CN203009064U - 自泵式可调压缩比发动机活塞 - Google Patents

Abstract

一种自泵式可调压缩比发动机活塞，其特征是，活塞为双作用液压缸形式，活塞上安装有双动式主控滑（4），主控阀为滑套式三位三通阀，阀套（4-1）和阀芯（4-2）分别安装在不同的运动件上，阀套上有入口和密封段，入口分别与上、下液压缸相通，阀芯上有连通槽，连通槽上的出口通过单向阀与上下液压缸相通，阀套与阀芯相对上下移动，可以使主控阀上、下入口与上、下液压缸相通，上、下液压缸中的液压油依靠连杆的拉力或推力向对方液压缸流动，从而关闭上、下入口，转动或上下移动阀心可以实现活塞高度的调整。

Description

自泵式可调压缩比发动机活塞

技术领域

本发明属于发动机配件领域，尤其是采用液压式的可调压缩比发动机活塞。 

背景技术

汽油发动机随着负荷减小，进气量减小，发动机点火时的压力降低，理论热机效率降低，如果发动机的压缩比随着负荷调整而调整，发动机的理论热机效率就不降低，现有的变压缩比发动机主要方案和特点为：（1）移动缸盖式,通过缸盖上下移动来调整压缩比，有液压式和电机式，主要问题是缸盖上重要部件多，缸盖的移动也带动其上的凸轮等机构移动，结构复杂，缸内工作压力大，缸盖与缸体要实现动密封，难度大，成本高；（2）活动曲柄臂式，在曲柄臂上安装液压缸，表面上可行，实际上，曲柄体积小，小体积的液压缸的工作压力要很高，材料性能，密封均有问题，安装机械调整机构，主要问题是安装空间小、实时调整困难；（3）活动活塞式，在活塞上安装液压缸，分为在弹簧配合下的单液压缸和双液压缸式，由于活塞是高速运动部件，主要问题是高压液压油输送难度大，为了保证响应速度，高压液压泵要均高功率，或采用储能方式，发动机成本增加较多；（4）移动曲轴式，将曲轴安装在活塞滑块上或偏心装置上，主要问题与移动缸盖式相近。还有在活塞、连杆和曲柄臂安装弹簧的，由于发动机工件工作在变作用力下，弹簧要很好的工作必须与作用力的相位很好配合，同时发动机转速又是在很宽范围内变化，各种利用弹簧来调整压缩比的方案基本上不可行。 

发明内容

本发明解决液压式的可调压缩比发动机活塞液压油输送和控制的问题。 

本发明的具体方案为：在发动机上的活塞上设置双作用式的液压缸，外活塞与缸盖构成液压缸缸体，液压缸的内活塞将液压缸分为上、下液压缸，活塞销座固定在内活塞上；在装置上安装双动式主控阀，主控阀为滑套式三位三通液压阀，阀套和阀芯分别安装在不同的运动件上，基本方案为：阀套固定安装在液压缸的内活塞上，阀芯安装在液压缸的缸盖上，并且阀芯可上、下移动或转动。主控阀的阀套两端为入口，分别与上、下缸体相通，中间为密封段，阀芯两端为密封段，中间为连通槽，连通槽上有出口，与两个单向阀相通，单向阀出口分别与上、下缸体相通，中间密封段的高度刚好有一个位置可以确保使连通槽与两端为入口（4-6）之间完全关闭；阀套与阀芯相对上下移动，可以使连通槽分别通过上、下入口与上、下液压缸相通。 

活塞上还安装有二个单向补液阀，补液阀的入口与活塞销座的润滑油相通，补液阀的出口与分别与上、下液压缸相通。 

阀芯上固定有传动轴，传动轴受驱动机构驱动。 

连通槽有两种形式，第一种是普通的环槽式，其基本结构与普通的三位三通阀相似，与之相对应的阀套为入口可以为直槽入口也可为环槽入口，阀芯与安装基体之间可上、下移动；第二种为螺旋槽式，与之相对应的阀套为入口为直槽入口，阀芯与安装基体之间可转动，当转动阀芯时，阀套上的直槽入口与螺旋槽的相对高度发生变化，相当于第一种阀芯上、下移动。 

