CN205805745U - 可变燃烧室活塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可变燃烧室活塞，包括活塞顶、活塞裙以及设置在二者之间的位移调节机构，位移调节机构包括外围限位盘和中央支撑盘；活塞顶的内部设置有环形内腔，环形内腔的上部设置有上碟簧组；中央支撑盘的上部设置有下碟簧组；上碟簧组与下碟簧组之间设置有中隔板；中央支撑盘与活塞裙刚性连接，外围限位盘与活塞顶刚性连接；预紧状态时，外围限位盘与活塞裙之间存在一定厚度的缝隙；外围限位盘的环形限位面与中央支撑盘的环形支撑面共同围成V型环槽，其内沿周向均布若干钢球，中隔板、环形限位面与环形支撑面共同限制钢球的径向滚动或滑动。该装置结构更简单、紧凑，质量大为减少；预紧力调节更方便准确。

Description

可变燃烧室活塞

技术领域

本实用新型涉及一种内燃机活塞，特别是指一种可变燃烧室活塞。

背景技术

压缩比作为发动机的重要结构参数，表征缸内气体被压缩的程度，对发动机的性能有很大影响。根据热力学理论循环原理，压缩比增高，可以改善理论循环经济性和运转的启动性、平稳性，有效降低发动机的排放。

本申请人在公开号为CN101900056A的中国发明专利申请中公开了一种内燃机可变压缩比活塞，其安装在活塞顶和活塞裙之间的压缩比调节机构根据缸内压力变化控制活塞顶相对于活塞裙的位移，该位移包括由碟形弹簧产生的弹性变形和周向分布的钢球沿径向斜面或曲面滚动产生的机械位移。其技术要点在于采用钢球沿径向斜面或曲面滚动产生的机械位移改善弹性元件的载荷/变形特性，从而使其压缩比能够随发动机工况作快速适应性变化。

本申请人进一步在公开号为CN102269076B的中国发明专利中公开了一种内燃机改进型可变压缩比活塞，该方案通过取消弹簧座盘、让钢球与弹性元件直接接触等手段，使压缩比调节机构在预紧状态时具有较大的刚度，而在活塞顶相对于活塞裙发生相对位移时具有较小的刚度。

然而，上述专利申请的压缩比调节机构仍存在结构较复杂、重量较大、动态响应稍慢的问题。而且采用复位凸轮机构较为复杂，对于机构紧凑的活塞应用该专利技术会很困难。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种动态响应更快、结构更加简单、且发动机燃烧室容积能够随高转速发动机工况作快速适应性变化的内燃机可变燃烧室(variablecombustion chamber，VCC)活塞。

为实现上述目的，本实用新型所设计的可变燃烧室活塞，包括活塞顶和活塞裙，以及设置在活塞顶和活塞裙之间的位移调节机构，所述位移调节机构包括外围限位盘和中央支撑盘；所述活塞顶的内部设置有环形内腔，所述环形内腔的上部设置有上碟簧组，所述上碟簧组由至少一片碟簧组成；所述中央支撑盘的上部设置有下碟簧组，所述下碟簧组由至少一片碟簧组成；所述上碟簧组与下碟簧组之间设置有中隔板；所述中央支撑盘与活塞裙刚性连接，所述外围限位盘与活塞顶刚性连接；当所述位移调节机构处于预紧状态时，所述外围限位盘与活塞裙之间存在缝隙；所述外围限位盘设置在中央支撑盘的外侧，所述外围限位盘的内侧面上部设置有环形限位面，所述中央支撑盘的外侧面上部设置有环形支撑面，所述环形限位面与环形支撑面围成V型环槽，所述V型环槽与中隔板之间沿周向分布有多个钢球，所述中隔板的下表面、环形限位面与环形支撑面共同限制钢球的径向滚动或滑动。

