CN203867720U - 气缸盖、可变压缩比发动机和汽车 - Google Patents

Abstract

一种气缸盖、可变压缩比发动机和汽车，其中气缸盖包括盖体；位于盖体中且用于连通气缸燃烧室的通孔；位于通孔内且可在通孔内往复移动的活塞，活塞沿轴向方向包括密封部、齿轮部和螺纹部，密封部位于活塞靠近气缸燃烧室的端部且密封通孔，齿轮部外圆周面具有周向间隔分布的若干条形齿，螺纹部外表面具有外螺纹；与活塞垂直的蜗杆，蜗杆位于盖体中且至少一端位于盖体外，蜗杆的螺旋齿与齿轮部的条形齿啮合；与活塞的螺纹部周向相对的通孔内壁设置有内螺纹，内螺纹和外螺纹能够旋拧配合。本技术方案的可变压缩比发动机的结构简单、操作方便，并通过调节压缩比来避免发动机高负荷时产生爆震，并在低负荷时提高燃油效率。

Description

气缸盖、可变压缩比发动机和汽车

技术领域

本实用新型涉及汽车制造领域，特别涉及一种气缸盖、可变压缩比发动机和汽车。

背景技术

在现有汽车用发动机中，压缩比是发动机中一个非常重要的概念，压缩比表示了气缸中气体的压缩程度，它是气缸中气体压缩前的容积与气体压缩后的容积之比，即气缸总容积与燃烧室容积之比称为压缩比。增加压缩比，可以提高气缸压力和燃烧效率，但是容易引起发动机的爆震，爆震是指气缸内的压力超过了临界值，汽油因为压缩而在点火之前被点燃，这会对发动机带来很大的伤害。所以，在发动机处于低负荷时，希望通过增加压缩比来提高燃烧效率，而高负荷时，希望降低压缩比来防止爆震和改善燃烧效率。

现代发动机中，气缸总容积是基本恒定的，且在发动机工作过程中是无法改变的。因此，当前的可变压缩比技术，通常是通过改变气缸燃烧室容积和改变气缸中活塞上止点位置来实现，例如改变活塞上止点位置可以改变气缸燃烧室容积，进而改变压缩比。现有改变活塞上止点位置往往需要将连杆和曲轴的曲拐改变为4连杆机构，同时增加控制机构，标致MCE-5发动机就是采用该现有技术。另外，萨博SVC可变压缩比技术是通过改变气缸盖和缸体的相对位置来实现活塞上止点位置的。但是，现有可变压缩比机构结构复杂、操作困难。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是，现有可变压缩比机构结构复杂、操作困难。

为解决上述问题，本实用新型提供一种气缸盖，该气缸盖包括：

盖体；

位于所述盖体中且用于连通气缸燃烧室的通孔；

位于所述通孔内且可在通孔内往复移动的活塞，所述活塞沿轴向方向包括密封部、齿轮部和螺纹部，所述密封部位于活塞靠近气缸燃烧室的端部且密封通孔，所述齿轮部外圆周面具有周向间隔分布的若干条形齿，所述螺纹部外表面具有外螺纹；