当连通槽与上入口相通，并且上缸压力高于下缸压力时，液压油从上缸流向下缸，液压缸的活塞向上运动，并且带动主控阀芯向上运动，最终关闭上缸入口，同样，当连通槽与下入口相通时，并且下缸压力高于上缸压力时，液压油从下缸流向上缸，并且带动主控阀芯向上运动，最终关闭下缸入口。由于活塞在工作过程中受力为压力和拉力交替变化，两缸的压力也是交替变化的，所以阀套上的密封段与阀芯上的连通槽具有自动对准功能，通过上下移动阀芯或转动阀芯来调整连通槽的相对位置，就可以调整液压缸活塞的相对位置，从而调整了活塞高度。 

上述主控阀的密封段和连通槽可相互交换，阀套与阀芯的安装位装置也可交换，驱动阀芯也可改为驱动阀套。 

连通槽上的出口也可设置在阀套的密封段上，阀芯在活塞转动或直线移动速度不可过高，以确保上、下两个入口不同时通过连通槽直接连通为原则，上述可选的出口设置在阀套的密封段的方案会减小的阀芯允可的运动速度，所以不建议。 

为了预防液压缸中液体在压力作用下渗漏，在装置上安装单向阀补液阀，入口与连杆上的润滑油孔相通，出口与上、下液压缸相通，当缸内压力低于润滑油压力时向缸内补液。 

[00012 转动式阀芯可采用电动式、凸轮推杆式或长滑键轴式，采用电动式的供电线路可采用滑动触头或弹性连接线，采用电动式驱动时建议增加一个回位弹簧和相应限位机构，电动机失效时，弹簧使阀芯保持在安全位置，如果电动机可靠性高，回位弹簧就不是必须的。

直线移动式阀芯可采用丝扣加纵向滑键安装，将直线运动转换为旋转运动，可采用电动式，凸轮推杆式或长滑键轴式驱动，当然直线移动式可采用多种连杆、凸轮等机构。 

为了让活塞装配初起无液压油时不自由活动，可选择在液压缸活塞两边安装弹簧，此弹簧为轻弹，以人力可压动为限，但不是必须的。 

本发明有益效果为：本发明使控制活塞高度的主要液压油可控地通过自身的活塞泵的作用，在两个液压缸之间流动，不需要高压的液压油，减小了液压管路和液压系统的难度，双动式液压阀中的一个部件为主动件，另一个部件起到了传感器和执行器的作用，增加了系统可靠性。 

附图说明

 图1是自泵式可调压缩比发动机活塞外观图，图2是剖面位置图，图3是A—A剖面图，图4 是B－B剖面图，图5是C－C剖面图，图6是转动式主控阀立体图，图7是转动式主控阀阀套图，图8是转动式主控阀阀芯图，图9是直线移动式主控阀结构图，图10是主控阀凸轮推杆结构图，图11是主控阀滑键长轴驱动结构图。 

具体实施方式

图3中为图2中的A－A剖面，说明了自泵式可调压缩比发动机活塞主要结构，说明了图中（1）为外活塞，为带顶的筒状结构，有活塞顶（1-1），活塞环岸（1-2），活塞环槽（1-3）以及带丝扣的活塞裙（1-4）；活塞缸盖（3），为环状结构，活塞缸盖本体（3-1）外周通过丝扣（3-3）与外活塞裙部固定，内壁与液压缸活塞杆（2-2）滑动配合，内壁有安装有密封环（3-4），活塞缸盖上表面安装有弹簧（3-2）；液压缸内活塞（2）整体上由活塞本体（2-1），和活塞杆（2-2）和活塞销座（2-3）构成，活塞本体外周安装有密封环（2-4）与外活塞内壁滑动配合，活塞销座上有补液孔（2-5），活塞本体上分布有减重槽（2-6）， 中心有减重孔（2-7），减重槽（2-6）和减重孔（2-7）不是必须的，本体上端面安装有弹簧(2-8)，液压缸活塞之上为上液压缸，液压缸活塞之下为下液压缸。 