优选地，所述环形限位面(3.5.1)、环形支撑面(3.6.1)与活塞轴向的夹角为40°～60°。

优选地，所述环形限位面和/或环形支撑面上沿周向设置有多条指向活塞中心的径向滑槽，各径向滑槽内分别设置有至少一个所述钢球，所述钢球可在径向滑槽内滚动或滑动。

优选地，所述外围限位盘内侧面下部设置有阶梯限位面，当位移调节机构处于预紧状态时，所述中央支撑盘的下部外围与阶梯限位面紧密贴合。

优选地，所述环形内腔的顶部与上碟簧组之间还设置有上垫片组，所述上垫片组由至少一片垫片组成。

优选地，所述中央支撑盘的上部与下碟簧组之间还设置有下垫片组，所述下垫片组由至少一片垫片组成。

优选地，所述上碟簧组、下碟簧组分别由多片碟簧相对叠加而成。

优选地，所述外围限位盘通过沿其周向均匀设置的多个预紧螺栓与活塞顶刚性连接。

优选地，所述中央支撑盘通过沿其周向均匀设置的多个紧固螺栓与活塞裙刚性连接。

优选地，所述活塞顶由可拆分式的活塞顶主体部分和活塞顶中心部分组合而成，所述外围限位盘通过沿其周向均匀设置的预紧螺栓与活塞顶主体部分刚性连接。

本实用新型的有益效果是：与CN102269076B公开的内燃机改进型可变压缩比活塞，本实用新型采用限位盘外置的方式，结构更加简单、紧凑，质量大为减少；预紧力调节不改变钢球与碟形弹簧、支撑盘和限位盘之间的预紧接触点位置，更加方便准确。

附图说明

图1为本实用新型所设计的可变燃烧室活塞沿其径向剖开的剖视结构示意图。

图2为图1中钢球及与钢球接触的部件的位置示意图。

图3为图1中外围限位盘与活塞顶的连接示意图。

图4为图1中中央支撑盘与活塞裙的连接示意图。

图5为图1中外围限位盘的俯视结构示意图。

其中：活塞顶1、活塞顶主体部分1.1、活塞顶中心部分1.2、预紧螺栓1.3、上碟簧安装环槽1.4、上垫片安装环槽1.5、环形内腔1.6、活塞裙2、位移调节机构3、上垫片组3.1、上碟簧组3.2、中隔板3.3、钢球3.4、外围限位盘3.5、环形限位面3.5.1、V型环槽3.5.2、阶梯限位面3.5.3、径向滑槽3.5.4、中央支撑盘3.6、环形支撑面3.6.1、紧固螺栓3.6.2、下碟簧安装环槽3.6.3、下垫片安装环槽3.6.4、下碟簧组3.7、下垫片组3.8

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1～5所示，本实用新型所设计的可变燃烧室活塞，包括活塞顶1和活塞裙2，以及设置在活塞顶1和活塞裙2之间的位移调节机构3。活塞顶1由可拆分式的活塞顶主体部分1.1和活塞顶中心部分1.2组合而成。

位移调节机构3包括外围限位盘3.5和中央支撑盘3.6。外围限位盘3.5通过沿其周向均匀设置的预紧螺栓1.3与活塞顶主体部分1.1刚性连接。

中央支撑盘3.6通过沿其周向均匀设置的多个紧固螺栓3.6.2与活塞裙2刚性连接。当所述位移调节机构3处于预紧状态时，所述外围限位盘3.5与活塞裙2之间存在一定厚度的缝隙。该缝隙的厚度即为可变燃烧室活塞的最大收缩长度。

活塞顶1的内部设置有环形内腔1.6，环形内腔1.6的上部设置有上碟簧安装环槽1.4，其内设置有上碟簧组3.2，上碟簧组3.2由至少一片碟簧相对叠加组成。上碟簧安装环槽1.4的顶部靠近活塞顶中心部分1.2处设置有上垫片安装环槽1.5，其内设置有由至少一片垫片组成的上垫片组3.1，上垫片组3.1位于上碟簧组3.2以上。

