CN112240243A - 磁驱动可变长度连杆装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设备，该设备可以包括：活塞头，被配置成设置在发动机的气缸内部；连杆装置，联接到活塞头并从该活塞头延伸；以及活塞联接机构，至少部分地设置在活塞头内部以将连杆装置联接到活塞头，该连杆装置包括：可变长度连杆，包括具有中空主体的阴型部件和至少部分地可运动地设置在阴型部件内部的阳型部件，阳型部件被配置成联接到发动机的曲轴；以及连杆磁铁，可运动地联接到阴型部件。连杆装置可以被配置成在联接状态和分离状态之间转换。

Description

磁驱动可变长度连杆装置及其控制方法

技术领域

本公开总体涉及连杆装置，并且更特别地，涉及磁驱动可变长度连杆装置及其控制方法。

背景技术

连杆通常被称为提供发动机特别是诸如内燃发动机的往复式发动机的活塞和曲柄或曲轴之间的机械联动(linkage)的刚性构件。连杆起杠杆臂的作用以将活塞推入气缸中并从气缸拉出活塞并且将活塞的线性往复运动转换成曲轴的转动。然后，该运动被传递到能够向配备有发动机的机器例如车辆提供动力的一系列装置。

取决于连杆的发动机功率的常用量度是压缩比，该压缩比被定义为活塞处于下止点(BDC)时气缸的排量与活塞处于上止点(TDC)时气缸的排量之间的比率。更简单地说，压缩比可以指气缸中最大容积与最小容积的比率。当连杆具有固定长度时，因为气缸中的最大容积和最小容积恒定，所以发动机将具有固定排量和压缩比。

问题在于，固定压缩比可能导致无法进行性能优化。例如，在诸如空转的低发动机负荷下，较高的压缩比可以提高燃料经济性。同时，在诸如来自驾驶员的大动力请求的高发动机负荷下，较低的压缩比与增加的增压相结合可以提高动力。

发明内容

本公开提供一种能够动态地改变发动机排量和压缩比以通过将压缩比与适当的发动机负荷条件相匹配来提高整体车辆效率的可变长度连杆装置。如本文所述的可变长度连杆装置可以在发动机运行期间改变连杆的长度，以响应于高发动机负荷或低发动机负荷而增加或减小发动机的压缩比，从而优化发动机性能。此外，如本文所述的可变长度连杆装置可以使用磁力调整连杆的长度，从而排除诸如电机的不必要的辅助部件，简化连杆设计，并且减小整体包装尺寸。

根据本公开的实施例，一种设备可以包括：活塞头，被配置成设置在发动机的气缸内部；连杆装置，联接到活塞头并从该活塞头延伸；以及活塞联接机构，至少部分地设置在活塞头内部以将连杆装置联接到活塞头，该连杆装置包括：可变长度连杆，包括具有中空主体的阴型部件和至少部分地可运动地设置在阴型部件内部的阳型部件，阳型部件被配置成联接到发动机的曲轴；以及连杆磁铁，可运动地联接到阴型部件，其中连杆装置被配置成在联接状态和分离状态之间转换，在联接状态下，阳型部件与阴型部件保持一致，在分离状态下，连杆磁铁响应于邻近气缸的磁场而运动，使得阳型部件释放，从而允许阳型部件沿着连杆的轴线独立于阴型部件运动。

此外，根据本公开的实施例，一种设备可以包括：活塞头，被配置成设置在发动机的气缸内部；连杆装置，联接到活塞头并从该活塞头延伸，连杆装置包括可变长度连杆，该可变长度连杆包括具有中空主体的阴型部件和至少部分地可运动地设置在阴型部件内部的阳型部件，阳型部件被配置成联接到发动机的曲轴；以及活塞联接机构，至少部分地设置在活塞头内部以将连杆装置联接到活塞头，该活塞联接机构包括：第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块，分别可运动地设置在活塞联接机构的相对轴端；以及活塞联接机构磁铁，至少部分地可运动地设置在第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块之间，其中活塞联接机构被配置成在缩回状态和延伸状态之间转换，在缩回状态下，第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块定位在活塞头的外壁内部，在延伸状态下，活塞联接机构磁铁响应于邻近气缸的磁场而运动，使得第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块沿着活塞联接机构的轴线运动到活塞头的外壁外部，从而第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块抵接气缸的内表面以将活塞头保持在气缸内部的适当位置。

此外，根据本公开的实施例，一种设备可以包括：活塞头，被配置成设置在发动机的气缸内部；连杆装置，联接到活塞头并从该活塞头延伸；以及活塞联接机构，至少部分地设置在活塞头内部以将连杆装置联接到活塞头，该连杆装置包括：可变长度连杆，包括具有中空主体的阴型部件和至少部分地可运动地设置在阴型部件内部的阳型部件，阳型部件被配置成联接到发动机的曲轴；以及连杆磁铁，可运动地联接到阴型部件，该活塞联接机构包括：第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块，分别可运动地设置在活塞联接机构的相对轴端；以及活塞联接机构磁铁，至少部分地可运动地设置在第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块之间，其中连杆装置被配置成在联接状态和分离状态之间转换，在联接状态下，阳型部件与阴型部件保持一致，在分离状态下，连杆磁铁响应于邻近气缸的磁场而运动，使得阳型部件释放，从而允许阳型部件沿着连杆的轴线独立于阴型部件运动，并且其中活塞联接机构被配置成在缩回状态和延伸状态之间转换，在缩回状态下，第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块定位在活塞头的外壁内部，在延伸状态下，活塞联接机构磁铁响应于磁场而运动，使得第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块沿着活塞联接机构的轴线运动到活塞头的外壁外部，从而第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块抵接气缸的内表面以将活塞头保持在气缸内部的适当位置。

附图说明

通过参照结合附图的以下描述可以更好地理解本文的实施例，在附图中相同的附图标记表示相同或功能相似的元件，其中：

图1A和图1B是具有可变长度连杆的示例性磁驱动活塞和连杆装置的视图；

图2是图1A和图1B的磁驱动活塞和连杆装置的选择部件视图；

图3A至图3D是当没有电流施加到缠绕在发动机气缸上的螺线管时图1A和图1B的磁驱动活塞和连杆装置的视图；

图4A至图4D是当电流穿过缠绕在发动机气缸上的螺线管时图1A和图1B的磁驱动活塞和连杆装置的视图；

图5A至图5C是示出使图1A和图1B的磁驱动活塞和连杆装置的连杆加长的示例性过程的操作视图；

图6A至图6C是示出使图1A和图1B的磁驱动活塞和连杆装置的连杆缩短的示例性过程的操作视图；

图7A和图7B是当没有电流施加到缠绕在发动机气缸上的螺线管时示例性活塞联接机构的视图；

图8A和图8B是当电流穿过缠绕在发动机气缸上的螺线管时图7A和图7B的活塞联接机构的视图；

图9A和图9B是具有可变长度连杆的另一示例性磁驱动活塞和连杆装置的视图；

图10A至图10C是当没有电流施加到缠绕在发动机气缸上的螺线管时图9A和图9B的磁驱动活塞和连杆装置的视图；

图11A至图11C是当电流穿过缠绕在发动机气缸上的螺线管时图9A和图9B的磁驱动活塞和连杆装置的视图；

图12是示出用于控制磁驱动活塞和连杆装置的操作的示例性过程的流程图；

图13是示出用于使磁驱动活塞和连杆装置的连杆加长的示例性过程的图12的流程图；

图14是示出用于使磁驱动活塞和连杆装置的连杆缩短的示例性过程的图12的流程图；

图15是示出用于使磁驱动活塞和连杆装置的连杆加长以实现扭矩增加的示例性过程的图12的流程图；以及

图16是示出用于在使磁驱动活塞和连杆装置的连杆加长以增加扭矩之后使连杆缩短的示例性过程的图12的流程图。

应理解的是，上述附图不一定按比例绘制，呈现了说明本公开的基本原理的各个优选特征的略微简化的表示。包括例如具体的尺寸、方向、位置和形状的本公开的具体设计特征将部分地由特别预期的应用和使用环境决定。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例。如本领域技术人员将认识到的，可以在不脱离本公开的思想或范围的情况下以各种不同的方式修改所描述的实施例。此外，在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。

