CN201794677U - 内燃机可变压缩比活塞 - Google Patents

Abstract

一种内燃机可变压缩比活塞，包括活塞顶和活塞裙，活塞顶和活塞裙之间设有压缩比调节装置，压缩比调节装置具有调节装置壳体，调节装置壳体由固连在活塞顶底面上的圆形压盘、位于圆形压盘下方且固连在活塞裙顶面上的内圆筒、以及与内圆筒螺纹连接的外圆筒构成，外圆筒的筒口处设有内止环，圆形压盘可轴向位移地嵌置在内圆筒的筒口端面和外圆筒的内止环之间；调节装置壳体内设有控制圆形压盘轴向位移的机械弹性变形机构，机械弹性变形机构的初始预紧力保持圆形压盘的外缘上面与外圆筒的内止环紧密贴合、且保持圆形压盘的外缘下面与内圆筒的筒口端面之间形成伸缩间隙δ。其压缩比能随内燃机工况作快速适应性变化，特别适于汽车发动机。

Description

内燃机可变压缩比活塞

技术领域

本实用新型涉及内燃机活塞，具体地指一种内燃机可变压缩比活塞。

背景技术

气缸压缩比对内燃发动机的性能有较大影响。可变压缩比技术是指发动机在低负荷工况时具有较高的压缩比，而在高负荷工况时又能够通过调节压缩比控制过高的缸内气体压力。目前，按照压缩比随发动机工况变化的响应速度划分，可变压缩比技术主要有以下两类：

一、压缩比随发动机工况缓慢变化的状况

压缩比随发动机工况较缓慢变化的典型例子包括：1、萨博(SAAB)公司在2000年开发的一款可变压缩比发动机，其压缩比能在8～14之间连续调节。这种发动机分离了气缸盖与机体，通过改变气缸头与引擎本体的相对倾斜角度，使活塞位于上止点时燃烧室容积发生变化，从而改变发动机的压缩比。2、法国MCE-5发动机和德国FEV公司的VCR发动机，其采用曲轴偏心机构，使曲轴中心与气缸盖的相对位置发生改变，从而抬高或降低活塞上止点的位置，达到改变压缩比的目的。3、Gomecsys公司提出的一种移动曲柄销以改变上止点位置时活塞冲程的可变压缩比技术，这种技术的核心是改变曲柄销位置的偏心机构，它用环形齿轮驱动偏心机构来实现压缩比的改变，其工作原理与FEV公司的VCR发动机相似。4、Ford汽车公司提出了一种通过第二气门机构实现压缩比改变的设想，这种设想是在气缸盖上另外增加一个气门用于调节余隙容积，该气门用液压或者其他方式控制，配合电控单元以实现发动机压缩比随负荷的改变。5、瑞典Lurd学院提出的第二活塞机构与Ford汽车公司的第二气门机构有异曲同工之意，只是将气门换作一个活塞，以改变缸内的余隙容积。6、日产公司设计了一种四连杆机构以实现气缸压缩比的改变，此外美国专利申请US6705255提出了一种可以改变内燃机压缩比的曲轴、US6679203提出了一种可以改变内燃机压缩比的液压装置、US6668768提出了一种可以改变内燃机压缩比的连杆装置、US6510821提出了一种内燃机可变压缩比装置，这类装置大多设有一个偏心连接部位，可以反馈活塞对连杆的不同冲击力，并通过控制活塞行程来改变气缸压缩比。但是，以上这些可变压缩比技术通常需要采用复杂的电子控制技术和复杂的机械或者液压装置，其制作难度较大，生产成本高昂。并且，由于其压缩比随发动机工况变化较为缓慢，一般仅能用于船舶等大型发动机，并不适用于汽车等发动机工况变化较快的场合。

