CN110107424A - 一种具有端面齿圈的可变高度活塞 - Google Patents

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Abstract

一种具有端面齿圈的可变高度活塞属于活塞往复式内燃机技术领域，其通过内置于活塞销内的活塞销偏心电机驱动具有端面齿圈的活塞中部旋转，以改变活塞上部和活塞下部的轴向距离，进而改变活塞顶到活塞销的距离，实现压缩比可变。本发明可用于实现往复活塞式内燃机压缩比可变，解决了内燃机在不同工况下需要分别对应的压缩比的需求。本发明的活塞伸缩部分尺寸适中，加工限制较少，容易实现低成本、高可靠性的产品。本发明中驱动电机布置在活塞销中，占用活塞体积较小。本发明应用广泛，适用于汽油、柴油、天然气、液化石油气等多种燃料的发动机。

Description

一种具有端面齿圈的可变高度活塞
技术领域
本发明属于活塞往复式内燃机技术领域，具体涉及一种带有端面齿圈的可变高度活塞。
背景技术
对活塞往复式内燃机而言，其热效率在理想条件下是压缩比的函数，更高的压缩比能带来更高的热效率。但是由于在大负荷工况下过高的压缩比会导致汽油机爆震，柴油机工作粗暴，而在中小负荷不易发生爆震、工作粗暴的工况下可以适当提高压缩比以提高该工况下内燃机的热效率。对于现有的固定气缸结构的活塞往复式内燃机而言，其压缩比只能是固定值，只能选择一个兼顾了各工况下的一种折中方案。而可变压缩比可以针对内燃机的不同工况来实时调整，在负荷增大时降低压缩比，在负荷降低时提高压缩比。
发明内容
本发明是提供一种可实现活塞往复式内燃机压缩比可变的可变高度活塞。实现方式为在活塞销内安装驱动电机，驱动电机的运转轴线与活塞销同轴，该电机通过活塞中部下端的端面齿圈和电机齿轮进行齿轮传动来转动活塞中的旋转部分，旋转部分的下端与活塞下部仅发生旋转运动，无轴向运动，上端有和活塞上部配合的螺纹，即可通过旋转来调整活塞高度，进而实现可变压缩比。
有益效果：
1.本发明解决了内燃机在不同工况下需要分别对应的压缩比的需求。
2.本发明的活塞伸缩部分尺寸适中，加工限制较少，容易实现低成本、高可靠性的产品。
3.本发明中驱动电机布置在活塞销中，占用活塞体积较小。
4.本发明应用广泛，适用于汽油、柴油、天然气、液化石油气等多种燃料的发动机。
附图说明
图1为可变高度活塞及曲柄连杆组结构示意图
图2为可变高度活塞及曲柄连杆组轴测图
图3为可变高度活塞结构示意图
图4为可变高度活塞轴测图
图5为可变高度活塞底部轴测图(已省略活塞销)
图6为可变高度活塞轴测图(已省略活塞销、活塞下部)
图7为活塞中部轴测图
图8为活塞上部轴测图
其中：1.活塞上部2.活塞中部3.活塞下部4.活塞销5.偏心电机6.电机齿轮7.卡簧8.连杆9.曲轴10.发动机机体11.连杆导电环12.连杆橡胶绝缘垫13.机体导电环14.机体橡胶绝缘垫15.电刷
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案作进一步详细阐述：
如图1、图2所示，本发明可替换传统往复活塞式内燃机的活塞。
如图3、图4所示，本发明由活塞上部(1)、活塞中部(2)、活塞下部(3)、卡簧(4)、活塞销(5)、活塞销偏心电机(6)、电机齿轮(7)构成。活塞下部(3)上有活塞销孔、限位肋、限位槽、卡簧槽；活塞中部(2)上加工有活塞螺纹、限位肋、端面齿圈；活塞上部(1)加工有活塞螺纹及限位条。
如图5、图6所示，当需要改变压缩比时，置于活塞销(5)中的活塞销偏心电机(6)旋转，通过电机齿轮(7)以及活塞中部(2)的端面齿圈带动活塞中部(2)旋转。活塞中部(2)在活塞轴向上被活塞下部(3)限位肋以及卡簧(4)所限位，与活塞下部(3)之间仅有绕活塞轴向的相对旋转，无任何相对平移运动。活塞上部(1)的限位条与活塞下部(3)的限位槽相配合，使两者之间仅发生活塞轴向上的平移，故活塞上部(1)与活塞中部(2)之间会有绕活塞轴向的旋转和沿活塞轴向的平移。在活塞中部(2)旋转时，中部、上部通过相互配合的活塞螺纹使活塞上部在活塞轴向发生平移，即可改变活塞上部(1)与活塞下部(3)的距离，即改变活塞顶面和活塞销(5)的距离，从而改变燃烧室容积，实现可变压缩比。
由于活塞销(5)的受力载荷较大，而为了实现活塞销偏心电机(6)和活塞中部(2)之间的传动必须在活塞销(5)上开条状孔，为了降低开槽对活塞销(5)强度的影响以及降低活塞销(5)厚度、材质要求故选用了偏心电机而不是同轴电机以尽可能降低活塞销(5)上条状孔的尺寸。
可变高度活塞的装配方式为将活塞中部(2)由活塞下部(3)的下方装入活塞中部(2)，之后安装卡簧(4)将活塞中部(2)固定，然后安装活塞上部(1)，旋转活塞中部使活塞上部(1)下降至最低压缩比位置，之后安装已内置电机(6)的活塞销(5)。