中央支撑盘3.6的上部设置有下碟簧安装环槽3.6.3，其内设置有下碟簧组3.7，下碟簧组3.7由至少一片碟簧相对叠加组成。中央支撑盘3.6上部(靠近中心的部分)、下碟簧组3.7的下方设置有下垫片安装环槽3.6.4，其内设置有由至少一片垫片组成的下垫片组3.8。

上碟簧组3.2与下碟簧组3.7之间设置有中隔板3.3。

外围限位盘3.5设置在中央支撑盘3.6的外侧，外围限位盘3.5的内侧面上部设置有环形限位面3.5.1，中央支撑盘3.6的外侧面上部设置有环形支撑面3.6.1，环形限位面3.5.1与环形支撑面3.6.1围成V型环槽3.5.2。环形限位面(3.5.1)、环形支撑面(3.6.1)与活塞轴向的夹角分别为60°、45°。

环形限位面3.5.1沿周向均匀分布(不考虑预紧螺栓1.3占用的位置)有多条指向活塞中心的径向滑槽3.5.4，各径向滑槽3.5.4内分别设置有一个钢球3.4。中隔板3.3的下表面、环形限位面3.5.1的径向滑槽3.5.4与环形支撑面3.6.1共同限制钢球3.4的径向滚动或滑动。

外围限位盘3.5内侧面下部设置有阶梯限位面3.5.3(可以是环形的，也可以部分环形，如图5所示)，当位移调节机构3处于预紧状态时，中央支撑盘3.6的下部外围与阶梯限位面3.5.3紧密贴合。

本实施例的工作过程分为三个状态叙述如下。

1)预紧状态。发动机不工作时或者发动机工作时气缸内的压力小于预先设定的压力时，可变燃烧室活塞处于预紧状态，发动机具有较高的压缩比，改变上垫片组3.1的垫片厚度或数量可以方便地调节机构的预紧力，这种预紧力调节方式不改变钢球3.4与中隔板3.3、中央支撑盘3.6和外围限位盘3.5之间的预紧接触点位置和预紧接触角，也不改变活塞的预紧总高度。位移调节机构3的预紧力保持中央支撑盘3.6和外围限位盘3.5之间的面紧密贴合并确定了钢球3.4与中隔板3.3、中央支撑盘3.6和外围限位盘3.5之间的预紧接触点位置和预紧接触角。此时，可变燃烧室活塞与常规活塞基本相同。

2)压缩状态。发动机工作时气缸内的压力大于预先设定的压力时，安装在活塞顶1和活塞裙2之间的位移调节机构3根据缸内压力变化控制活塞顶1相对于活塞裙2产生向下位移，通过燃烧室容积变化控制调节缸内压力。活塞顶1相对于活塞裙2产生的向下位移具体描述为：活塞顶1在气体压力的作用下向下移动，压缩上碟簧组3.2、下碟簧组3.7使其产生弹性变形，同时带动与活塞顶1刚性连接的外围限位盘3.5向下位移，导致周向分布的钢球3.4在中隔板3.3和中央支撑盘3.6之间沿径向滑槽3.5.4作向心滚(滑)动，钢球3.4与中隔板3.3、中央支撑盘3.6和外围限位盘3.5之间的接触点位置均发生变化。钢球3.4与中隔板3.3接触。钢球3.4与中央支撑盘3.6接触点位置变化产生向下机械位移，钢球3.4与中央支撑盘3.6接触角变化使得钢球3.4作用在中央支撑盘3.6的分力减小和钢球3.4作用在外围限位盘3.5的分力增大，同时钢球3.4与中央支撑盘3.6接触角变化还增加了向下机械位移量。

3)回复状态。气缸内的压力急剧减小时，活塞顶1在上碟簧组3.2和下碟簧组3.7回复力的作用下相对于活塞裙2产生向上位移。由于摩擦和系统阻尼，存在回复滞后现象。

Claims (10)