二、压缩比随发动机工况快速变化的状况

压缩比随发动机工况较快速变化一般是通过改变气缸内活塞高度实现的。密歇根大学提出了一种缸内压力激励活塞，该活塞结构允许活塞头部根据缸内压力而自行偏转，随着活塞头部的偏转，缸内的余隙容积也随之增大，这样缸内的有效压缩比就会下降，缸内的爆发压力也就随之下降。公告号为CN2718232Y的中国实用新型专利说明书提出了一种内燃机弹性活塞，其将活塞分为活塞顶和活塞体两部分，在活塞顶和活塞体之间的空腔内布置弹性元件，通过活塞顶感受缸内的压力，当压力大于弹性元件的预紧力时，弹性元件变形使活塞高度减少，从而实现缸内压缩比的改变。此外，英国内燃机研究协会(BICERA)和中国奇瑞汽车股份有限公司提出的可变压缩比活塞都是将活塞分为上、下两部分，在上、下两部分之间的空腔内充入高压油，通过液压补偿或者液压与弹簧的组合方式来改变压缩比。以上可变压缩比技术的关键在于液压变形机构和/或弹性变形元件的结构设计，该结构应满足在气缸内压力未达到预紧力时其刚度较大，而在气缸内压力超过预紧力之后其刚度能够迅速下降，即具有较快的弹性变形能力。针对液压变形机构而言，由于发动机实际燃烧时的压力很高，这给液压机构及其控制系统提出了很高的要求，现有液压机构存在结构复杂、高温密封性能较差、使用寿命较短、响应速度较慢等缺陷，导致活塞变形后的快速复位较为困难。针对弹性变形元件而言，现有的弹性变形元件往往采用普通的压簧，而普通压簧的刚度是无法随气缸内负荷状况而迅速发生较大变化的，并且在活塞上、下两部分之间的狭小空间内布置一个承受巨大气体压力的压簧，对其性能要求是非常高的，目前也未见能够满足上述要求的压簧，可见弹性变形元件的选取同样也很困难。

实用新型内容

本实用新型的目的就是要提供一种结构简单、成本低廉、工作可靠、且其压缩比能够随发动机工况作快速适应性变化的内燃机可变压缩比活塞。

为实现上述目的，本实用新型所设计的内燃机可变压缩比活塞，包括活塞顶和活塞裙，所述活塞顶和活塞裙之间设置有压缩比调节装置。所述压缩比调节装置具有一个调节装置壳体，所述调节装置壳体由固定连接在活塞顶底面上的圆形压盘、位于圆形压盘下方且固定连接在活塞裙顶面上的内圆筒、以及与内圆筒螺纹连接的外圆筒构成，所述外圆筒的筒口处设置有内止环，所述圆形压盘可轴向位移地嵌置在内圆筒的筒口端面和外圆筒的内止环之间。所述调节装置壳体内设置有控制圆形压盘轴向位移的机械弹性变形机构，所述机械弹性变形机构的初始预紧力保持圆形压盘的外缘上面与外圆筒的内止环紧密贴合、且保持圆形压盘的外缘下面与内圆筒的筒口端面之间形成伸缩间隙δ。

本实用新型通过内、外圆筒的螺纹结构设定调节装置壳体的初始伸缩间隙δ，并采用机械弹性变形机构来维持该伸缩间隙δ，由于机械弹性变形机构可以按内燃机的设计需要保持较高的预紧力，故当内燃机在中、低负荷工况运行时，调节装置壳体的伸缩间隙δ能够维持稳定不变；而当内燃机变为高负荷工况运行时，机械弹性变形机构又能够通过其自身变形使调节装置壳体的伸缩间隙δ迅速减小，从而使气缸内的压缩比能够随内燃机工况的变化而快速改变。

作为优选方案之一，所述机械弹性变形机构具有一个圆形斜面驱动盘，所述圆形斜面驱动盘通过其中心孔处的调节螺栓和锁紧螺母固定安装在圆形压盘的下方，所述圆形斜面驱动盘的外侧设置有环形斜面支撑圈，所述环形斜面支撑圈的支撑斜面与圆形斜面驱动盘的驱动斜面围构成的V型环槽内均匀分布有钢珠，所述钢珠的上面设置有弹簧座盘，所述弹簧座盘的底端设置有与钢珠压迫接触的向心斜面，所述弹簧座盘与圆形压盘之间设置有弹性复位元件。当内燃机气缸内的负荷增高到超过机械弹性变形机构的初始预紧力时，弹性复位元件被圆形压盘压缩，与此同时钢珠在弹簧座盘、环形斜面支撑圈和圆形斜面驱动盘的三重挤压引导下作向心移动，进一步增大并锁定弹性复位元件的变形，从而可迅速减小调节装置壳体的伸缩间隙δ。

