CN108952991B - 一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞，为克服现有技术存在的紧凑性差、性能不稳定等技术问题。本发明由活塞头上部、导线、导线放置槽、正极凸台导线孔、第一道气环、第二道气环、油环、油道、梯形螺纹、活塞头下部、正极凸台、转子铁芯、定位螺钉、铁心限制孔、磁极组、磁极限位孔、磁极限位螺钉、负极凸台导线孔、负极凸台、凸台限位孔、转子定位凸台、负极口、正极口，活塞头上部和下部由梯形螺纹连接，活塞头下部是固定导线和磁极组的六个正负极凸台，一正一负为一组，三组导线依次通电脉冲，在磁通路向最短距离运动的条件下，转子铁心会带动活塞头上部以3°每步的方式不断旋转即完成了压缩比可变。

Description

一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞

技术领域

本发明关于一种内燃机活塞，更准确的说，是一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞。

背景技术

现阶段传统发动机的发展越来越希望达到诸多可变的程度，可变的程度越大，性能的适应性更好，扭矩和功率也可以达到最大程度的展现。而压缩比是表示进入气缸的混合燃烧气体可以被压缩的程度，理论上来讲，如果进入的可燃气压缩的体积越小，相对应产生的气缸压力也就会越大，可以提供的动力输出也就随之升高。但同样压缩比不合适也会引起发动机气缸内不正常的燃烧以及燃料的巨大浪费，不仅不利于动力输出和汽车寿命，更是对环境产生极大危害。现阶段排放法规不断加压，我们不止应该从尾气排放上进行处理，也同样应该在发动机内部燃烧上进行更优的改良，不但节能减排，还能产生更高的动力输出、延长使用寿命，因此，从总的角度来看，适应不同工况的不同压缩比的存在显得尤为重要，这也是此次设计的重要原因。

不同的压缩比对发动机本身性能、燃油质量都有很大关系，如果每台发动机只有一种压缩比，虽能满足一定程度上的正常工作，却无法适应更多环境的合理运转，影响了发动机便捷应用，也不利于发动机产业更好的发展。

采用可变压缩比技术能够：

1.降低爆燃爆震等不正常燃烧现象的产生。

2.提高发动机的动力性和经济性。

3.提高可变压缩比的精确度，增强可控制性。

4.对燃料进行更充分得我燃烧，充分减少尾气排放。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的紧凑性差、适应性低、性能不稳定以及排放不达标且造价高的技术问题，提供了一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

活塞头上部与活塞头下部都有一套相同的梯形螺纹，且相互啮合，两体靠螺纹连接，活塞头下部不动，活塞头上部可沿梯形螺纹旋转并上升一定距离，也同样可以在上升一段距离之后通过与之前相反的旋转方向旋转回落到原来位置；在活塞头上部外侧从上至下依次安装有第一道气环、第二道气环和油环，且存在活塞头上部内的油道和活塞头下部内的油道与油环相通于缸体内；活塞头上部与转子定位凸台是一体件，且中心线一致，转子定位凸台中心处有一孔，该孔与转子铁心内的铁心限位孔同轴且直径一致，两孔与定位螺钉过盈配合；转子铁心外侧由四十个小齿构成，齿形垂直，且宽度一致，每两个相邻的齿中心线相差9°，四十齿共360°；活塞头下部外侧有一套与活塞头上部相适应的梯形螺纹，活塞头下部内侧由六个凸台构成，分别为三个正极凸台和三个负极凸台，排列方式延顺时针方向依次为三个正极凸台再三个负极凸台排列，凸台高度略低于活塞头下部顶面，在径向上相对的正极凸台和负极凸台为一组，共有三组径向上相对应的凸台，且均一正一负；每个正负极凸台上均有两个凸台限位孔，该孔与磁极组上的磁极限位孔相对应，且每组孔与磁极限位螺钉过盈配合；活塞头下部顶面有一同轴的导线放置槽，该槽为一圆环凹槽，且在每个正负极凸台处均设有一处与内部正负极凸台相通的小凹槽，在导线放置槽中的导线可从此小凹槽通过并进入到正负极凸台中的导线孔中；正极凸台中的正极凸台导线孔与负极凸台中的负极凸台导线孔形状和位置相同，竖直走向且分别贯穿正负极凸台；在活塞头下部的内侧同样有六个正负极极口，分为三正三负，依次存在于六个正负极凸台旁的活塞头下体内壁上，正极口内侧均匀涂有绝电层，正极口放置在正极凸台旁，负极口放置在负极凸台旁，导线从正极口开始，通过正极凸台导线孔后在正极凸台上顺时针旋转后再通过导线放置槽上的小凹槽进入导线放置槽并连通到此正极凸台相对应的负极凸台处，通过负极凸台处的小凹槽后导线在负极凸台上逆时针旋转后通过负极凸台导线孔连入负极口上，其余两组导线连法相同；磁极组为六个大小形状相同的齿形结构构成，每个齿间距9°，每组齿形结构由五个小齿构成，且其正好与转子铁心的齿相对应，磁极组中的六个齿形结构间两两中心线相差60°。