本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。除非上下文另有明确指示，否则如本文使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括有”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。

理解的是，如本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多用途车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用车，包括各种小船和大船的船舶，飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力车辆、氢动力车辆和其它可替代燃料(例如，源自除石油以外的资源的燃料)车辆。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油和电双动力车辆。

另外，理解的是，以下方法或其方面中的一个或多个可以由至少一个控制单元或电子控制单元(ECU)执行。术语“控制单元”可以指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储程序指令，并且处理器被专门编程成运行程序指令以执行下面进一步描述的一个或多个进程。如本文所描述的，控制单元可以控制单元、模块、部件、装置等的操作。此外，理解的是，如本领域技术人员将理解的，以下方法可以由包括控制单元的设备与一个或多个其它部件一起执行。

此外，本公开的控制单元可以被实施为包含由处理器、控制器等运行的可执行程序指令的非临时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在整个计算机网络中，使得程序指令例如通过远程信息处理服务器或控制器区域网络(CAN)以分布式方式存储和执行。

现在参照本公开的实施例，所公开的可变长度连杆装置能够动态地改变发动机排量和压缩比。连杆装置包括可以在存在磁场时被驱动以使连杆加长或缩短的一个或多个磁铁。磁场可以在发动机运行期间在特定时间被启用以调整连杆的长度，使得所得的压缩比与适当的发动机负荷条件匹配，从而改善整体发动机负荷条件和性能。

图1A和图1B是具有可变长度连杆的示例性磁驱动活塞和连杆装置的视图。如图1A和图1B所示，磁驱动活塞和连杆装置100可以包括活塞头110，活塞头110联接到从活塞头110延伸的连杆装置。在一些实施例中，活塞头110的形状可以是圆柱形，但是活塞头110的形状不限于此。活塞头110可以设置在发动机(未示出)特别是诸如内燃发动机的往复式发动机的气缸400内部，并且可以在气缸400内部垂直(取决于方向)行进。虽然在图1A和图1B以及其余附图中示出只有单个磁驱动活塞和连杆装置100，但是如本文详细描述的磁驱动活塞和连杆装置100可以设置在发动机的每个气缸400中。

如上所述，磁驱动活塞和连杆装置100可以进一步包括连杆装置，连杆装置联接到活塞头110并从活塞头110延伸。连杆装置可以包括具有阳型部件120和阴型部件130的可变长度连杆。阴型部件130可以形成有至少部分中空的主体。阳型部件120可以形成为使得该阳型部件120的至少一部分可以可运动地插入到阴型部件130的中空主体中。

阳型部件120的远端(最靠近活塞头110)可以插入到阴型部件130中，并且阳型部件120的近端(最远离活塞头110)可以形成有被配置成容纳发动机的曲轴(未示出)的圆形开口。同时，阴型部件130的近端可以包括被配置成容纳阳型部件120的远端的开口，并且阴型部件的远端可以经由活塞联接机构200联接到活塞头110。

在一些实施例中，阳型部件120和阴型部件130中的每一个的形状可以是圆柱形，但是阳型部件120和阴型部件130的各自形状不限于此。在下面更详细描述的某些情况下，阳型部件120可以沿着连杆的轴线(纵向轴线)移入阴型部件130中和从阴型部件130移出，从而改变连杆的长度。同时，阴型部件130可以通过阴型部件130与活塞头110的连接而相对于连杆装置保持位置固定。

连杆装置可以进一步包括设置在阴型部件130的相对侧上的第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140。在下面更详细描述的某些情况下，第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140可以垂直于连杆的轴线运动。第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140的各自内壁的形状可以是圆柱形，以与阳型部件120的形状相符。因此，第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140可以通过在垂直于连杆的轴线的方向上对阳型部件120施加相反的力使阳型部件120与阴型部件130保持一致。也就是说，第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140可以彼此相对推压第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140之间的阳型部件120，以将阳型部件120保持在阴型部件130内部的适当位置。

更详细地，图2是磁驱动活塞和连杆装置100的选择部件视图。为了演示的目的，从视图中移除第二阳型-阴型联接衬块140、第二联动臂171和第二连接件163。如图2所示，第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140的各自内壁可以形成有与阳型部件120的外形对应的曲率。这可以允许当不存在磁场时第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140刚性地保持阳型部件120。第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140可以将阳型部件120在多个可能位置保持在阴型部件130内，从而允许精确的压缩比调整。

再次参照图1A和图1B，连杆装置可以进一步包括连杆磁铁150，连杆磁铁150是联接到可变长度连杆的阴型部件130的磁铁。在一些实施例中，连杆磁铁150可以设置在阴型部件130的主体的一部分上或周围，并且形状与阴型部件130的形状(例如，圆柱形)对应。因此，连杆磁铁150可以被配置成响应于邻近发动机的气缸400的磁场沿着连杆的轴线在阴型部件130的主体的一部分上运动。特别地，连杆磁铁150可以响应于邻近气缸400的磁场在第一方向上运动，并且响应于停用邻近气缸400的磁场在第二相反方向上运动。

第一弹簧151和第二弹簧152可以设置在连杆磁铁150的相对轴端。当不存在邻近气缸400的磁场时，第一弹簧151和第二弹簧152可以将连杆磁铁150保持在默认位置或居中位置。然而，当存在邻近气缸400的磁场时，位于连杆磁铁150的近端(即更靠近曲轴)的第一弹簧151可以由于连杆磁铁150沿着连杆的轴线的近端运动而压缩。将在下面更详细地描述连杆磁铁150响应于邻近气缸400的磁场的轴向运动。

连杆装置可以进一步包括将连杆磁铁150连接到第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140的一系列部件。首先，多个连接件161、162和163可以延伸穿过连杆磁铁150、第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140的各自部分。多个连接件161、162和163可以在垂直于连杆的轴线的方向上延伸。具体地，如图1A和图1B所示，第一连接件162可以延伸穿过第一阳型-阴型联接衬块140的一部分，第二连接件163可以延伸穿过第二阳型-阴型联接衬块140的一部分，并且第三连接件161可以延伸穿过连杆磁铁150的一部分。通过连接件161、162和163附接到连杆磁铁150、第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140，连接件161、162和163中的每一个可以分别与连杆磁铁150、第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140一致地运动。

多个连接件161、162和163可以通过一系列联动臂171和172互连。例如，第一联动臂172可以将延伸穿过第一阳型-阴型联接衬块140的一部分的第一连接件162与延伸穿过连杆磁铁150的一部分的第三连接件161邻接，并且第二联动臂171可以将延伸穿过第二阳型-阴型联接衬块140的一部分的第二连接件163与第三连接件161邻接。