进一步地，所述圆形斜面驱动盘与内圆筒之间设置有辅助弹性复位元件。当气缸内的压力恢复到机械弹性变形机构设定的预紧力之下时，弹性复位元件和辅助弹性复位元件协同作用，可确保钢珠完全复位，从而使调节装置壳体的伸缩间隙δ恢复到初始安装时的数值。

更进一步地，所述向心斜面由外圈向心斜面和内圈向心斜面连接而成，所述外圈向心斜面的水平倾角小于内圈向心斜面的水平倾角，所述外圈向心斜面与内圈向心斜面的交汇处形成有一圈拐点S。具体设计时，所述外圈向心斜面的水平倾角为10～15°，所述内圈向心斜面的水平倾角为30～35°。对应地，所述支撑斜面的水平倾角为10～15°，所述驱动斜面的水平倾角为40～50°。采用水平倾角不同的两段斜面组成向心斜面，可以使钢珠在向心移动到两段斜面的拐点S时产生陡变，此时弹性复位元件向上的分力大幅度较少，弹性复位元件的变形和弹簧座盘的机械位移迅速增加，从而可降低机械弹性变形机构的整体刚性，提高活塞顶向活塞裙移动的速度，达到及时调节压缩比以控制气缸内高压的目的。

作为优选方案之二，所述机械弹性变形机构具有一个环形摇盘，所述环形摇盘通过其中心孔处的调节螺栓和锁紧螺母活动安装在圆形压盘的下方，所述环形摇盘上沿圆周方向均匀连接有若干钢丝绳，所述若干钢丝绳的另一端分别连接有钢珠，所述钢珠沿圆周方向均匀分布在内圆筒底部内侧的离心斜面上，所述钢珠的上面设置有弹簧座盘，所述弹簧座盘的底面与钢珠压迫接触，所述弹簧座盘与圆形压盘之间设置有弹性复位元件。当内燃机气缸内的负荷增高到超过机械弹性变形机构的初始预紧力时，弹性复位元件被圆形压盘压缩，与此同时钢珠在弹簧座盘和内圆筒底部内侧离心斜面的双重挤压引导下作离心移动，进一步增大并锁定弹性复位元件的变形，从而可迅速减小调节装置壳体的伸缩间隙δ。

进一步地，所述环形摇盘的中心孔下端与调节螺栓的头部接触处采用球面轴承滑动连接结构，以调节若干根钢丝绳之间的不平衡张力，使钢珠的离心移动更趋均匀。

更进一步地，所述离心斜面由外圈离心斜面和内圈离心斜面连接而成，所述外圈离心斜面的水平倾角大于内圈离心斜面的水平倾角，所述外圈离心斜面与内圈离心斜面的交汇处形成有一圈拐点P。具体设计时，所述外圈离心斜面的水平倾角为30～35°，所述内圈离心斜面的水平倾角为10～15°。采用水平倾角不同的两段斜面组成离心斜面，可以使与钢丝绳相连的钢珠在离心移动到两段斜面的拐点P时产生陡变，此时弹性复位元件向上的分力大幅度较少，弹性复位元件的变形和弹簧座盘的机械位移迅速增加，从而可降低机械弹性变形机构的整体刚性，提高活塞顶向活塞裙移动的速度，达到及时调节压缩比以控制气缸内高压的目的。

另外，本实用新型中，所述弹性复位元件或辅助弹性复位元件由多片蝶形弹簧叠加组合而成，可以通过增减蝶形弹簧的片数来灵活调节气缸压缩比和机械弹性变形机构的初始预紧力。当然，也可以在蝶形弹簧和弹簧座盘之间设置调节垫片，通过调节垫片的增减实现压缩比和初始预紧力的调节。

