的驱动电机、与所述驱动电机的输出端相连的驱动齿轮、与所述驱动齿轮啮合的从动构件，所述从动构件包括依次相连的多个单元，每个单元均包括位于所述缸体气缸正下方驱动盘、与所述驱动盘啮合的从动齿轮，第一单元的驱动盘与所述驱动齿轮啮合，上一单元的从动齿轮与下一单元的驱动盘啮合；所述驱动盘上设有多个与所述外活塞配合的驱动杆。

进一步，所述缸体上设有齿轮轴，所述齿轮轴上配合有轴承，所述从动齿轮与固定在所述齿轮轴上的轴承配合。

进一步，所述外活塞的底面沿其活塞壁设有多个圆柱孔，所述驱动杆与所述圆柱孔一一对应配合。

进一步，所述驱动齿轮的底面固定连接有驱动齿轮挡板，该驱动齿轮挡板的边缘超出所述驱动齿轮的边缘；所述从动齿轮的底面固定连接有从动齿轮挡板，该从动齿轮挡板的边缘超出所述从动齿轮的边缘；所述第一单元的驱动盘通过驱动齿轮挡板和从动齿轮挡板限位，其他驱动盘通过相邻连个从动齿轮挡板限位。

进一步，所述驱动杆与所述圆柱孔为间隙配合。

进一步，所述内活塞的外表面设有外螺纹，所述外活塞的内表面设有与所述外螺纹配合的内螺纹。

进一步，所述内活塞上设有活塞销孔，该活塞销孔内设有卡环；所述活塞销的两端通过所述卡环限位。

本发明还提供一种可变压缩比发动机，该可变压缩比发动机，包括上述任一项所述的可变压缩比活塞。

本发明有益的技术效果：

由于通过驱动机构使得外活塞相对于内活塞上下移动，改变了燃烧室的容积，实现了压缩比变化，使得燃油充分燃烧、避免了爆震，提升了发动机的热效率，降低了油耗和排放；由于驱动机构包括驱动电机、驱动齿轮、与驱动齿轮啮合的从动构件，从动构件中的驱动盘与外活塞配合，只需通过一个驱动电机即可实现对发动机中的所有燃烧室容积进行控制，且结构简单，装配方便；由于在缸体上固定齿轮轴，对动齿轮起到了定位作用，使得结构紧凑、连接可靠；由于驱动齿轮的底面固定连接有驱动齿轮挡板、从动齿轮的底面固定连接有从动齿轮挡板，对驱动盘进行了限位，防止了驱动盘向下移动；由于驱动盘与外活塞通过驱动杆与圆柱孔配合，使得外活塞能够相对于驱动盘上下自由活动，精准的控制了外活塞的上升高度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是驱动机构的结构示意图；

图3是外活塞的结构示意图；

图4是内活塞的结构示意图；

图5是本发明的工作流程图。

图中：1-连杆，2-活塞销，3-缸体，4-内活塞，5-外活塞，6-驱动机构；

41-外螺纹，42-活塞销孔，43-卡环；

51-内螺纹，52-圆柱孔；

61-驱动电机，62-齿轮轴，63-驱动齿轮，64-驱动盘，65-从动齿轮，66-驱动杆，67-驱动齿轮挡板，68-从动齿轮挡板。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做详细说明。

参见图1至图4所述的一种可变压缩比活塞，其特征是：包括与连杆1的小头端通过活塞销2连接的内活塞4、与所述内活塞4螺纹配合的外活塞5、用于驱动所述外活塞5相对于所述内活塞4上下移动的驱动机构6。通过驱动机构6能够实现外活塞5相对于内活塞4上下移动，从而改变燃烧室的容积，实现压缩比变化，能够使得燃油充分燃烧、避免爆震，提升发动机的热效率，降低油耗和排放。

所述驱动机构6包括固定在缸体3端部的驱动电机61、与所述驱动电机61的输出端相连的驱动齿轮63、与所述驱动齿轮63啮合的从动构件，所述从动构件包括依次相连的多个单元，每个单元均包括位于所述缸体3气缸正下方的驱动盘64、与所述驱动盘64啮合的从动齿轮65，第一单元的驱动盘64与所述驱动齿轮63啮合，上一单元的从动齿轮65与下一单元的驱动盘64啮合；所述驱动盘64上设有多个与所述外活塞5配合的驱动杆66。只需通过一个驱动电机61即可实现对发动机中的所有燃烧室容积进行控制，结构简单，装配方便。从动构件的数量与发动机的气缸数一致，驱动杆66一般均布在驱动盘64上，驱动杆66可以是2个、3个、4个、5个、6个等，本实施例中驱动杆为等距分布的4个。

所述缸体3上设有齿轮轴62，所述齿轮轴62上配合有轴承，所述从动齿轮65与固定在所述齿轮轴62上的轴承配合。齿轮轴62固定在缸体3上，能够对从动齿轮65起定位作用，使得结构紧凑、连接可靠，从动齿轮65能够相对于齿轮轴62自由转动。齿轮轴62的个数与发动机的气缸数一致，其中前几个单元的齿轮轴62分别设在缸体3相邻两个气缸之间，最后一个单元的齿轮轴设在缸体3端部靠近气缸的部位。

所述外活塞5的底面沿其活塞壁设有多个圆柱孔52，所述驱动杆66与所述圆柱孔52一一对应配合。驱动盘64上的驱动杆66与外活塞5上的圆柱孔52配合，使得外活塞能够相对于驱动盘上下活动；当驱动盘64转动时，驱动盘64上的驱动杆66带动外活塞5旋转，由于内活塞4通过活塞销2固定在连杆1的小头端，此时外活塞5相对于内活塞4上下运动。能够精准的控制外活塞5的上升高度，从而有效的对压缩比进行调节。