在一些实施例中，联动臂171和172可以由刚性材料制成，使得联动臂171和172响应于连杆磁铁150的轴向运动而不弯曲。因为联动臂171和172将连杆磁铁150与第二阳型-阴型联接衬块140和第一阳型-阴型联接衬块140邻接，所以必然使通过第三连接件161连接到连杆磁铁150的联动臂171和172运动的连杆磁铁150的轴向运动可以使第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140产生相应运动。

此外，连杆磁铁150的轴向运动可以使联动臂171和172成角度地运动或者转动，从而使第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140在垂直于连杆的轴线的方向上运动。实际上，当连杆装置处于联接状态时，第一联动臂172和第二联动臂171可以相对于连杆的轴线以第一角度延伸，并且当连杆装置处于分离状态时，第一联动臂172和第二联动臂171可以相对于连杆的轴线以第二角度延伸，第二角度不同于第一角度。如下面更详细地描述的，第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140的垂直运动可以使第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140与阳型部件120分离，或者换言之，释放阳型部件120，允许阳型部件120由于曲轴的转动而沿着连杆的轴线在阴型部件130内部自由运动。

连杆装置可以进一步包括设置在联动臂171和172与第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140之间的引导板180。引导板180可以固定到阴型部件130，使得引导板180不运动。另外，引导板180可以形成有与多个连接件161、162和163对应的多个开口，由此引导板中的每个开口可以容纳连接件161、162和163中的一个。引导板开口可以形成有适应上述多个连接件161、162和163的运动的宽度。特别地，分别容纳第一连接件162和第二连接件163的引导板开口可以在垂直于连杆的轴线的方向上延伸，以(当第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140垂直运动时)适应第一连接件162和第二连接件163的垂直运动，并且类似地，容纳第三连接件161的引导板开口可以在平行于连杆的轴线的方向上延伸，以(当连杆磁铁150沿着连杆的轴线运动时)适应第三连接件161的轴向运动。

在一些实施例中，第一引导板180可以设置在第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140的第一侧(例如，上方)，并且第二引导板180可以设置在第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140的第二相对侧(例如，下方)。在这种情况下，第二引导板180可以设置在第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140的第二侧与第二对联动臂171和172之间，其中第二对联动臂171和172与多个连接件161、162和163互连。第一对联动臂171和172可以附接到连接件161、162和163的各自第一端区域(例如，顶部)，而第二对联动臂171和172可以附接到连接件161、162和163的各自第二相对端区域(例如，底部)。在其它实施例中，连杆装置可以仅利用单个引导板180和单对联动臂171和172。

磁驱动活塞和连杆装置100可以进一步包括至少部分地设置在活塞头110内部的活塞联接机构200，该活塞联接机构200将连杆装置联接到活塞头110。活塞联接机构200可以定位在活塞头110内部，例如在垂直于连杆的轴线的方向上纵向延伸的曲柄销腔中。

详细地，图7A和图7B是当邻近气缸400的磁场停用(即，没有电流施加到螺线管410)时示例性活塞联接机构的视图，图8A和图8B是当这种磁场启用(即，电流穿过螺线管410)时活塞联接机构的视图。下面将更详细地描述启用和停用邻近气缸400的磁场。

如图7A、图7B、图8A和图8B所示，活塞联接机构200可以包括分别可运动地设置在活塞联接机构200的相对轴端的第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210。第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210可以被配置成沿着活塞联接机构200的轴线(垂直于连杆的轴线)在彼此相反的方向上运动。就这方面而言，活塞头110中可以形成有开口，开口被成形为分别容纳第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210。在空挡状态下，第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210可以定位在活塞头110的外壁内部；然而，在下面更详细描述的某些情况下，这些开口允许第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210沿着活塞联接机构200的轴线运动到活塞头110的外壁外部。

活塞联接机构200可以进一步包括活塞联接机构磁铁220，该活塞联接机构磁铁220可运动地至少部分地设置在第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210之间。活塞联接机构磁铁220可以形成有开口，引导杆230垂直于活塞联接机构200的轴线延伸穿过该开口。引导杆230的一端可以附接到固定的基座构件240并且引导杆230可以从基座构件240向外延伸。弹簧221可以在活塞联接机构磁铁220和基座构件240之间设置在引导杆230上或周围。

引导杆230可以被配置成引导活塞联接机构磁铁220在垂直于活塞联接机构200的轴线的方向上运动。就这方面而言，由邻近气缸400的磁场产生的磁力可以在垂直于活塞联接机构200的轴线的方向上朝向基座构件240沿着引导杆230推动活塞联接机构磁铁220。这种运动可以压缩弹簧221。当停用磁场时，弹簧221可以解压缩使活塞联接机构磁铁220在垂直于活塞联接机构200的轴线的相反方向上运动，从而使活塞联接机构磁铁220返回其默认状态。

活塞联接机构200可以进一步包括联动臂251和252。例如，第一联动臂251可以将活塞联接机构磁铁220邻接到第一活塞-气缸联接衬块210，第二联动臂252可以将活塞联接机构磁铁220邻接到第二活塞-气缸联接衬块210，第二活塞-气缸联接衬块210与第一活塞-气缸联接衬块210设置在活塞联接机构200的相对侧。

在一些实施例中，联动臂251和252可以由刚性材料制成，使得联动臂251和252响应于活塞联接机构磁铁220的运动而不弯曲。因为联动臂251和252将活塞联接机构磁铁220邻接到第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210，所以必然使联动臂251和252运动的活塞联接机构磁铁220在垂直于活塞联接机构200的轴线的方向上的运动可以使第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210产生相应运动。

此外，活塞联接机构磁铁220在垂直于活塞联接机构200的轴线的方向上的运动可以使联动臂251和252成角度地运动或者转动，从而使第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210沿着活塞联接机构200的轴线运动。实际上，当活塞联接机构200处于缩回状态时，第一联动臂251和第二联动臂252可以相对于活塞联接机构200的轴线以第一角度延伸，并且当活塞联接机构200处于延伸状态时，第一联动臂251和第二联动臂252可以相对于活塞联接机构200的轴线以第二角度延伸，第二角度不同于第一角度。如下面更详细地描述的，第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210的轴向运动可以使联接衬块210穿过形成在活塞头110中的开口运动到活塞头110外部，使得第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210抵接气缸400的内表面，以将活塞头110固定或保持在气缸400内部的适当位置。

当使活塞联接机构磁铁220运动的磁场停用时，弹簧221可以解压缩，从而使活塞联接机构磁铁220返回到其默认位置。活塞联接机构磁铁220的返回运动可以使联动臂251和252缩回，并且将第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210拉回到其在活塞头110的壁内部的缩回位置。因此，活塞联接机构磁铁220可以被配置成响应于邻近气缸400的磁场而在第一方向上运动，并且响应于停用磁场而在第二相反方向上运动。

接下来参照图3A至图3D和图4A至图4D，可以描述磁驱动活塞和连杆装置100的操作。详细地，连杆装置可以被配置成如下所述响应于邻近气缸400的磁场在“联接状态”和“分离状态”之间转换，磁驱动活塞和连杆装置100设置在气缸400中。而且，活塞联接机构200可以被配置成如下所述响应于邻近气缸400的磁场在“缩回状态”和“延伸状态”之间转换，磁驱动活塞和连杆装置100设置在气缸400中。

可以通过将螺线管410(例如，参见图5A至图5C和图6A至图6C)缠绕在发动机的每个气缸400上来产生磁场。当电流被施加到螺线管410使得电流穿过螺线管410的线圈时，磁力沿着气缸400的长度作用，从而产生磁场。由于磁吸力或磁斥力作用在磁场内的磁体，例如连杆磁铁150或活塞联接机构磁铁220上，磁场可以使磁体产生响应运动。