与所述活塞垂直的蜗杆，所述蜗杆位于所述盖体中且至少一端位于盖体外，所述蜗杆的螺旋齿与齿轮部的条形齿啮合；

与所述活塞的螺纹部周向相对的通孔内壁设置有内螺纹，所述内螺纹和外螺纹能够旋拧配合。

可选地，在所述蜗杆位于盖体外的一端连接有控制电机，所述控制电机控制蜗杆绕中轴线转动以带动活塞周向转动。

可选地，所述齿轮部位于密封部和螺纹部之间，或者，所述螺纹部位于齿轮部和密封部之间。

可选地，在所述密封部和通孔的相向周面之间设置有油封。

可选地，还包括套装在所述密封部上的活塞环，所述活塞环与油封轴向相互隔开。

可选地，所述活塞环与活塞外表面连接，或者所述活塞环与通孔内壁连接。

可选地，在所述密封部外表面套设有防摩擦环，所述防摩擦环与活塞环和油封轴向相互隔开。

可选地，所述发动机的气缸具有多个，对应每个气缸设置有一个活塞，所述蜗杆可带动所有活塞同步移动。

可选地，所述控制电机为步进电机，所述蜗杆与步进电机的转子连接。

可选地，所述条形齿延伸方向与活塞中轴线平行，或者所述条形齿相对活塞中轴线倾斜。

本实用新型还提供一种可变压缩比发动机，该可变压缩比发动机包括上述任一所述的气缸盖，所述气缸盖与气缸体开口连接。

可选地，还包括火花塞和点火线圈，所述火花塞顶板与点火线圈电连接；

所述活塞中形成有活塞腔，所述活塞腔轴向贯通活塞，所述火花塞位于所述活塞腔中且其放电一端指向气缸燃烧室，并与所述活塞腔内壁连接。

可选地，所述火花塞与活塞腔内壁之间为螺纹连接。

可选地，所述点火线圈与火花塞顶板电连接的一端具有绝缘管，所述绝缘管伸入至活塞腔中并包围部分高度的火花塞；

在所述火花塞顶板与绝缘管顶端之间设置有弹簧，所述弹簧轴向一端与点火线圈电连接，另一端连接有碳晶，所述碳晶与火花塞顶板接触。

本实用新型还提供一种汽车，该汽车包括上述任一所述的可变压缩比发动机。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

蜗杆与活塞之间为蜗杆传动，在蜗杆旋转时，活塞相对通孔可沿轴向移动以调整气缸燃烧室的容积，实现调节压缩比和气缸压力的目的。本技术方案的可变压缩比发动机的结构简单、操作方便，并通过调节压缩比来避免发动机高负荷时产生爆震，并在低负荷时提高燃油效率。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例的气缸盖的剖面结构示意图；

图2是本实用新型具体实施例的活塞和蜗杆的立体结构图；

图3是本实用新型具体实施例的气缸盖的立体剖视图；

图4是本实用新型具体实施例的活塞的立体剖视图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

发动机是一整套动力输出设备，现有发动机包括气缸，气缸包括气缸盖和气缸体，气缸体靠近气缸盖的部分为气缸燃烧室。发动机工作主要包括四冲程，在点火冲程中，气缸中的活塞向气缸盖运动至活塞上止点，并将空气和燃油的混合气体挤压在气缸燃烧室，同时火花塞放电将燃油点燃。

在本实施例中，在现有气缸盖基础上进行了改进，在改进的气缸盖基础上形成了可变压缩比发动机，该可变压缩比发动机具有调节压缩比和气缸压力的功能。

参照图1、图2，气缸盖包括：

盖体1；

位于盖体1中且用于连通气缸燃烧室10的通孔2；

位于通孔2中且可在通孔2内往复移动的活塞3，活塞3呈圆柱形，活塞3沿轴向分为密封部31、螺纹部32和齿轮部33，其中齿轮部33和密封部31之间为螺纹部32，密封部31位于活塞3靠近气缸燃烧室10的端部且密封通孔2，齿轮部33外圆周面具有周向间隔分布的若干条形齿330，螺纹部32外表面具有外螺纹320；

与活塞3垂直的蜗杆4，蜗杆4位于盖体1中且至少一端位于盖体1外，蜗杆4的螺旋齿41与齿轮部33径向相对并可与条形齿330啮合形成蜗杆传动；

与活塞3的螺纹部32周向相对的通孔2内壁设置有内螺纹21，内螺纹21能够和螺纹部32的外螺纹320旋拧配合。当活塞3周向转动时，通孔内螺纹21和活塞外螺纹320相互配合以使活塞3沿轴向移动。

相应地，在蜗杆4位于盖体1外的一端连接有控制电机5，控制电机5控制蜗杆4绕中轴线转动以带动活塞3周向转动。由于活塞3的螺纹部32与周向相向的通孔内部之间为螺纹配合，活塞3周向转动时还沿轴向移动。

需要说明的是，参照图2，通常一个发动机具有多个气缸，那么对应每个气缸设置一个活塞3，多个气缸设置有多个活塞3，这样，在蜗杆4上对应每个活塞3设置有一组螺旋齿41，一个蜗杆4可带动所有活塞3同步转动。

使用本实施例的气缸盖可形成可变压缩比发动机，气缸盖与气缸体开口连接。本实施例的可变压缩发动机的工作原理为：

当控制电机5驱动蜗杆4顺时针旋转，借助螺旋齿41与条形齿330配合，蜗杆4带动活塞3绕其中轴线按第一旋转方向转动，同时活塞3外螺纹与通孔2内螺纹之间的螺纹配合使活塞3相对通孔2沿轴向第一方向移动；

当控制电机5驱动蜗杆4逆时针旋转，蜗杆4带动活塞3绕其中轴线按第二旋转方向转动，该第二旋转方向与上述第一旋转方向相反，同时活塞3相对通孔2沿轴向第二方向转动，该第二方向与上述第一方向相反。通过调整蜗杆4的旋转方向可实现调整第一旋转方向和第二旋转方向，并进一步调整第一方向和第二方向，例如第一方向为轴向向上，而第二方向为轴向向下。