所述的活塞头上部内侧和活塞头下部外侧梯形螺纹螺纹形状尺寸一致且相啮合，活塞头上部转子定位凸台通过定位螺钉与转子铁心相连，并同轴转动。

所述的导线放置槽为圆环型凹槽，并且在此凹槽内侧壁上有六个小豁口形状的小凹槽，其尺寸刚好可允许导线从导线放置槽中通过并进入到正负极凸台导线孔中。

所述的正极凸台和负极凸台各有三个，且三个正极凸台相邻布置，三个负极凸台相邻布置，每个凸台间中心线相差60°，每个正极凸台与径向上相对应的负极凸台为一组，一组凸台间用同一根导线连接，三组凸台分别用三组不同的导线和正负极口。

所述的磁极组由六个齿状结构组成，其形状相同，尺寸一致，六个齿状结构均匀分布，每相邻两个齿状结构中心线相差60°，每个齿状结构又有五个小齿，相邻两个小齿中心线相差9°，径向上的齿状结构为一组，共三组，分别连在相对应的正负极凸台上，一组齿状结构与一组正负极凸台相连接。

所述的转子铁心内部是铁心限位孔，其孔径与定位螺钉一致，轴线与活塞头下部一致，转子铁心外侧为四十齿结构，齿状走向竖直且均匀布置，每两个齿间中心线夹角9°，该齿与磁极组中的一组齿(即磁极组中径向相对的一组齿形结构)一一对应，与另外两组齿形结构呈3°和6°的角度差。

所述的正极口和负极口各为三个，径向上的一个正极口和负极口为一组，共三组，正极口内侧涂有均匀的绝电层，负极口则为直接在内壁上加工的普通负极口，一根导线两端由螺钉定位在一组正负极口内，其正负极口的顺序与正负极凸台一致且对应相邻，均为三正三负依次在活塞头下部内壁上顺时针排布。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞利用梯形螺纹加磁极组传动，结构紧凑，减轻自重。

2.本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞利用磁极组与转子铁心传动，精确度高，转矩大。

3.本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞所有零部件均在活塞头内部，避免了对其他地方的改动，降低复杂度，经济性好。

4.本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞是通过沿梯形螺纹旋转使得活塞上下部相对运动，其内部转动过程严格由脉冲控制，磁极组与转子铁心之间的工作可靠准确，过程稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞的主剖视图。

图2是本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞活塞头上部的剖视图。

图3是本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞的活塞头下部的剖视图。

图4是本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞的转子铁心的剖视图。

图5是本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞的转子铁心的俯视图。

图6是本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞的磁极组视图。

图7是本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞的磁极限位螺钉视图。

图8是本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞的定位螺钉视图。

图9是本发明所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞的活塞头下部的俯视图。

图中：1.活塞头上部，2.导线，3.导线放置槽，4.正极凸台导线孔，5.第一道气环，6.第二道气环，7.油环，8.油道，9.梯形螺纹，10.活塞头下体，11.正极凸台，12.转子铁心，13.定位螺钉，14.铁心限制孔，15.磁极组，16.磁极限位孔，17.磁极限位螺钉，18.负极凸台导线孔，19.负极凸台，20.凸台限位孔，21.转子定位凸台，22.负极口，23.正极口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