首先参照分别包括磁驱动活塞和连杆装置100的立体图、侧视图、俯视图和特写立体图的图3A至图3D，没有电流被施加到缠绕在气缸400上的螺线管410。因此，在图3A至图3D的示例中，邻近气缸400的磁场可以停用，导致连杆装置的联接状态和活塞联接机构200的缩回状态。

此处，连杆磁铁150可以通过第一弹簧151和第二弹簧152保持在默认位置或居中位置。当连杆磁铁150居中时，第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140可以由于通过多个连接件161、162和163以及联动臂171和172连接到连杆磁铁150而收回，即抵靠阳型部件120定位。在该位置，第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140的各自内表面可以在阳型部件120的相对侧抵接阳型部件120的外表面，以将阳型部件120保持在阴型部件130内的适当位置。第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140可以在垂直于连杆的轴线的方向上对阳型部件120施加反作用力。因此，在连杆装置的联接状态下，阳型部件120可以与阴型部件130保持一致，并且不能独立于阴型部件130运动。

另外，在不存在邻近气缸400的磁场的情况下，第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210可以缩回或收回在活塞头110中。也就是说，第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210可以定位在活塞头110的外壁内部。在该位置，活塞头110能够由于发动机的常规运行而在气缸400内自由运动。

接下来，参照分别包括磁驱动活塞和连杆装置100的立体图、侧视图、俯视图和特写立体图的图4A至图4D，电流穿过缠绕在气缸400上的螺线管410，从而沿着气缸400的长度产生磁场。因此，在图4A至图4D的示例中，邻近气缸400的磁场可以启用，导致连杆装置的分离状态和活塞联接机构200的延伸状态。

此处，连杆磁铁150可以响应于产生的磁场沿着阴型部件130的长度(朝向阳型部件120)，即沿着连杆的轴线向近端运动，从而压缩连杆磁铁150近端的第一弹簧151。因为连杆磁铁150通过多个连接件161、162和163以及联动臂171和172连接到第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140，所以第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140可以从阳型部件120向外，即垂直于连杆的轴线运动，从而与阳型部件120分离。当第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140以这种方式运动时，阳型部件120可以不再牢牢地保持在阴型部件130内部，导致阳型部件120的释放以及阳型部件120与阴型部件130的分离。这可以“解锁”阳型部件120，使得由于正常曲轴运动(转动)的惯性允许阳型部件120沿着连杆的轴线独立于阴型部件130运动，从而调整连杆的有效长度。一旦施加到螺线管410的电流停止，弹簧151和152就可以使连杆磁铁150返回到其居中的“默认”位置。

另外，响应于产生的磁场，可以启动活塞联接机构200，使得活塞联接机构磁铁220在垂直于活塞联接机构200的方向上(朝向固定的基座构件240)沿着引导杆230运动。活塞联接机构磁铁220的这种运动可以使第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210沿着活塞联接机构200的轴线运动，以延伸超过活塞头110的外壁到发动机气缸400的内壁。这可以将活塞头110和附接到活塞头110的阴型部件130保持在气缸400内部的适当位置。

在电流穿过螺线管410时，阳型部件120和阴型部件130的分离与活塞头110和气缸400的内壁的联接一起可以使阳型部件120能够在阴型部件130内自由运动。如参照图12至图16更详细地描述的，这可以允许在燃烧循环期间基于电流启用的时间点动态调整连杆长度。

接下来，图5A至图5C是示出使磁驱动活塞和连杆装置100的连杆加长的示例性过程的操作视图，图6A至图6C是示出使磁驱动活塞和连杆装置100的连杆缩短的示例性过程的操作视图。在图5A至图5C和图6A至图6C中的每一个中，垂直延伸的螺旋线表示缠绕在气缸400上的螺线管410。将理解的是，对图5A至图5C和图6A至图6C的描述可以在发动机的每个气缸400中重复。因此，可以单独调整每个气缸400的压缩比。

参照图5A至图5C，在阶段A中，发动机正在运行，并且活塞头110可以定位在上止点(TDC)处或附近。此处，没有电流被施加到螺线管410，因此邻近气缸400的磁场停用。也就是说，不可能有能够使磁驱动活塞和连杆装置100中的磁体运动的磁场。在这种情况下，如上所述，连杆装置可以处于联接状态，并且活塞联接机构可以处于缩回状态。

在阶段B中，电流可以穿过螺线管410，从而沿着气缸400的长度产生磁场。这可以由于通过螺线管410在箭头所示的方向上作用的磁力启用连杆装置的连杆磁铁150和活塞联接机构200的活塞联接机构磁铁220。如上所述，启用连杆磁铁150从而连杆磁铁150沿着连杆的轴线向近端运动可以使连杆装置转换到分离状态，在该分离状态下，第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140释放阳型部件120，从而允许阳型部件120独立于阴型部件130运动。类似地，启用活塞联接机构磁铁220从而活塞联接机构磁铁220沿着引导杆230的长度在垂直于活塞联接机构200的轴线的方向上向下(朝向基座构件240)运动可以使活塞联接机构200转换到延伸状态。此处，活塞联接机构磁铁220的向下运动可以使联动臂251和252沿着活塞联接机构200的轴线在相反方向上将第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210推到活塞头110外壁外部，使得第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210抵接气缸400的内表面，以将活塞头110固定或保持在气缸400内部的适当位置。因此，由于曲轴的常规转动导致的惯性可以拉动阳型部件120，使阳型部件120垂直地滑出阴型部件130，同时由于阴型部件130与固定的活塞头110连接而防止阴型部件130垂直运动。

在阶段C中，可以停用施加到螺线管410的电流。作为响应，连杆装置可以转换回阳型部件120和阴型部件130联接在一起的联接状态，并且活塞联接机构200可以转换回活塞头110与气缸400的内壁分离的缩回状态。现在，连杆的有效长度比没有启用电流时长。

接下来参照图6A至图6C，在阶段A，发动机正在运行，并且活塞头110可以定位在与图5A至图5C的阶段A的TDC相反的下止点(BDC)处或附近。此处，没有电流被施加到螺线管410，因此邻近气缸400的磁场停用。也就是说，不可能有能够使磁驱动活塞和连杆装置100中的磁体运动的磁场。在这种情况下，如上所述，连杆装置可以处于联接状态，并且活塞联接机构可以处于缩回状态。

在阶段B中，电流可以穿过螺线管410，从而沿着气缸400的长度产生磁场。这可以由于通过螺线管410在箭头所示的方向上作用的磁力启用连杆装置的连杆磁铁150和活塞联接机构200的活塞联接机构磁铁220。如上所述，启用连杆磁铁150从而连杆磁铁150沿着连杆的轴线向近端运动可以使连杆装置转换到分离状态，在该分离状态下，第一阳型-阴型联接衬块140和第二阳型-阴型联接衬块140释放阳型部件120，从而允许阳型部件120独立于阴型部件130运动。类似地，启用活塞联接机构磁铁220从而活塞联接机构磁铁220沿着引导杆230的长度在垂直于活塞联接机构200的轴线的方向上向下(朝向基座构件240)运动可以使活塞联接机构200转换到延伸状态。此处，活塞联接机构磁铁220的向下运动可以使联动臂251和252沿着活塞联接机构200的轴线在相反方向上将第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210推到活塞头110外壁外部，使得第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210抵接气缸400的内表面，以将活塞头110固定或保持在气缸400内部的适当位置。因此，由于曲轴的常规转动导致的惯性可以推动阳型部件120，使阳型部件120垂直地滑入阴型部件130，同时由于阴型部件130与固定的活塞头110连接而防止阴型部件130垂直运动。