这样，通过控制活塞沿轴向移动可调整气缸燃烧室的容积，进而改变压缩比、气缸燃烧室压力。例如，当活塞沿轴向向上移动时，气缸燃烧室的容积增大，压缩比和气缸燃烧室压力减小；当活塞沿轴向向下移动时，气缸燃烧室的容积减小，压缩比和气缸燃烧室压力增大。

在发动机工作时，如果发动机处于高负荷，气缸燃烧室的压缩比很高、压力较大，这时通过控制活塞沿轴向向上移动以适当降低压缩比、气缸燃烧室压力，来防止产生爆震；如果发动机处于低负荷，气缸燃烧室的压缩比较低、压力较小，通过控制活塞沿轴向向下移动以适当增大压缩比、气缸燃烧室压力，来提高燃油燃烧效率，而且此时气缸的进气量减小，使得燃烧废气的排量降低，减少了废气排放。

在具体应用中，可将控制电机与汽车的电子控制单元连接，电子控制单元将根据获得的发动机工作状态控制控制电机的旋转方向、速度，以实现适时调节压缩比、气缸燃烧室压力。

与现有技术相比，本实施例的可变压缩比发动机的结构简单、操作简便。

另外，对压缩比、气缸燃烧室压力的适时调节，使气缸对油品类型不再敏感。为本领域技术人员所熟知，油品的辛烷值是燃油抗爆震的指标，辛烷值越高，抗爆震性越强，在发动机具有较大压缩比而又需要避免爆震时，现有发动机通常使用辛烷值较高的油品。而使用本实施例的可变压缩比发动机，可实现适时调节压缩比、气缸燃烧压力，降低了气缸对油品类型的依赖。

参照图1，在本实施例中，螺纹部32位于齿轮部33和密封部31之间。在其他实施例中，还可以是：齿轮部位于螺纹部和密封部之间。

在图2中，条形齿330相对活塞3中轴线略微倾斜。在其他实施例中，条形齿延伸方向还可与活塞中轴线平行。需要说明的是，当活塞3沿轴向移动时，蜗杆4上的螺旋齿41与活塞3的条形齿330之间会有相对滑移，因此在应用过程中，可通过设置相邻两条形齿330之间的宽度，来保证活塞螺旋齿与条形齿之间不会发生运动干涉。

另外，考虑到通孔具有漏油的危险，可以使密封部表面与径向相对的通孔内壁紧密接触，实现密封，避免漏油。参照图2，还可以是：在密封部31和通孔2的相向周面之间设置有油封6，油封6靠近螺纹部32可更好地防止气缸中燃油通过通孔泄露。

在具体实施例中，气缸盖还包括套装在密封部31上的活塞环7，活塞环7与油封6轴向相互隔开，且活塞环7比油封6更靠近气缸燃烧室10。具体地，在活塞3位于密封部31部分的外表面设置有活塞槽(未图示)，将活塞环7嵌入活塞槽中，实现活塞环7与活塞3连接。在其他实施例中，也可设置活塞环与通孔内壁连接。活塞环7和油封6共同起到密封作用，更有效防止油漏。

在本实施例中，在活塞3的密封部31外表面套设有防摩擦环8，防摩擦环8全包围密封部31外表面，并与活塞环7和油封6相互隔开。参照图1，防摩擦环8将密封部31外表面和周向相对的通孔内壁隔开，避免活塞3沿轴向移动和周向转动时会与通孔内壁因接触而产生摩擦损伤。

在具体实施例中，控制电机5为步进电机，步进电机的转子与蜗杆4位于盖体1外的一端连接。

为本领域技术人员所公知，发动机还包括集成在气缸盖中的喷油嘴和火花塞，喷油嘴和火花塞放电的一端相对，这样火花塞放电点燃喷油嘴喷出的燃油。使用本实施例的可变压缩比发动机，可将火花塞、喷油嘴与通孔相互隔开。

在具体实施例中，还可将火花塞集成到活塞中。

参照图1、图3、图4，可变压缩比发动机还包括火花塞11和点火线圈15，火花塞顶板111与点火线圈15顶端电连接。在活塞3中形成有轴向贯穿活塞3的活塞腔13，火花塞11位于活塞腔13中且其放电一端指向气缸燃烧室10。在火花塞11放电端部外表面设置有外螺纹，与火花塞11的外螺纹表面周向相向的活塞腔13内壁设置有内螺纹，该内螺纹与火花塞11的外螺纹可形成螺纹连接。这样，火花塞11是与活塞3同步转动的。