如图1所示，活塞头上部1内侧与活塞头下部10外侧通过梯形螺纹9连接，活塞头上部1中心位置有一转子定位凸台21，定位螺钉13将转子铁心12固定在活塞头上部1，活塞头上部1即可随着转子铁心12的旋转而发生旋转，活塞头上部1随着转动的过程会沿着梯形螺纹9与活塞头下部10产生相对位移，当转子铁心12反转时，会带动已经旋转一定程度的活塞头上部1沿着梯形螺纹9再重新旋转回落；活塞头上部1外侧从上自下依次为第一道气环5、第二道气环6和油环7，油环7与两侧油道8相通，活塞头下部10内侧为六个凸台分别是三个正极凸台11和三个负极凸台19，六个正负极凸台顺次排列，左侧为三个正极凸台11，右侧为三个负极凸台19，每个正极凸台11均与其径向位置对应的负极凸台19构成一组凸台组，此设计共有三个凸台组，六个凸台组均匀排列，两两相差60°，每个正负极凸台上均有两个形状大小一致的凸台限位孔20，将磁极组15用磁极限位螺钉17固定在正负极凸台上，活塞头下部10顶面有一圆环形状的导线放置槽3，且在每个正负极凸台后有一小凹槽使正负极凸台与导线放置槽3连通，导线2将从此导线放置槽3连通到别处；磁极组15由六个相同的齿状结构构成，每个齿状结构有五个小齿，每个小齿间偏转9°，每个齿状结构间偏转60°，六个齿状结构形状尺寸均一致且沿周线均匀分布，转子铁心12为四十齿结构，齿间偏转9°，与磁极组15的小齿偏转度数一样。

如图1、图2与图3所示，活塞头上部1和活塞头下部10的连接处梯形螺纹9形状一致，活塞头上部1的油道8与活塞头下部10的油道8是相连通的。

如图1、图3、图6与图7所示，活塞头下部10内侧依次是三个正极凸台11和三个负极凸台19，正极凸台11内有正极凸台导线孔4，负极凸台19内也有同样的负极凸台导线孔18，该导线2孔贯穿整个正负极凸台，正负极凸台两两相差60°，每个正极凸台11与其径向上相对应得负极凸台19构成一个凸台组，本机构中共有三个凸台组，磁极组15也同样由六个齿状结构组成，每个齿状结构都可以与一个正负极凸台通过磁极限位螺钉17固定，在每个正负极凸台顺时针侧下方都有一个极口，正极凸台11旁为正极口23，负极凸台19旁为负极口22，正极口23内侧涂有均匀的绝电层以保证正极口23供电过程中不会漏电，而负极口22则没有涂层，直接将负极接在缸体上，正负极极口与凸台组同样分为三组供电线路，此机构中共有三根导线2，每根导线2从一组供电组的正极口23开始，连入其逆时针方位的相邻正极凸台11内的正极凸台导线孔4中，并在该正极凸台11上顺时针旋转数周后通过小凹槽进入导线放置槽3，导线2通过导线放置槽3连通到相对应的负极凸台19处，通过负极凸台19处的小凹槽后在负极凸台19上逆时针旋转数周并连入负极凸台导线孔18，最后连接固定在负极口22，其余三组连法相同，三组通电顺序由电脉冲控制。

如图2、图4、图5与图8所示，活塞头上部1的转子定位凸台21中心处有一孔，定位螺钉13通过转子铁心12中心处的铁心限位孔14后固定在转子定位凸台21中心孔内，当转子铁心12发生转动时，定位螺钉13将扭矩传递给活塞头上部1，进而带动活塞头上部1发生同方向的转动。