在阶段C中，可以停用施加到螺线管410的电流。作为响应，连杆装置可以转换回阳型部件120和阴型部件130联接在一起的联接状态，并且活塞联接机构200可以转换回活塞头110与气缸400的内壁分离的缩回状态。现在，连杆的有效长度比没有启用电流时短。

如本文所述，连杆装置不仅限于上文所述的设计。如本领域技术人员将理解的，对连杆装置的各种修改是可接受的，只要这些改变与所附权利要求的范围一致即可。

例如，图9A和图9B是具有可变长度连杆的另一示例性磁驱动活塞和连杆装置的视图。如图9A和图9B所示，磁驱动活塞和连杆装置300可以包括活塞头310，活塞头310联接到从活塞头310延伸的连杆装置，该活塞头310通常可以对应于上文所述的活塞头110。活塞头310可以设置在气缸400内部。虽然在图9A和图9B中示出只有单个活塞和连杆装置300，但是磁驱动活塞和连杆装置300可以设置在发动机的每个气缸400中。

磁驱动活塞和连杆装置300可以进一步包括连杆装置，连杆装置联接到活塞头310并从活塞头310延伸。通常类似于上文所述的磁驱动活塞和连杆装置100的连杆装置，磁驱动活塞和连杆装置300的连杆装置可以包括具有阳型部件320和阴型部件330的可变长度连杆。阴型部件330可以形成有至少部分中空的主体。阳型部件320可以形成为使得该阳型部件320的至少一部分可以设置在阴型部件330的中空主体内部。

与磁驱动活塞和连杆装置100相比，阳型部件320的近端(最远离活塞头310)可以插入到阴型部件330中，并且阳型部件320的远端(最靠近活塞头310)可以经由活塞联接机构200联接到活塞头310。(活塞联接机构200可以以与上述相同的方式操作，因此保持不变。)同时，阴型部件330的远端可以包括被配置成容纳阳型部件320的近端的开口，并且阴型部件330的近端可以形成有被配置成容纳曲轴(未示出)的圆形开口。

在一些实施例中，阳型部件320和阴型部件330中的每一个的形状可以是矩形，但是阳型部件320和阴型部件330的各自形状不限于此。在如本文所述的某些情况下，阴型部件330可以沿着连杆的轴线在阳型部件320上来回运动，从而改变连杆的长度。同时，阳型部件320可以通过阳型部件320与活塞头310的连接而相对于连杆装置保持位置固定。

连杆装置可以进一步包括可转动地设置在阳型部件320中或阳型部件320上的多个辊子340。辊子340可以是轮状的，即具有圆周基部的圆形形状，并且能够绕轴线转动。辊子340可以部分地设置在阳型部件320的主体内部，使得每个辊子340的一部分延伸到阳型部件320的外壁外部。因此，当阳型部件320的一部分位于阴型部件330中时，辊子340中的一个或多个的外表面可以与阴型部件330的内表面接触，从而允许阳型部件320在阴型部件330内滑动。在一些实施例中，辊子340可以包括设置在阳型部件320的第一侧的一个或多个第一辊子340以及设置在阳型部件320的第二相对侧的一个或多个第二辊子340。虽然辊子340在本文中可以为多个，但是将理解的是，在某些实施例中，连杆装置可以仅包括单个辊子340。

连杆装置可以进一步包括连杆磁铁350，该连杆磁铁350是邻近多个辊子340的位置可运动地联接到阳型部件320的磁铁。在一些实施例中，如图10A至图10C和图11A至图11C的截面图所示，连杆磁铁350可以完全设置在阳型部件320的主体内部。连杆磁铁350可以被配置成响应于邻近气缸400产生的磁场而沿着连杆的轴线运动。

此外，在下面描述的某些情况下，连杆磁铁350的外表面可以与辊子340的各自外表面接触，以防止辊子340转动。因此，连杆磁铁350可以形成有一个或多个弯曲表面，一个或多个弯曲表面中的每一个邻近辊子340的各自位置。在图10A至图10C和图11A至图11C中可见的连杆磁铁350的曲率可以匹配或类似于辊子340的曲率，以使连杆磁铁350和辊子340之间的表面接触即摩擦最大化。

连杆装置可以进一步包括设置在连杆磁铁350的相对轴端的弹簧351和352。例如，第一弹簧351可以设置在连杆磁铁350的近端，第二弹簧352可以设置在连杆磁铁350的远端。连杆磁铁350响应于邻近气缸400的磁场而沿着连杆的轴线(朝向阴型部件330)的近端运动可以使第一弹簧351压缩。在停用磁场时，第一弹簧351可以解压缩以使连杆磁铁350返回其默认位置或居中位置。将理解的是，弹簧351和352的各自数量不受限制。也就是说，第一弹簧351可以包括一个或多个第一弹簧，第二弹簧352可以包括一个或多个第二弹簧。

接下来参照图10A至图10C和图11A至图11C，可以描述磁驱动活塞和连杆装置300的操作。详细地，连杆装置可以被配置成如下所述响应于邻近气缸400的磁场在“锁定状态”和“解锁状态”(分别类似于前述的“联接状态”和“分离状态”)之间转换，磁驱动活塞和连杆装置300设置在气缸400中。如前所述，活塞联接机构200可以被配置成如下所述响应于邻近气缸400的磁场在“缩回状态”和“延伸状态”之间转换，磁驱动活塞和连杆装置300设置在气缸400中。

如上所述，可以通过将螺线管410(例如参见图5A至图5C和6A至图6C)缠绕在发动机的每个气缸400上来产生磁场。当电流被施加到螺线管410，使得电流穿过螺线管410的线圈时，磁力沿着气缸400的长度作用，从而产生磁场。由于磁吸力或磁斥力作用在磁场内的磁体，例如连杆磁铁350或活塞联接机构磁铁220上，磁场可以使磁体产生响应运动。

首先参照分别包括磁驱动活塞和连杆装置300的截面立体图、截面俯视图和截面侧视图的图10A至图10C，没有电流被施加到缠绕在气缸400上的螺线管410。因此，在10A至图10C的示例中，邻近气缸400的磁场可以停用，导致连杆装置的锁定状态和活塞联接机构200的缩回状态。

此处，连杆磁铁350可以通过第一弹簧351和第二弹簧352保持在默认位置或居中位置。当连杆磁铁350居中时，由于连杆磁铁350抵接或压靠辊子340的外周表面，因此可以防止辊子340转动。因此，阳型部件320可以锁定在阴型部件330内部的适当位置，使得阳型部件320和阴型部件330保持一致。在该位置，由于辊子340不能转动，因此防止阴型部件330沿着辊子340滑动。

另外，在不存在邻近气缸400的磁场的情况下，第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210可以缩回或收回在活塞头310中。也就是说，第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210可以定位在活塞头310的外壁内部。在该位置，活塞头310能够由于发动机的常规运行而在气缸400内自由运动。

接下来，参照分别包括磁驱动活塞和连杆装置300的截面立体图、截面俯视图和截面侧视图的图11A至图11C，电流穿过缠绕在气缸400上的螺线管410，从而沿着气缸400的长度产生磁场。因此，在图11A至图11C的示例中，邻近气缸400的磁场可以启用，导致连杆装置的解锁状态和活塞联接机构200的延伸状态。