本实用新型的工作原理是这样的：所设计在活塞顶与活塞裙之间的压缩比调节装置由调节装置壳体和机械弹性变形机构组成，机械弹性变形机构较高的预紧力可以通过调节装置壳体在活塞顶与活塞裙之间形成稳定的初始伸缩间隙δ，从而预先提高活塞的压缩比，使得内燃机在中、低负荷工况时以较高的压缩比运行，有效改善内燃机的中、低负荷工况特性，提高内燃机运行的经济性，减少未燃HC的排放。而当内燃机转向高负荷工况、气缸内的压力达到或超过上述预紧力时，机械弹性变形机构能够随之产生快速变形，通过伸缩间隙δ的减小而改变活塞高度，从而自动调节内燃机的压缩容积，控制高负荷工况时气缸内的最高压力和温度，提高内燃机的工作可靠性。

本实用新型的优点在于：采用机械弹性变形机构和可伸缩式调节装置壳体协同控制活塞的高度，一方面在中、低负荷时易于保持机械弹性变形机构具有较大刚度，即维持活塞高度、内燃机的压缩比较高；另一方面在高负荷时机械弹性变形机构能够迅速产生一定的变形，即快速降低活塞高度、内燃机的压缩比随之减小。这样，既克服了现有液压变形机构对负荷变化响应速度慢、活塞变形后无法快速复位的难题，又解决了单一普通压簧的刚度无法随负荷状况变化的不足。例如前述两种优选的机械弹性变形机构，其较高的预紧力由弹性复位元件保证，一旦负荷超过预紧力时，不仅弹性复位元件会快速形变，而且在弹簧座盘的压迫下钢珠也会径向移动，进而带动整个机械部分下移，从而增加了再预紧之后的形变量，确保了活塞能够在负荷超过预紧力时更快更准地改变压缩比。而当负荷降低到预紧力之下时，弹性复位元件的固有特性可以确保活塞高度快速还原。另外，本实用新型结构简单可靠，对元件的密封工艺要求不高，制造成本低廉，特别适合工况变化较快的汽车发动机。

附图说明

图1为实施例1所述的内燃机可变压缩比活塞的主剖视结构示意图；

图2为图1中压缩比调节装置的详细标示结构示意图；

图3为图2中B处的局部放大结构示意图；

图4为实施例2所述的内燃机可变压缩比活塞的主剖视结构示意图；

图5为图4中的A-A剖面结构示意图；

图6为图4中压缩比调节装置的详细标示结构示意图；

图7为图6中C处的局部放大结构示意图；

图8为图6中弹簧座盘的主视结构示意图；

图9为图6中弹簧座盘的仰视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述：

实施例1：

参见图1，图中所示的内燃机可变压缩比活塞，包括活塞顶1、活塞裙2、以及安装在活塞顶1和活塞裙2之间的压缩比调节装置3。

参见图2至图3，压缩比调节装置3包括调节装置壳体4和机械弹性变形机构5。调节装置壳体4由通过防松螺钉固定连接在活塞顶1底面上的圆形压盘4.1、位于圆形压盘4.1下方且通过防松螺钉固定连接在活塞裙2顶面上的内圆筒4.2、以及与内圆筒4.2螺纹连接的外圆筒4.3构成。外圆筒4.3的筒口处设置有内止环4.3.1，圆形压盘4.1可轴向位移地嵌置在内圆筒4.2的筒口端面和外圆筒4.3的内止环4.3.1之间。圆形压盘4.1的顶部设有第一凸台4.1.1，用以与活塞顶1周向定位。圆形压盘4.1和内圆筒4.2之间设置有定位销(图中未示出)，可防止活塞顶1和活塞裙2之间的相对转动。内圆筒4.2的底部设有第二凸台4.2.2，用以与活塞裙2周向定位。