结合图3、图6、图7、图8说明主控阀结构，主控阀（4）的阀套（4-1）与活塞本体（2-1）为一体，为圆筒状，两端各开有两个对称入口直槽（4-6），中间为密封段（4-7)，阀芯（4-2）为圆筒状与阀套（4-1）同心滑动配合，在液压缸盖上有阀芯安装座孔（4-16）阀芯（4-2）与安装座孔（4-16）同心滑动配，安装座孔（4-16）上部有较大的孔，与阀套（4-1）同心间隙配合，允许阀套（4-1）在安装座孔（4-16）上部上下移动，阀芯（4-2）外壁中部分布螺旋形连通槽（4-3），连通槽内有出口（4-4），出口（4-4）与阀芯中心孔（4-5）相通，阀芯中心孔（4-5）相通，下部通过侧孔（4-9）、环槽（4-8）与下单向阀入口（7-5）相通，阀芯中心孔（4-5）通过横向槽（4-17）与上单向阀（8）入口（8-3）相通，连通槽（4-3）在入口直槽（4-6）相对应的扇面内的高度，略小于密封段（4-7）的高度，具体取决于加工精度和控制精度要求，以保证在阀芯在不同角度均存在一个适当的阀套位置使入口直槽（4-6）与连通槽（4-3）之间为关闭状态，图9显示了直线移动式主控阀，其结构与标准滑套式三位三通阀相同，与转动式阀芯不同之处为螺旋形连通槽（4-3）变为环形连通槽（4-3a），方案中入口直槽（4-6）和螺旋形连通槽（4-3）为对称设置。 

单向阀（7）与普通单向阀相同，包括阀体（7-1）、阀球（7-2）、弹簧（7-3）、堵头（7-4）入口（7-5）、出口（7-6），出口（7-6）通过阀芯与安装座孔（4-16）之间的间隙以及阀套（4-1）与安装座孔（4-16）之间的间隙与下液压缸相通。 

单向阀（8）与普通单向阀相同，包括阀体（8-2）、阀球（8-2）、弹簧（8-4）、空心堵头（8-5）、入口（8-3）、空心堵头（8-5）直接与上液压缸相通。 

图中单向阀（7）和单向阀（8）安装位置没有严格要求，图中单向阀弹簧轴线是与垂直设置，为了减小阀球加速度的影响，可选择将弹簧轴线水平设置。 

 图1和图3说明了主控阀电驱动的结构，传动轴（4-11）固定在阀芯（4-2）上，传动轴顶端安装齿轮（4-15），轮齿（4-15）安装有定位销（4-14），基座上安装有定位档块（4-12），弹簧（4-10）同心安装在传动轴（4-11）上，两个弹簧力臂（4-13）分别压在定位销（4-14）和定位档块（4-12），使阀芯（4-2）保持在初始位置，步进电机（6）的机体安装在液压缸盖上，机体（6-1）与传动轴（4-11）平行，步进电机轴（6-2）上安装齿轮（6-3），齿轮（6-3）与轮齿（4-15）配合。 

图4说明了单向补液阀的结构之一，图中两个单向阀（5）安装在液压缸两边，其结构与普通单向阀相同，由阀套（5-1），进液道（5-4）(5-8)，阀球（5-2）弹簧（5-3），带孔弹簧座（5-5）进液道（5-8）与活塞销的润滑油孔相通，靠上边的单向阀（5a）的带孔弹簧座（5-5）上的出口直接与上液压缸相通，靠下边的单向阀（5）的带孔弹簧座（5-5）的上部安装有堵头（5-6），与上液压缸隔开，通过侧孔（5-7）与下液压缸相通。单向补液阀与普通单向阀相同，安装位置没有特殊要求。 

图10说明了主控阀凸轮推杆结构，在传动轴(4-11)安装带梯形槽的滑道（4-15），与传动轴同心安装带锥形齿的推杆（4-16），滑道（4-15）和推杆（4-16）距离为行程减去滑道（4-15）的高度，活塞上、下运动过程中，当推杆（4-16）可转动一定角度，并且推杆（4-16）的锥形齿仍在带梯形槽的滑道（4-15）所包含的范围内时，推杆（4-16）的锥形齿会推动滑道（4-15）转动，以上结构由于阀芯在大多数时间处于自由状态，在传动轴（4-11）上可采用增加磨擦套的方式使阀心稳定，滑道和推杆可交换位置。 

图11说明了主控阀滑键长轴驱动结构，在传动轴（4-11）底部安装长滑槽传动轴（4-17），同时同心安装与长滑槽传动轴（4-17）相配合的长滑键传动套（4-18），活塞上、下运动过程中，长滑槽传动轴（4-17）在长滑键传动套（4-18）内滑动，通过转动的方法驱动阀芯。 