此处，连杆磁铁350可以响应于产生的磁场沿着阳型部件320的长度(朝向阴型部件330)，即沿着连杆的轴线向近端运动，从而压缩连杆磁铁350近端的第一弹簧351。连杆磁铁350的近端运动可以使连杆磁铁350与辊子340分离，从而允许辊子340转动。这又可以使阴型部件330的内表面沿着转动的辊子340滑动，使得阴型部件330在阳型部件320上自由运动。通过“解锁”阴型部件330，由于正常曲轴运动(转动)的惯性允许阴型部件330沿着连杆的轴线独立于阳型部件320运动，从而调整连杆的有效长度。一旦施加到螺线管410的电流停止，弹簧351和352就可以使连杆磁铁350返回到其居中的“默认”位置。

另外，响应于产生的磁场，可以启动活塞联接机构200，使得活塞联接机构磁铁220在垂直于活塞联接机构200的方向上(朝向固定的基座构件240)沿着引导杆230运动。活塞联接机构磁铁220的这种运动可以使第一活塞-气缸联接衬块210和第二活塞-气缸联接衬块210沿着活塞联接机构200的轴线运动，以延伸超过活塞头310的外壁到发动机气缸400的内壁。这可以将活塞头310和附接到活塞头310的阳型部件320保持在气缸400内部的适当位置。

在电流穿过螺线管410时，阴型部件330从阳型部件320的解锁与活塞头310和气缸400的内壁的联接一起可以使阴型部件330能够在阳型部件320上自由运动。与磁驱动活塞和连杆装置100类似，如参照图12至图16更详细地描述的，这可以允许在燃烧循环期间基于电流启用的时间点动态调整连杆长度。

接下来，图12至图16示出控制本文所述的磁驱动活塞和连杆装置(例如，磁驱动活塞和连杆装置100、磁驱动活塞和连杆装置300等)的操作的方法。特别地，图12是示出用于控制磁驱动活塞和连杆装置的操作的示例性过程的流程图500；图13包括示出用于使磁驱动活塞和连杆装置的连杆加长的示例性过程的流程图500；图14包括示出用于使磁驱动活塞和连杆装置的连杆缩短的示例性过程的流程图500；图15包括示出用于使磁驱动活塞和连杆装置的连杆加长以实现扭矩增加的示例性过程的流程图500；以及图16包括示出用于在使磁驱动活塞和连杆装置的连杆加长以增加扭矩之后使连杆缩短的示例性过程的流程图500。

如图12至图16所示，过程500可以从步骤505开始，并且继续到步骤510，其中，如下面更详细描述的，可以控制本文公开的磁驱动活塞和连杆装置的操作以响应于特定负荷条件使可变长度连杆加长或缩短。出于描述图12至图16的目的，假设磁驱动活塞和连杆装置配备在车辆的发动机中。然而，本文描述的磁驱动活塞和连杆装置不仅仅限于配备在车辆中，而是可以配备在任何发动机驱动的机器中。

在步骤505中，可以启动发动机(未示出)，发动机包括一个或多个气缸400，螺线管410缠绕在该一个或多个气缸400上。将理解的是，可以针对设置在发动机的每个气缸400中的每个磁驱动活塞和连杆装置单独地实施图12至图16中所示的控制逻辑。

在步骤510中，可以获取多个车辆测量值。这些车辆测量值可以表示确定当前负荷条件的基础。在一些实施例中，经由车载网络与设置在整个车辆中的多个传感器通信的车辆控制器区域网络(CAN)控制器可以从各个传感器获取车辆测量值。例如，这种车辆测量值可以包括但不限于来自加速器位置传感器(APS)的加速器或节气门位置、来自车辆速度传感器的车辆速度(VS)、曲轴位置(CRS_Pos)和凸轮轴位置(CAM_Pos)、来自压力传感器的气缸压力(Cyl_Press)、来自发动机负荷传感器的发动机负荷百分比(Eng_Load)、来自接近传感器的可变长度连杆的有效长度(CR_Length)、或其任意组合。将理解的是，用于检测这些车辆测量值的传感器不仅仅限于上面列出的传感器。

另外，可以在整个过程500中管理用于控制可变长度连杆的一个或多个参数。例如，可以使用“SolActive”来跟踪并控制缠绕在气缸400上的螺线管410的启用。SolActive可以是设置为0或1的二进制参数。例如，当没有电流被施加到螺线管410使得邻近气缸400的磁场停用，并且磁驱动活塞和连杆装置中的磁体处于默认位置或居中位置时，SolActive可以设置为0。相反，当如上所述电流穿过螺线管410使得邻近气缸400的磁场启用，导致磁驱动活塞和连杆装置中的磁体运动时，SolActive可以设置为1。

在步骤515中，可以将车辆速度和气缸压力与预定阈值进行比较以确定是否满足调整可变长度连杆的初始条件。例如，可以将车辆速度与预定最小速度，例如20kph进行比较，并且可以将气缸压力与预定最大压力，例如2000kPA进行比较。

如果车辆速度小于或等于预定最小速度或者气缸压力大于或等于预定最大压力，则过程500可以进行到步骤555，由此连杆装置可以在没有调整的情况下，即在不使连杆加长或缩短的情况下操作。此处，SolActive参数可以设置为0以防止电流穿过螺线管410。因此，可以停用邻近气缸400的磁场。这可以使连杆装置以类似于传统固定长度连杆的方式工作。

相反，如果车辆速度大于预定最小速度并且气缸压力小于预定最大压力，则过程500可以进行到步骤520以及后续步骤，其中可以确定是否满足可以通过供应电流穿过螺线管410调整连杆的长度的一个或多个条件。特别地，可以验证发动机的负荷条件，以根据当前负荷调整连杆长度，从而提高压缩比和整体驱动效率。因此，当经历低负荷条件或高负荷条件时，可以通过在特定时间点，即在活塞在气缸400中的预定位置，例如上止点(TDC)、下止点(BDC)等，以及在发动机的预定燃烧行程，例如排气(EXH)、进气(INT)、压缩(COM)等，启用电流穿过螺线管410使可变长度连杆加长或缩短。特别地，如下所述，在进气行程或排气行程期间，可以通过使电流穿过螺线管410来改变发动机压缩比以最佳地适应发动机负荷条件。

在步骤520中，可以检测曲轴和凸轮轴的各自位置以确认活塞在气缸400中的当前位置(即，“第一条件”)和发动机的当前燃烧行程(即，“第二条件”)。如果曲轴的位置指示活塞位于气缸400的上止点(in(CRS_Pos.TDC)＝＝1)，即“第一位置”，并且凸轮轴的位置指示发动机的燃烧行程是排气行程(in(CAM_Pos.EXH)＝＝1)，即“第一行程”，当满足低负荷发动机条件时(步骤525)，该正时可以满足启用电流穿过螺线管410的要求。然而，如果不满足上述条件中的任何一个，则在步骤530中可以重新评估曲轴和凸轮轴的各自位置以确认活塞在气缸400中的当前位置和发动机的当前燃烧行程。如果曲轴的位置指示活塞位于气缸400的下止点(in(CRS_Pos.BDC)＝＝1)，即“第二位置”，并且凸轮轴的位置指示发动机的燃烧行程是进气行程(in(CAM_Pos.INT)＝＝1)，即“第二行程”，当满足高负荷发动机条件时(步骤535)，该正时可以满足启用电流穿过螺线管410的要求。在一些实施例中，接近传感器可以用于评估活塞头110距离气缸400的顶部有多远以确认活塞处于上止点的约+/-5度内或距离气缸400的底部有多远以确认活塞处于下止点的约+/-5度内。