机械弹性变形机构5设置于内圆筒4.2的空腔内。机械弹性变形机构5具有一个圆形斜面驱动盘5.3，圆形斜面驱动盘5.3通过其中心孔处的调节螺栓5.1和锁紧螺母5.2固定安装在圆形压盘4.1的下方。圆形斜面驱动盘5.3的外侧设置有环形斜面支撑圈5.4，环形斜面支撑圈5.4的支撑斜面5.4.1与圆形斜面驱动盘5.3的驱动斜面5.3.1围构成的V型环槽内均匀分布有钢珠5.5。其中，支撑斜面5.4.1的水平倾角为10～15°，驱动斜面5.3.1的水平倾角为40～50°。在本实施例中，支撑斜面5.4.1的水平倾角为10°，驱动斜面5.3.1的水平倾角为45°。钢珠5.5的上面设置有弹簧座盘5.6，弹簧座盘5.6的底端设置有与钢珠5.5压迫接触的向心斜面5.6.1。优选的向心斜面5.6.1由外圈向心斜面5.6.1a和内圈向心斜面5.6.1b连接而成，一般设计中，外圈向心斜面5.6.1a的水平倾角为10～15°，内圈向心斜面5.6.1b的水平倾角为30～35°。在本实施例中，优选外圈向心斜面5.6.1a的水平倾角为10°、内圈向心斜面5.6.1b的水平倾角为30°。在外圈向心斜面5.6.1a与内圈向心斜面5.6.1b的交汇处形成有一圈拐点S。

在弹簧座盘5.6与圆形压盘4.1之间设置有弹性复位元件5.7，在圆形斜面驱动盘5.3与内圆筒4.2之间设置有辅助弹性复位元件5.8。弹性复位元件5.7和辅助弹性复位元件5.8均由多片碟形弹簧叠加组合而成。为了能更好地调节压缩比和初始预紧力，在蝶形弹簧和弹簧座盘5.6之间设置有调节垫片(图中未示出)，通过调节垫片的增减实现压缩比和初始预紧力的调节。

上述机械弹性变形机构5用于控制调节装置壳体4中圆形压盘4.1的轴向位移。机械弹性变形机构5的初始预紧力可以保持圆形压盘4.1的外缘上面与外圆筒4.3的内止环4.3.1紧密贴合，并保持圆形压盘4.1的外缘下面与内圆筒4.2的筒口端面之间形成位移间隙δ。该位移间隙δ由内圆筒4.2和外圆筒4.3的螺纹结构调节设定，并通过机械弹性变形机构5维持，是活塞顶1与活塞裙2之间的最大相对位移。由于机械弹性变形机构5可以按内燃机的设计需要保持较高的预紧力，故当内燃机在中、低负荷工况运行时，调节装置壳体4的伸缩间隙δ能够维持稳定不变；而当内燃机变为高负荷工况运行时，机械弹性变形机构5又能够通过其自身变形使调节装置壳体4的伸缩间隙δ迅速减小，从而使气缸内的压缩比能够随内燃机工况的变化而快速改变。

在本实施例中，弹簧座盘5.6的外圈向心斜面5.6.1a的水平倾角小于内圈向心斜面5.6.1b的水平倾角，两者之间形成有一圈陡变的拐点S，而钢珠5.5在初始状态只受较平的外圈向心斜面5.6.1a的压迫，这样在预紧状态下该结构能够提供较大的预紧力。当加载在活塞顶1上的压力正常时，调节装置壳体4的伸缩间隙δ保持不变。

当加载在活塞顶1上的压力超过由弹性复位元件5.7和辅助弹性复位元件5.8所提供的初始预紧力时，弹性复位元件5.7和辅助弹性复位元件5.8被圆形压盘4.1压缩变形，与此同时钢珠5.5在弹簧座盘5.6、环形斜面支撑圈5.4和圆形斜面驱动盘5.3的三重挤压引导下作向心滚动，弹性复位元件5.7和辅助弹性复位元件5.8被进一步压缩，圆形压盘4.1和内圆筒4.2之间发生垂直机械位移，调节装置壳体4的伸缩间隙δ变小，导致活塞顶1和活塞裙2也产生垂直位移，在钢珠5.5与圆形斜面驱动盘5.3的相互制约下，活塞整体高度降低。

当钢珠5.5由外圈向心斜面5.6.1a处经过拐点S滚动到内圈向心斜面5.6.1b处时，钢珠5.5的滚动轨迹发生陡变，弹性复位元件5.7和辅助弹性复位元件5.8在向上方向上的分力大幅度减少，使得上述弹性变形和机械位移迅速增加，从而快速降低了活塞的整体刚度，迅速减小了调节装置壳体4的伸缩间隙δ，达到了及时调节压缩比以控制气缸内压力的目的。