Claims (6)

1.一种具有端面齿圈的可变高度活塞，其由活塞上部(1)、活塞中部(2)、活塞下部(3)、卡簧(4)、活塞销(5)、活塞销偏心电机(6)、电机齿轮(7)构成，活塞上部(1)插入进活塞下部(3)中，与活塞中部(2)之间通过螺纹连接，活塞上部(1)与活塞下部(3)之间通过活塞上部(1)的限位条以及活塞下部(3)的限位槽限制绕活塞轴向的旋转，活塞中部(2)安装在活塞下部(3)内，通过活塞下部(3)的限位肋和安装在活塞下部(3)的卡簧(4)限制活塞中部(2)的活塞轴向平移，活塞销偏心电机(6)安装在活塞销(5)内，电机(6)轴线与活塞销(5)轴线平行，电机齿轮(7)安装在活塞销偏心电机(6)的输出轴上，与活塞中部(2)的端面齿圈配合。
2.按权利要求1所述可变高度活塞，其特征在于活塞上部(1)带有用以限制活塞上部(1)旋转的与活塞下部(3)配合的沿活塞轴向的限位条以及与活塞中部(2)配合的内螺纹。
3.按权利要求1所述可变高度活塞，其特征在于活塞中部(2)带有与活塞上部配合的外螺纹、沿活塞轴向指向曲轴方向的与电机齿轮(7)配合的端面齿圈以及用以限制活塞中部(2)轴向平移的限位肋，端面齿圈穿过活塞销(5)上的条状孔且与电机齿轮(7)相配合。
4.按权利要求1所述可变高度活塞，其特征在于活塞下部(3)带有活塞销孔、限制活塞中部(2)轴向运动的沿活塞轴向的限位肋和卡簧槽以及限制活塞上部(1)旋转的与活塞上部(1)配合的沿活塞轴向的限位槽。
5.按权利要求1所述可变高度活塞，其特征在于活塞销(5)带有用于让活塞中部(2)的端面齿圈以及电机齿轮(7)通过的条状孔，活塞销偏心电机(6)安装于活塞销(5)中，电机齿轮(7)安装在活塞销偏心电机(6)的输出轴上且穿过条状孔与活塞中部(2)的端面齿圈啮合。
6.活塞销偏心电机(6)的输出轴与活塞销(5)的中心轴线平行且与活塞中心轴共面，电机输出轴轴线比活塞销(5)轴线更靠近活塞顶。
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