可以以包括下列的各种方式来验证低负荷发动机条件或高负荷发动机条件：将当前发动机负荷与预定发动机负荷阈值进行比较；以及将当前加速器位置与预定加速器位置阈值进行比较。例如，加速器位置阈值和发动机负荷阈值可以是预定的，低于这些阈值，发动机负荷低，高于这些阈值，发动机负荷高。在步骤525中使用该方法，如果当前加速器位置小于或等于例如20％的预定加速器位置阈值，并且当前发动机负荷小于或等于例如35％的预定发动机负荷阈值，可以确定存在低负荷条件。相反，在步骤535中，如果当前加速器位置大于例如20％的预定加速器位置阈值，并且当前发动机负荷大于例如35％的预定发动机负荷阈值，可以确定存在高负荷条件。

如果活塞位于上止点，发动机的燃烧行程是排气行程，并且确认低发动机负荷条件，则过程500可以进行到步骤545，在步骤545中可以确定连杆的当前有效长度是否处于最大值。如果连杆的有效长度尚未最大化，则可以以上述方式通过向缠绕在气缸400上的螺线管410施加电流(SolActive＝1)使得电流穿过螺线管410以产生启用磁驱动活塞和连杆装置的磁体的磁场来使连杆加长(步骤560)。如图13所示，通过在排气行程期间活塞位于上止点时产生磁场，随着阳型部件120被进一步拉出阴型部件130，可以使连杆连续加长，从而在低负荷条件下增加连杆的有效长度以提高驱动性能。

另一方面，如果活塞位于下止点，发动机的燃烧行程是进气行程，并且确认高发动机负荷条件，则过程500可以进行到步骤545，在步骤545中可以确定连杆的当前有效长度是否处于最小值。如果连杆的有效长度尚未最小化，则可以以上述方式通过向缠绕在气缸400上的螺线管410施加电流(SolActive＝1)使得电流穿过螺线管410以产生启用磁驱动活塞和连杆装置的磁体的磁场来使连杆缩短(步骤560)。如图14所示，通过在进气行程期间活塞位于下止点时产生磁场，随着阳型部件120被进一步推进阴型部件130中，可以使连杆连续缩短，从而在高负荷条件下减小连杆的有效长度以提高驱动性能。

同时，如果在压缩行程期间活塞位于上止点时电流穿过螺线管410，并且点火正时被延迟直到(由于在活塞处于上止点时启用螺线管电流)连杆被加长，由于当发生初始动力传递时曲轴进一步远离上止点位置转动，因此在动力行程期间可以在曲轴上产生增加的扭矩。详细地，图15示出用于使可变长度连杆加长以增加发动机扭矩的过程。在步骤540中，可以确定曲轴是否定位成通过顺时针方向约30度使得活塞位于上止点(In(CRS_POS.TT)＝＝1)，并且凸轮轴的位置是否指示发动机的燃烧行程是压缩行程(In(CAM_Pos.COM)＝＝1)。如果满足上述两个条件，则过程500可以进行到步骤545，在步骤545中可以确定连杆的当前有效长度是否处于其最大值。如果连杆的有效长度尚未最大化，则可以以上述方式通过向螺线管410供应电流(SolActive＝1)使得电流穿过螺线管410以产生启用磁驱动活塞和连杆装置的磁体的磁场来使连杆加长(步骤560)。此外，点火可以被延迟直到通过螺线管410的电流被停用，以从连杆装置中的较大力矩臂产生更高的扭矩传递。

图16示出针对使可变长度连杆加长以提高发动机扭矩的缩短。在步骤550中，可以确定曲轴是否定位成通过顺时针方向约30度使得活塞位于下止点(In(CRS_POS.TB)＝＝1)，并且凸轮轴的位置是否指示发动机的燃烧行程是排气行程(In(CAM_Pos.EXH)＝＝1)。如果满足上述两个条件，则过程500可以进行到步骤545，在步骤545中可以确定连杆的当前有效长度是否处于其最小值。如果连杆的有效长度尚未最小化，则可以以上述方式通过向螺线管410重新供应电流(SolActive＝1)使得电流穿过螺线管410以产生启用磁驱动活塞和连杆装置的磁体的磁场来缩短连杆以使连杆回到其(压缩行程之前的)原始长度(步骤560)。因此，连杆长度可以在压缩行程的上止点附近连续增加，然后在随后的排气行程的下止点附近减小。在这些时间期间调整连杆长度可以使得扭矩更好地传递到曲轴。

过程500可以在发动机的整个运行期间持续并且在发动机停用时结束。以上详细描述了可以执行过程500的步骤的技术以及辅助过程和参数。

应注意的是，图12至图16中所示的步骤仅仅是用于说明的示例，并且可以根据需要包括或排除某些其它步骤。此外，虽然示出了步骤的特定顺序，但是该排序仅仅是说明性的，并且可以在不脱离本文的实施例的范围的情况下利用这些步骤的任何合适的布置。更进一步地，可以根据本权利要求的范围以任何合适的方式修改所示步骤。

因此，本文所讨论的磁驱动可变长度连杆装置及其控制方法可以通过调整发动机排量以动态地适应发动机负荷来提高动力系性能和效率。在例如空转的低负荷条件下，连杆可以加长，以增大压缩比并提高效率，从而节省燃料。在高负荷条件下，连杆可以诸如通过允许降低发动机爆震可能性的涡轮增压器的增加的增压而缩短，从而减小压缩比并提高驱动性能。因为本文讨论的可变长度连杆装置是磁驱动的，所以与传统的可变排量发动机方法相比，该装置可以具有最小的包装折衷。除了缠绕在每个发动机气缸上的螺线管之外，所有其它部件可以包含在现有发动机气缸空间内。此外，因为如上所述仅短暂的电流脉冲足以驱动解锁连杆部件的磁性部件，并且连杆仅利用来自曲轴的惯性延伸或收缩，所以本文讨论的磁驱动可变长度连杆装置与传统可变排量发动机方法相比可以提高能量效率。

前面的描述涉及本公开的某些实施例。然而，将显而易见的是，在实现所描述的实施例的一些或全部优点的情况下，可以对所描述的实施例进行其它变型和修改。因此，该描述仅通过示例的方式进行，而不是以其它方式限制本文的实施例的范围。因此，所附权利要求的目的是涵盖落入本文的实施例的实际思想和范围内的所有这些变型和修改。

Claims (20)

1.一种设备，包括：

活塞头，设置在发动机的气缸内部；

连杆装置，联接到所述活塞头并从所述活塞头延伸，所述连杆装置包括：

可变长度连杆，包括具有中空主体的阴型部件和至少部分地可运动地设置在所述阴型部件内部的阳型部件，所述阳型部件联接到所述发动机的曲轴；以及

连杆磁铁，可运动地联接到所述阴型部件；以及

活塞联接机构，至少部分地设置在所述活塞头内部以将所述连杆装置联接到所述活塞头，其中所述连杆装置在联接状态和分离状态之间转换，在所述联接状态下，所述阳型部件与所述阴型部件保持一致，在所述分离状态下，所述连杆磁铁响应于邻近所述气缸的磁场而运动，使得所述阳型部件释放，从而允许所述阳型部件沿着所述连杆的轴线独立于所述阴型部件运动。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述连杆装置进一步包括设置在所述阴型部件的相对侧的第一阳型-阴型联接衬块和第二阳型-阴型联接衬块，所述第一阳型-阴型联接衬块和所述第二阳型-阴型联接衬块垂直于所述连杆的轴线运动。