当加载在活塞顶1上的压力减少到小于弹性复位元件5.7和辅助弹性复位元件5.8的预紧力时，弹性复位元件5.7和辅助弹性复位元件5.8开始恢复，并通过圆形压盘4.1和调节螺栓5.1带动圆形斜面驱动盘5.3上行，从而驱动钢珠5.5作径向离心运动，整个活塞恢复到初始状态。

实施例2：

参见图4，图中所示的内燃机可变压缩比活塞，包括活塞顶1、活塞裙2、以及安装在活塞顶1和活塞裙2之间的压缩比调节装置3。

参见图5至图7，压缩比调节装置3包括调节装置壳体4和机械弹性变形机构5。调节装置壳体4由通过防松螺钉固定连接在活塞顶1底面上的圆形压盘4.1、位于圆形压盘4.1下方且通过防松螺钉固定连接在活塞裙2顶面上的内圆筒4.2、以及与内圆筒4.2螺纹连接的外圆筒4.3构成。外圆筒4.3的筒口处设置有内止环4.3.1，圆形压盘4.1可轴向位移地嵌置在内圆筒4.2的筒口端面和外圆筒4.3的内止环4.3.1之间。圆形压盘4.1的顶部设有第一凸台4.1.1，用以与活塞顶1周向定位。圆形压盘4.1和内圆筒4.2之间设置有定位销(图中未示出)，可防止活塞顶1和活塞裙2之间的相对转动。内圆筒4.2的底部设有第二凸台4.2.2，用以与活塞裙2周向定位。

机械弹性变形机构5设置于内圆筒4.2的空腔内。机械弹性变形机构5具有一个环形摇盘5.10，环形摇盘5.10通过其中心孔处的调节螺栓5.1和锁紧螺母5.2活动安装在圆形压盘4.1的下方。环形摇盘5.10上沿圆周方向均匀连接有若干根钢丝绳5.9，各根钢丝绳5.9的另一端分别连接有钢珠5.5。在本实施例中，钢丝绳5.9有六根，对应的钢珠5.5有六个，各个钢珠5.5沿圆周方向均匀分布在内圆筒4.2底部内侧的离心斜面4.2.1上。优选的离心斜面4.2.1由外圈离心斜面4.2.1a和内圈离心斜面4.2.1b连接而成，外圈离心斜面4.2.1a的水平倾角大于内圈离心斜面4.2.1b的水平倾角。一般设计时，外圈离心斜面4.2.1a的水平倾角为30～35°，内圈离心斜面4.2.1b的水平倾角为10～15°。在本实施例中，外圈离心斜面4.2.1a的水平倾角为30°，内圈离心斜面4.2.1b的水平倾角为10°。外圈离心斜面4.2.1a与内圈离心斜面4.2.1b的交汇处形成有一圈陡变的拐点P。为了调节各根钢丝绳5.9之间的不平衡张力，使钢珠5.5的离心移动更趋均匀，环形摇盘5.10的中心孔下端与调节螺栓5.1的头部接触处采用球面轴承滑动连接结构。在钢珠5.5的上面设置有弹簧座盘5.6，弹簧座盘5.6的底面与钢珠5.5压迫接触。在弹簧座盘5.6与圆形压盘4.1之间设置有弹性复位元件5.7，弹性复位元件5.7由多片碟形弹簧叠加组合而成。

参见图8至图9，弹簧座盘5.6底面沿圆周方向均匀设置有与钢丝绳5.9一一对应的U型固定座5.6.2。每个U型固定座5.6.2的两片U型挡耳之间设有一根圆销5.6.3，钢丝绳5.9从圆销5.6.3上绕过，以免被弹簧座盘5.6中心孔的边缘割坏。