如图2、图4、图5、图6与图9所示，磁极组15由六个齿状结构组成，每个齿状结构有五小齿，相邻两个小齿间偏转9°，转子铁心12由四十个小齿构成，每个小齿同样偏转9°，图中可知，当一组磁极组15和转子铁心12的小齿可以正好一一对应时，另外两组与该组正好相差+3°或-3°，当脉冲给水平位置的一对正负凸台上的导线2脉冲后，磁通会按照最近的路线闭合，磁力会拉动转子铁心12发生转动，直到磁通路最短为止，关闭此线路脉冲，给与水平位置偏移+60°的第二组线路连通脉冲，同样因为磁通路会按照最近路线闭合，转子铁心12会顺时针旋转3°已达到磁通路最短的位置，之后再关闭该线路脉冲，给最后一组线路通电，转子铁心12继续沿顺时针旋转3°以达到磁通路最短的位置，按此旋转方式依次用脉冲通电，每次都可将转子铁心12顺时针旋转3°，并且在三组线路依次通电之后共旋转了9°，因为两小齿齿间偏转9°，故正好回到了该机构旋转前的对应状态，如此循环，则完成了整个机构的连续动力输出，而转子铁心12带动活塞头上部1一起顺时针旋转，则活塞头上部1就沿着梯形螺纹9与活塞头下部10发生相对位移，反之，当脉冲顺序与刚刚所给顺序相反时(即在给水平位置线路一个脉冲之后再给与水平位置呈-60°的线路一个脉冲，依次类推)，则转子铁心12将沿着逆时针方向旋转，活塞头上部1也在转子铁心12的带动下逆时针旋转而重新回落，因此完成了压缩比可变的过程。

Claims (7)

1.一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞，其特征在于，所述的带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞包括活塞头上部（1）、导线（2）、导线放置槽（3）、正极凸台导线孔（4）、第一道气环（5）、第二道气环（6）、油环（7）、油道（8）、梯形螺纹（9）、活塞头下部（10）、正极凸台（11）、转子铁心（12）、定位螺钉（13）、铁心限位孔（14）、磁极组（15）、磁极限位孔（16）、磁极限位螺钉（17）、负极凸台导线孔（18）、负极凸台（19）、凸台限位孔（20）、转子定位凸台（21）、负极口（22）、正极口（23）；

活塞头上部（1）与活塞头下部（10）都有一套相同的梯形螺纹（9），且相互啮合，两部靠螺纹连接，活塞头下部（10）不动，活塞头上部（1）可沿梯形螺纹（9）旋转并上升一定距离，也同样可以在上升一段距离之后通过与之前相反的旋转方向旋转回落到原来位置；在活塞头上部（1）外侧从上至下依次安装有第一道气环（5）、第二道气环（6）和油环（7），且存在活塞头上部（1）内的油道（8）和活塞头下部（10）内的油道（8）与油环（7）相通于缸部内；活塞头上部（1）与转子定位凸台（21）是一体件，且中心线一致，转子定位凸台（21）中心处有一孔，该孔与转子铁心（12）内的铁心限位孔（14）同轴且直径一致，两孔与定位螺钉（13）过盈配合；转子铁心（12）外侧由四十个小齿构成，齿形垂直，且宽度一致，每两个相邻的齿中心线相差9°，四十齿共360°；活塞头下部（10）外侧有一套与活塞头上部（1）相适应的梯形螺纹（9），活塞头下部（10）内侧由六个凸台构成，分别为三个正极凸台（11）和三个负极凸台（19），排列方式延顺时针方向依次为三个正极凸台（11）再三个负极凸台（19）排列，凸台高度略低于活塞头下部（10）顶面，在径向上相对的正极凸台（11）和负极凸台（19）为一组，共有三组径向上相对应的凸台，且均一正一负；每个正负极凸台上均有两个凸台限位孔（20），该孔与磁极组（15）上的磁极限位孔（16）相对应，且每组孔与磁极限位螺钉（17）过盈配合；活塞头下部（10）顶面有一同轴的导线放置槽（3），该槽为一圆环凹槽，且在每个正负极凸台处均设有一处与内部正负极凸台相通的小凹槽，在导线放置槽（3）中的导线可从此小凹槽通过并进入到正负极凸台中的导线孔中；正极凸台（11）中的正极凸台导线孔（4）与负极凸台（19）中的负极凸台导线孔（18）形状和位置相同，竖直走向且分别贯穿正负极凸台；在活塞头下部（10）的内侧同样有六个正负极极口，分为三正三负，依次存在于六个正负极凸台旁的活塞头下部（10）内壁上，正极口（23）内侧均匀涂有绝电层，正极口（23）放置在正极凸台（11）旁，负极口（22）放置在负极凸台（19）旁，导线从正极口（23）开始，通过正极凸台导线孔（4）后在正极凸台（11）上顺时针旋转，再通过导线放置槽（3）上的小凹槽进入导线放置槽（3）并连通到此正极凸台（11）相对应的负极凸台（19）处，通过负极凸台（19）处的小凹槽后导线（2）在负极凸台（19）上逆时针旋转，通过负极凸台导线孔（18）连入负极口（22）上，其余两组导线连法相同；磁极组（15）为六个大小形状相同的齿形结构构成，每个齿间距9°，每组齿形结构由五个小齿构成，且总能满足有一组齿形结构正好与转子铁心（12）的齿相对应，而另外两组分别相差+3°和-3°，磁极组（15）中的六个齿形结构间两两中心线相差60°。