所述驱动齿轮63的底面固定连接有驱动齿轮挡板67，该驱动齿轮挡板67的边缘超出所述驱动齿轮63的边缘；所述从动齿轮65的底面固定连接有从动齿轮挡板68，该从动齿轮挡板68的边缘超出所述从动齿轮65的边缘；所述第一单元的驱动盘64通过驱动齿轮挡板67和从动齿轮挡板68限位，其他驱动盘64通过相邻连个从动齿轮挡板68限位。驱动齿轮挡板67、从动齿轮挡板68能够对驱动盘64进行限位，防止驱动盘64向下移动。

所述驱动杆66与所述圆柱孔52为间隙配合。驱动杆66与圆柱孔52间隙配合，能够使得驱动杆66在驱圆柱孔52中能够自由滑动；减少磨损。

所述内活塞4的外表面设有外螺纹41，所述外活塞5的内表面设有与所述外螺纹41配合的内螺纹51。

所述内活塞4上设有活塞销孔42，该活塞销孔42内设有卡环43；所述活塞销2的两端通过所述卡环43限位。

本发明还提供一种可变压缩比发动机，该可变压缩比发动机包括上述实施例的可变压缩比活塞。

ECU根据发动机的运行工况控制驱动电机61带动驱动齿轮63进行精准的旋转，驱动齿轮63带动第一单元的驱动盘64旋转；一方面，第一单元驱动盘64上的驱动杆66带动相应的外活塞5旋转，使得外活塞5相对于内活塞4向上或向下移动；另一方面，第一单元的驱动盘64通过第一单元的从动齿轮65带动第二单元的驱动盘64旋转，由此依次传递；能够改变所有燃烧室的容积，实现压缩比的无级可变，提高发动机的动力性，降低油耗和排放；同时结构简单、可靠性高，成本低，能够量产。本发明不需要对曲轴进行改进，同时也不用对活塞的大小进行改进，占用空间为缸体中曲柄连杆的避让空间，不会增大发动机的体积，同时能够保证发动机的紧凑性。

参见图5，当发动机低转速或部分负荷运转时，ECU根据发动机的运行工况精准控制驱动电机61正向运转一定角度，进而通过驱动齿轮63带动驱动盘64旋转，驱动盘64上的驱动杆66带动外活塞5旋转，使得外活塞5相对于内活塞4上移一定距离，燃烧室容积减小，压缩比增大，提升能量利用率；当发动机高转速或全负荷运转时，ECU根据发动机的运行工况精准控制驱动电机61反向运转一定角度，进而通过驱动齿轮63带动驱动盘64旋转，驱动盘64上的驱动杆66带动外活塞5旋转，使得外活塞5相对于内活塞4下移一定距离，燃烧室容积增大，压缩比减小，减少爆震的出现，通过压缩比的调节能够使得发动机整机的热效率得到提升。

Claims (9)

1.一种可变压缩比活塞，其特征是：包括与连杆（1）的小头端通过活塞销（2）连接的内活塞（4）、与所述内活塞（4）螺纹配合的外活塞（5）、用于驱动所述外活塞（5）相对于所述内活塞（4）上下移动的驱动机构（6）。

2.根据权利要求1所述的可变压缩比活塞，其特征是：所述驱动机构（6）包括固定在缸体（3）端部的驱动电机（61）、与所述驱动电机（61）的输出端相连的驱动齿轮（63）、与所述驱动齿轮（63）啮合的从动构件，所述从动构件包括依次相连的多个单元，每个单元均包括位于所述缸体（3）气缸正下方的驱动盘（64）、与所述驱动盘（64）啮合的从动齿轮（65），第一单元的驱动盘（64）与所述驱动齿轮（63）啮合，上一单元的从动齿轮（65）与下一单元的驱动盘（64）啮合；所述驱动盘（64）上设有多个与所述外活塞（5）配合的驱动杆（66）。

3.根据权利要求2所述的可变压缩比活塞，其特征是：所述缸体（3）上设有齿轮轴（62），所述齿轮轴（62）上配合有轴承，所述从动齿轮（65）与固定在所述齿轮轴（62）上的轴承配合。

4.根据权利要求2或3所述的可变压缩比活塞，其特征是：所述外活塞（5）的底面沿其活塞壁设有多个圆柱孔（52），所述驱动杆（66）与所述圆柱孔（52）一一对应配合。

5.根据权利要求4所述的可变压缩比活塞，其特征是：所述驱动齿轮（63）的底面固定连接有驱动齿轮挡板（67），该驱动齿轮挡板（67）的边缘超出所述驱动齿轮（63）的边缘；所述从动齿轮（65）的底面固定连接有从动齿轮挡板（68），该从动齿轮挡板（68）的边缘超出所述从动齿轮（65）的边缘；所述第一单元的驱动盘（64）通过驱动齿轮挡板（67）和从动齿轮挡板（68）限位，其他驱动盘（64）通过相邻连个从动齿轮挡板（68）限位。

6.根据权利要求4所述的可变压缩比活塞，其特征是：所述驱动杆（66）与所述圆柱孔（52）为间隙配合。

7.根据权利要求1所述的可变压缩比活塞，其特征是：所述内活塞（4）的外表面设有外螺纹（41），所述外活塞（5）的内表面设有与所述外螺纹（41）配合的内螺纹（51）。

8.根据权利要求1所述的可变压缩比活塞，其特征是：所述内活塞（4）上设有活塞销孔（42），该活塞销孔（42）内设有卡环（43）；所述活塞销（2）的两端通过所述卡环（43）限位。

9.一种可变压缩比发动机，其特征是：包括如权利要求1-9中任意一项所述的可变压缩比活塞。