上述机械弹性变形机构5用于控制调节装置壳体4中圆形压盘4.1的轴向位移。机械弹性变形机构5的初始预紧力可以保持圆形压盘4.1的外缘上面与外圆筒4.3的内止环4.3.1紧密贴合，并保持圆形压盘4.1的外缘下面与内圆筒4.2的筒口端面之间形成位移间隙δ。该位移间隙δ由内圆筒4.2和外圆筒4.3的螺纹结构调节设定，并通过机械弹性变形机构5维持，是活塞顶1与活塞裙2之间的最大相对位移。由于机械弹性变形机构5可以按内燃机的设计需要保持较高的预紧力，故当内燃机在中、低负荷工况运行时，调节装置壳体4的伸缩间隙δ能够维持稳定不变；而当内燃机变为高负荷工况运行时，机械弹性变形机构5又能够通过其自身变形使调节装置壳体4的伸缩间隙δ迅速减小，从而使气缸内的压缩比能够随内燃机工况的变化而快速改变。

在本实施例中，安装时可通过内圆筒4.2与外圆筒4.3之间的螺纹结构调节弹性复位元件5.7的初始变形，并通过调节螺栓5.1和环形摇盘5.10确定钢丝绳5.9的初始张力和钢珠5.5的初始位置。当安装完毕后，由于伸缩间隙δ的存在，其压缩比较传统活塞稍高一些。又由于内圆筒4.2的外圈离心斜面4.2.1a的水平倾角大于内圈离心斜面4.2.1b的水平倾角，两者之间形成有一圈陡变的拐点P，而钢珠5.5在初始状态只位于较平的内圈离心斜面4.2.1b上，这样在预紧状态下该结构能够提供较大的预紧力。

当加载在活塞顶1上的压力正常时，气缸内压力低于设定的预紧力，调节装置壳体4的伸缩间隙δ保持不变，活塞顶1和活塞裙2之间没有相对位移，此时本可变压缩比活塞与常规活塞的功能完全相同。

当加载在活塞顶1上的压力超过由弹性复位元件5.7所提供的初始预紧力时，弹性复位元件5.7被圆形压盘4.1压缩变形，与此同时钢珠5.5在弹簧座盘5.6和内圆筒4.2的离心斜面4.2.1的双重挤压引导作用下作离心移动，使弹性复位元件5.7被进一步压缩，圆形压盘4.1和内圆筒4.2之间发生垂直机械位移，调节装置壳体4的伸缩间隙δ变小，导致活塞顶1和活塞裙2也产生垂直位移，在钢珠5.5与内圆筒4.2的离心斜面4.2.1的相互制约下，活塞整体高度降低。

当钢珠5.5由内圈离心斜面4.2.1b处经过拐点P滚动到外圈离心斜面4.2.1a处时，钢珠5.5的滚动轨迹发生陡变，弹性复位元件5.7在向上方向上的分力大幅度减少，使得上述弹性变形和机械位移迅速增加，从而快速降低了活塞的整体刚度，迅速减小了调节装置壳体4的伸缩间隙δ，达到了及时调节压缩比以控制气缸内压力的目的。

当加载在活塞顶1上的压力减少到小于弹性复位元件5.7的预紧力时，弹性复位元件5.7开始恢复，并依次通过圆形压盘4.1、调节螺栓5.1、环形摇盘5.10和钢丝绳5.9带动钢珠5.5作径向向心运动，整个活塞恢复到初始状态。

Claims (10)

1.一种内燃机可变压缩比活塞，包括活塞顶(1)和活塞裙(2)，所述活塞顶(1)和活塞裙(2)之间设置有压缩比调节装置(3)，其特征在于：

所述压缩比调节装置(3)具有一个调节装置壳体(4)，所述调节装置壳体(4)由固定连接在活塞顶(1)底面上的圆形压盘(4.1)、位于圆形压盘(4.1)下方且固定连接在活塞裙(2)顶面上的内圆筒(4.2)、以及与内圆筒(4.2)螺纹连接的外圆筒(4.3)构成，所述外圆筒(4.3)的筒口处设置有内止环(4.3.1)，所述圆形压盘(4.1)可轴向位移地嵌置在内圆筒(4.2)的筒口端面和外圆筒(4.3)的内止环(4.3.1)之间；

所述调节装置壳体(4)内设置有控制圆形压盘(4.1)轴向位移的机械弹性变形机构(5)，所述机械弹性变形机构(5)的初始预紧力保持圆形压盘(4.1)的外缘上面与外圆筒(4.3)的内止环(4.3.1)紧密贴合、且保持圆形压盘(4.1)的外缘下面与内圆筒(4.2)的筒口端面之间形成伸缩间隙δ。