在本实施例中，将火花塞11集成到活塞3中形成紧密结构，可节省安装空间。尤其对小排量发动机，各个部件的物理尺寸较小且安装空间有限，使用紧密结构形式，能有效解决安装空间不足问题。相应地，针对火花塞11位置变化，可适当调整集成于盖体1中的喷油嘴(图中未示出)位置以使两者相对。

另外，在点火线圈15与火花塞11电连接的一端设置有绝缘管151，绝缘管151包围部分高度火花塞并深入至活塞腔13中，绝缘管151具有绝缘隔离作用，防止漏电。

考虑到点火线圈15是固定的，而火花塞11是可随活塞3同步运动的，点火线圈15与火花塞11之间的电连接形式为：

在火花塞顶板111与绝缘管151顶端之间设置有弹簧16，弹簧16轴向一端与点火线圈15的传输线电连接，另一端连接有一碳晶17，碳晶17与火花塞顶板111是始终紧密接触的，以保证点火线圈15不会随火花塞11移动。而且，无论火花塞11远离弹簧16移动或朝向弹簧16移动，碳晶17始终与火花塞顶板111接触。这样，点火线圈15输出的高压通过传输线、弹簧、碳晶至火花塞11，驱动火花塞11放电点火。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种气缸盖，其特征在于，包括：

盖体；

位于所述盖体中且用于连通气缸燃烧室的通孔；

位于所述通孔内且可在通孔内往复移动的活塞，所述活塞沿轴向方向包括密封部、齿轮部和螺纹部，所述密封部位于活塞靠近气缸燃烧室的端部且密封通孔，所述齿轮部外圆周面具有周向间隔分布的若干条形齿，所述螺纹部外表面具有外螺纹；

与所述活塞垂直的蜗杆，所述蜗杆位于所述盖体中且至少一端位于盖体外，所述蜗杆的螺旋齿与齿轮部的条形齿啮合；

与所述活塞的螺纹部周向相对的通孔内壁设置有内螺纹，所述内螺纹和外螺纹能够旋拧配合。

2.如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，在所述蜗杆位于盖体外的一端连接有控制电机，所述控制电机控制蜗杆绕中轴线转动以带动活塞周向转动。

3.如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述齿轮部位于密封部和螺纹部之间，或者，所述螺纹部位于齿轮部和密封部之间。

4.如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，在所述密封部和通孔的相向周面之间设置有油封。

5.如权利要求4所述的气缸盖，其特征在于，还包括套装在所述密封部上的活塞环，所述活塞环与油封轴向相互隔开。

6.如权利要求5所述的气缸盖，其特征在于，所述活塞环与活塞外表面连接，或者所述活塞环与通孔内壁连接。

7.如权利要求5所述的气缸盖，其特征在于，在所述密封部外表面套设有防摩擦环，所述防摩擦环与活塞环和油封轴向相互隔开。

8.如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述气缸具有多个，对应每个气缸设置有一个活塞，所述蜗杆可带动所有活塞同步移动。

9.如权利要求2所述的气缸盖，其特征在于，所述控制电机为步进电机。

10.如权利要求1所述的气缸盖，其特征在于，所述条形齿延伸方向与活塞中轴线平行，或者所述条形齿相对活塞中轴线倾斜。

11.一种可变压缩比发动机，其特征在于，包括权利要求1～10任一项所述的气缸盖，所述气缸盖与气缸体开口连接。

12.如权利要求11所述的可变压缩比发动机，其特征在于，还包括火花塞和点火线圈，所述火花塞顶板与点火线圈电连接；

所述活塞中形成有活塞腔，所述活塞腔轴向贯通活塞，所述火花塞位于所述活塞腔中且其放电一端指向气缸燃烧室，并与所述活塞腔内壁连接。

13.如权利要求12所述的可变压缩比发动机，其特征在于，所述火花塞与活塞腔内壁之间为螺纹连接。

14.如权利要求12所述的可变压缩比发动机，其特征在于，所述点火线圈与火花塞顶部顶板电连接的一端具有绝缘管，所述绝缘管伸入至活塞腔中并包围部分高度的火花塞；

在所述火花塞顶板与绝缘管顶端之间设置有弹簧，所述弹簧轴向一端与点火线圈电连接，另一端连接有碳晶，所述碳晶与火花塞顶板接触。

15.一种汽车，其特征在于，包括权利要求11～14任一项所述的可变压缩比发动机。