3.根据权利要求2所述的设备，其中当所述连杆装置处于所述联接状态时，所述第一阳型-阴型联接衬块和所述第二阳型-阴型联接衬块抵接所述阳型部件的外表面以使所述阳型部件与所述阴型部件保持一致，并且当所述连杆装置处于所述分离状态时，所述第一阳型-阴型联接衬块和所述第二阳型-阴型联接衬块释放所述阳型部件，从而允许所述阳型部件沿着所述连杆的轴线运动。

4.根据权利要求2所述的设备，其中所述第一阳型-阴型联接衬块和所述第二阳型-阴型联接衬块通过垂直于所述连杆的轴线对所述阳型部件施加相反力使所述阳型部件与所述阴型部件保持一致。

5.根据权利要求2所述的设备，其中所述连杆磁铁连接到所述第一阳型-阴型联接衬块和所述第二阳型-阴型联接衬块，从而所述连杆磁铁的运动使所述第一阳型-阴型联接衬块和所述第二阳型-阴型联接衬块运动。

6.根据权利要求5所述的设备，其中所述连杆磁铁沿着所述连杆的轴线的运动使所述第一阳型-阴型联接衬块和所述第二阳型-阴型联接衬块垂直于所述连杆的轴线运动。

7.根据权利要求2所述的设备，其中所述连杆装置进一步包括：

第一连接件和第二连接件，分别延伸穿过所述第一阳型-阴型联接衬块和所述第二阳型-阴型联接衬块；

第三连接件，延伸穿过所述连杆磁铁；以及

第一联动臂和第二联动臂，所述第一联动臂将所述第一连接件邻接到所述第三连接件，所述第二联动臂将所述第二连接件邻接到所述第三连接件。

8.根据权利要求1所述的设备，其中所述连杆装置进一步包括设置在所述连杆磁铁的相对轴端的第一弹簧和第二弹簧。

9.根据权利要求8所述的设备，其中当所述连杆装置处于所述联接状态时，所述第一弹簧和所述第二弹簧将所述连杆磁铁保持在居中位置，并且当所述连杆装置处于所述分离状态时，所述第一弹簧由于所述连杆磁铁沿着所述连杆的轴线运动而压缩。

10.根据权利要求1所述的设备，其中所述连杆磁铁响应于所述磁场而沿着所述连杆的轴线运动。

11.根据权利要求1所述的设备，其中所述连杆磁铁响应于所述磁场在第一方向上运动，并且响应于停用所述磁场在第二相反方向上运动。

12.根据权利要求1所述的设备，其中当所述连杆装置处于所述分离状态时，所述阳型部件由于所述曲轴的转动而独立于所述阴型部件运动。

13.根据权利要求1所述的设备，其中所述阴型部件相对于所述连杆装置位置固定。

14.根据权利要求1所述的设备，其中当电流穿过缠绕在所述气缸上的螺线管时，产生所述磁场。

15.一种设备，包括：

活塞头，设置在发动机的气缸内部；

连杆装置，联接到所述活塞头并从所述活塞头延伸，所述连杆装置包括：

可变长度连杆，包括具有中空主体的阴型部件和至少部分地可运动地设置在所述阴型部件内部的阳型部件，所述阳型部件联接到所述发动机的曲轴；以及

活塞联接机构，至少部分地设置在所述活塞头内部以将所述连杆装置联接到所述活塞头，所述活塞联接机构包括：

第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块，分别可运动地设置在所述活塞联接机构的相对轴端；以及

活塞联接机构磁铁，至少部分地可运动地设置在所述第一活塞-气缸联接衬块和所述第二活塞-气缸联接衬块之间，其中所述活塞联接机构在缩回状态和延伸状态之间转换，在所述缩回状态下，所述第一活塞-气缸联接衬块和所述第二活塞-气缸联接衬块定位在所述活塞头的外壁内部，在所述延伸状态下，所述活塞联接机构磁铁响应于邻近所述气缸的磁场而运动，使得所述第一活塞-气缸联接衬块和所述第二活塞-气缸联接衬块沿着所述活塞联接机构的轴线运动到所述活塞头的外壁外部，从而所述第一活塞-气缸联接衬块和所述第二活塞-气缸联接衬块抵接所述气缸的内表面以将所述活塞头保持在所述气缸内部的适当位置。

16.根据权利要求15所述的设备，其中所述活塞联接机构磁铁响应于所述磁场而垂直于所述活塞联接机构的轴线运动。

17.根据权利要求15所述的设备，其中所述活塞联接机构磁铁响应于所述磁场在第一方向上运动，并且响应于停用所述磁场在第二相反方向上运动。

18.根据权利要求15所述的设备，其中所述第一活塞-气缸联接衬块和所述第二活塞-气缸联接衬块沿着所述活塞联接机构的轴线在彼此相反的方向上运动。

19.根据权利要求15所述的设备，其中所述活塞联接机构进一步包括：

引导杆，所述活塞联接机构磁铁沿着所述引导杆运动，所述引导杆垂直于所述活塞联接机构的轴线延伸；

弹簧，在所述活塞联接机构磁铁和固定的基座构件之间设置在所述引导杆上；以及

第一联动臂和第二联动臂，所述第一联动臂将所述活塞联接机构磁铁邻接到所述第一活塞-气缸联接衬块，所述第二联动臂将所述活塞联接机构磁铁邻接到所述第二活塞-气缸联接衬块。

20.一种设备，包括：

活塞头，设置在发动机的气缸内部；

连杆装置，联接到所述活塞头并从所述活塞头延伸，所述连杆装置包括：

可变长度连杆，包括具有中空主体的阴型部件和至少部分地可运动地设置在所述阴型部件内部的阳型部件，所述阳型部件联接到所述发动机的曲轴；以及

连杆磁铁，可运动地联接到所述阴型部件；以及

活塞联接机构，至少部分地设置在所述活塞头内部以将所述连杆装置联接到所述活塞头，所述活塞联接机构包括：

第一活塞-气缸联接衬块和第二活塞-气缸联接衬块，分别可运动地设置在所述活塞联接机构的相对轴端；以及

活塞联接机构磁铁，至少部分地可运动地设置在所述第一活塞-气缸联接衬块和所述第二活塞-气缸联接衬块之间，

其中所述连杆装置在联接状态和分离状态之间转换，在所述联接状态下，所述阳型部件与所述阴型部件保持一致，在所述分离状态下，所述连杆磁铁响应于邻近所述气缸的磁场而运动，使得所述阳型部件释放，从而允许所述阳型部件沿着所述连杆的轴线独立于所述阴型部件运动，并且

所述活塞联接机构在缩回状态和延伸状态之间转换，在所述缩回状态下，所述第一活塞-气缸联接衬块和所述第二活塞-气缸联接衬块定位在所述活塞头的外壁内部，在所述延伸状态下，所述活塞联接机构磁铁响应于所述磁场而运动，使得所述第一活塞-气缸联接衬块和所述第二活塞-气缸联接衬块沿着所述活塞联接机构的轴线运动到所述活塞头的外壁外部，从而所述第一活塞-气缸联接衬块和所述第二活塞-气缸联接衬块抵接所述气缸的内表面以将所述活塞头保持在所述气缸内部的适当位置。

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