2.按照权利要求1所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞，其特征在于，所述的活塞头上部（1）内侧和活塞头下部（10）外侧梯形螺纹（9）螺纹形状尺寸一致且相啮合，活塞头上部（1）转子定位凸台（21）通过定位螺钉（13）与转子铁心（12）相连，并同轴转动。

3.按照权利要求1所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞，其特征在于，所述的导线放置槽（3）为圆环型凹槽，并且在此凹槽内侧壁上有六个小豁口形状的小凹槽，其尺寸刚好可允许导线（2）从导线放置槽（3）中通过并进入到正负极凸台导线孔中。

4.按照权利要求1所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞，其特征在于，所述的正极凸台（11）和负极凸台（19）各有三个，且三个正极凸台（11）相邻布置，三个负极凸台（19）相邻布置，每个凸台间中心线相差60°，每个正极凸台（11）与径向上相对应的负极凸台（19）为一组，一组凸台间用同一根导线（2）连接，三组凸台分别用三组不同的导线（2）和正负极口。

5.按照权利要求1所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞，其特征在于，所述的磁极组（15）由六个齿状结构组成，其形状相同，尺寸一致，六个齿状结构均匀分布，每相邻两个齿状结构中心线相差60°，每个齿状结构又有五个小齿，相邻两个小齿中心线相差9°，径向上的齿状结构为一组，共三组，分别连在相对应的正负极凸台上，一组齿状结构与一组正负极凸台相连接。

6.按照权利要求1所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞，其特征在于，所述的转子铁心（12）内部是铁心限位孔（14），其孔径与定位螺钉（13）一致，轴线与活塞头下部（10）一致，转子铁心（12）外侧为四十齿结构，齿状走向竖直且均匀布置，每两个齿间中心线夹角9°，该齿与磁极组（15）中的一组齿一一对应，与另外两组齿形结构呈3°和6°的角度差。

7.按照权利要求1所述的一种带有步进磁极加梯形螺纹传动结构的可变压缩比活塞，其特征在于，所述的正极口（23）和负极口（22）各为三个，径向上的一个正极口（23）和负极口（22）为一组，共三组，正极口（23）内侧涂有均匀的绝电层，负极口（22）则为直接在内壁上加工的普通极口，一根导线（2）两端由螺钉定位在一组正负极口内，其正负极口的顺序与正负极凸台一致且相邻，均为三正三负依次在活塞头下部（10）内壁上顺时针排布。