以上提供了三种主控阀的驱动方式，按此思路和现有技术还可以想出多种推杆、凸轮等形式，不是本发明重点，不再一一介绍。 

Claims (8)

1.一种自泵式可调压缩比发动机活塞，其特征是，活塞为双作用液压缸形式，外活塞与缸盖构成液压缸缸体，液压缸的内活塞将液压缸分为上、下液压缸，活塞销座与液压缸的内活塞固定在一起；活塞上安装有双动式主控阀，主控阀为滑套式三位三通阀，阀套和阀芯分别安装在不同的运动件上，基本方案是：三位三通阀的阀套（4-1）固定在内活塞（2）上，阀芯安装在缸盖（3）上，阀芯（4-2）与缸盖之间可直线运动或转动；阀套（4-1）两端为入口（4-6），中间为密封段（4-7），上入口与上液压缸相通，下入口与下液压缸相通，阀芯中部外周分布连通槽（4-3），连通槽（4-3）有出口（4-4），出口（4-4）与二个单向阀入口相通，二个单向阀的出口分别与上、下液压缸相通；中间密封段（4-7）的高度刚好有一个位置可以确保使连通槽（4-3）与两端为入口（4-6）之间完全关闭；阀套与阀芯相对上下移动，可以使连通槽（4-3）分别通过上、下入口与上、下液压缸相通；活塞上还安装有二个单向补液阀，补液阀的入口与活塞销座的润滑油相通，补液阀的出口与分别与上、下液压缸相通，阀芯上固定有传动轴，传动轴受驱动机构驱动。

2.根据权利要求1所述的自泵式可调压缩比发动机活塞，其特征是阀芯的连通槽（4-3）为为螺旋槽式，与之相对应的阀套入口为直槽入口，阀芯与安装基体之间可转动，当转动阀芯时，阀套上的直槽入口与螺旋槽的相对高度发生变化。

3.根据权利要求1所述的自泵式可调压缩比发动机活塞，其特征是阀套上的入口和密封段与阀芯上的连通槽和出口可相互交换。

4.根据权利要求1所述的自泵式可调压缩比发动机活塞，其特征是阀套可以与阀芯交换安装位置。

5.根据权利要求1所述的自泵式可调压缩比发动机活塞，其特征是可以改驱动阀芯为驱动阀套。

6.根据权利要求1所述的自泵式可调压缩比发动机活塞，其特征是主控阀的驱动方式为电驱动，传动轴（4-11）固定在阀芯（4-2）上，传动轴顶端安装齿轮（4-15），轮齿（4-15）安装有定位销（4-14），基座上安装有定位档块（4-12），弹簧（4-10）同心安装在传动轴（4-11）上，两个弹簧力臂（4-13）分别压在定位销（4-14）和定位档块（4-12），使阀芯（4-2）保持在初始位置，步进电机（6）的机体安装在液压缸盖上，机体（6-1）与传动轴（4-11）平行，步进电机轴（6-2）上安装齿轮（6-3），齿轮（6-3）与轮齿（4-15）配合。

7.根据权利要求1所述的自泵式可调压缩比发动机活塞，其特征是主控阀的驱动方式为凸轮推杆驱动，在传动轴(4-11)安装带梯形槽的滑道（4-15），与传动轴同心安装带锥形齿的推杆（4-16），滑道（4-15）和推杆（4-16）距离为行程减去滑道（4-15）的高度，活塞上、下运动过程中，当推杆（4-16）可转动一定角度，并且推杆（4-16）的锥形齿仍在带梯形槽的滑道（4-15）所包含的范围内时，推杆（4-16）的锥形齿会推动滑道（4-15）转动。

8. 根据权利要求1所述的自泵式可调压缩比发动机活塞，其特征是主控阀的驱动方式为滑键长轴驱动，在传动轴（4-11）底部安装长滑槽传动轴（4-17），同时同心安装与长滑槽传动轴（4-17）相配合的长滑键传动套（4-18），活塞上、下运动过程中，长滑槽传动轴（4-17）在长滑键传动套（4-18）内滑动，通过转动长轴的方法驱动阀芯 。

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