2.根据权利要求1所述的内燃机可变压缩比活塞，其特征在于：所述机械弹性变形机构(5)具有一个圆形斜面驱动盘(5.3)，所述圆形斜面驱动盘(5.3)通过其中心孔处的调节螺栓(5.1)和锁紧螺母(5.2)固定安装在圆形压盘(4.1)的下方，所述圆形斜面驱动盘(5.3)的外侧设置有环形斜面支撑圈(5.4)，所述环形斜面支撑圈(5.4)的支撑斜面(5.4.1)与圆形斜面驱动盘(5.3)的驱动斜面(5.3.1)围构成的V型环槽内均匀分布有钢珠(5.5)，所述钢珠(5.5)的上面设置有弹簧座盘(5.6)，所述弹簧座盘(5.6)的底端设置有与钢珠(5.5)压迫接触的向心斜面(5.6.1)，所述弹簧座盘(5.6)与圆形压盘(4.1)之间设置有弹性复位元件(5.7)。

3.根据权利要求2所述的内燃机可变压缩比活塞，其特征在于：所述圆形斜面驱动盘(5.3)与内圆筒(4.2)之间设置有辅助弹性复位元件(5.8)。

4.根据权利要求2或3所述的内燃机可变压缩比活塞，其特征在于：所述向心斜面(5.6.1)由外圈向心斜面(5.6.1a)和内圈向心斜面(5.6.1b)连接而成，所述外圈向心斜面(5.6.1a)的水平倾角小于内圈向心斜面(5.6.1b)的水平倾角，所述外圈向心斜面(5.6.1a)与内圈向心斜面(5.6.1b)的交汇处形成有一圈拐点(S)。

5.根据权利要求4所述的内燃机可变压缩比活塞，其特征在于：所述外圈向心斜面(5.6.1a)的水平倾角为10～15°，所述内圈向心斜面(5.6.1b)的水平倾角为30～35°；所述支撑斜面(5.4.1)的水平倾角为10～15°，所述驱动斜面(5.3.1)的水平倾角为40～50°。

6.根据权利要求1所述的内燃机可变压缩比活塞，其特征在于：所述机械弹性变形机构(5)具有一个环形摇盘(5.10)，所述环形摇盘(5.10)通过其中心孔处的调节螺栓(5.1)和锁紧螺母(5.2)活动安装在圆形压盘(4.1)的下方，所述环形摇盘(5.10)上沿圆周方向均匀连接有若干钢丝绳(5.9)，所述若干钢丝绳(5.9)的另一端分别连接有钢珠(5.5)，所述钢珠(5.5)沿圆周方向均匀分布在内圆筒(4.2)底部内侧的离心斜面(4.2.1)上，所述钢珠(5.5)的上面设置有弹簧座盘(5.6)，所述弹簧座盘(5.6)的底面与钢珠(5.5)压迫接触，所述弹簧座盘(5.6)与圆形压盘(4.1)之间设置有弹性复位元件(5.7)。

7.根据权利要求6所述的内燃机可变压缩比活塞，其特征在于：所述环形摇盘(5.10)的中心孔下端与调节螺栓(5.1)的头部接触处采用球面轴承滑动连接结构。

8.根据权利要求6或7所述的内燃机可变压缩比活塞，其特征在于：所述离心斜面(4.2.1)由外圈离心斜面(4.2.1a)和内圈离心斜面(4.2.1b)连接而成，所述外圈离心斜面(4.2.1a)的水平倾角大于内圈离心斜面(4.2.1b)的水平倾角，所述外圈离心斜面(4.2.1a)与内圈离心斜面(4.2.1b)的交汇处形成有一圈拐点(P)。

9.根据权利要求8所述的内燃机可变压缩比活塞，其特征在于：所述外圈离心斜面(4.2.1a)的水平倾角为30～35°，所述内圈离心斜面(4.2.1b)的水平倾角为10～15°。

10.根据权利要求2或3或6或7所述的内燃机可变压缩比活塞，其特征在于：所述弹性复位元件(5.7)或辅助弹性复位元件(5.8)由多片蝶形弹簧叠加组合而成。

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