1.一种可变燃烧室活塞，包括活塞顶(1)和活塞裙(2)，以及设置在活塞顶(1)和活塞裙(2)之间的位移调节机构(3)，其特征在于：

所述位移调节机构(3)包括外围限位盘(3.5)和中央支撑盘(3.6)；

所述活塞顶(1)的内部设置有环形内腔(1.6)，所述环形内腔(1.6)的上部设置有上碟簧组(3.2)，所述上碟簧组(3.2)由至少一片碟簧组成；

所述中央支撑盘(3.6)的上部设置有下碟簧组(3.7)，所述下碟簧组(3.7)由至少一片碟簧组成；

所述上碟簧组(3.2)与下碟簧组(3.7)之间设置有中隔板(3.3)；

所述中央支撑盘(3.6)与活塞裙(2)刚性连接，所述外围限位盘(3.5)与活塞顶(1)刚性连接；当所述位移调节机构(3)处于预紧状态时，所述外围限位盘(3.5)与活塞裙(2)之间存在缝隙；

所述外围限位盘(3.5)设置在中央支撑盘(3.6)的外侧，所述外围限位盘(3.5)的内侧面上部设置有环形限位面(3.5.1)，所述中央支撑盘(3.6)的外侧面上部设置有环形支撑面(3.6.1)，所述环形限位面(3.5.1)与环形支撑面(3.6.1)围成V型环槽(3.5.2)，所述V型环槽(3.5.2)与中隔板(3.3)之间沿周向分布有多个钢球(3.4)，所述中隔板(3.3)的下表面、环形限位面(3.5.1)与环形支撑面(3.6.1)共同限制钢球(3.4)的径向滚动或滑动。

2.根据权利要求1所述的可变燃烧室活塞，其特征在于：所述环形限位面(3.5.1)、环形支撑面(3.6.1)与活塞轴向的夹角为40°～60°。

3.根据权利要求1所述的可变燃烧室活塞，其特征在于：所述环形限位面(3.5.1)上沿周向设置有多条指向活塞中心的径向滑槽(3.5.4)，各径向滑槽(3.5.4)内分别设置有至少一个所述钢球(3.4)，所述钢球(3.4)可在径向滑槽(3.5.4)内滚动或滑动。

4.根据权利要求1所述的可变燃烧室活塞，其特征在于：所述外围限位盘(3.5)内侧面下部设置有阶梯限位面(3.5.3)，当位移调节机构(3)处于预紧状态时，所述中央支撑盘(3.6)的下部外围与阶梯限位面(3.5.3)紧密贴合。

5.根据权利要求1所述的可变燃烧室活塞，其特征在于：所述环形内腔(1.6)的顶部与上碟簧组(3.2)之间还设置有上垫片组(3.1)，所述上垫片组(3.1)由至少一片垫片组成。

6.根据权利要求1所述的可变燃烧室活塞，其特征在于：所述中央支撑盘(3.6)的上部与下碟簧组(3.7)之间还设置有下垫片组(3.8)，所述下垫片组(3.8)由至少一片垫片组成。

7.根据权利要求1所述的可变燃烧室活塞，其特征在于：所述上碟簧组(3.2)、下碟簧组(3.7)分别由多片碟簧相对叠加而成。

8.根据权利要求1所述的可变燃烧室活塞，其特征在于：所述外围限位盘(3.5)通过沿其周向均匀设置的多个预紧螺栓(1.3)与活塞顶(1)刚性连接。

9.根据权利要求1所述的可变燃烧室活塞，其特征在于：所述中央支撑盘(3.6)通过沿其周向均匀设置的多个紧固螺栓(3.6.2)与活塞裙(2)刚性连接。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的可变燃烧室活塞，其特征在于：所述活塞顶(1)由可拆分式的活塞顶主体部分(1.1)和活塞顶中心部分(1.2)组合而成，所述外围限位盘(3.5)通过沿其周向均匀设置的预紧螺栓(1.3)与活塞顶主体部分(1.1)刚性连接。