CN208778106U - 一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，由第一无线WIFI模块、第二无线WIFI模块、步进电机控制器、步进电机驱动器、步进电机、磁阻式角位移传感器、活塞组成。所述的活塞包括活塞体上部、活塞体下部、导向板、内套、螺纹、电机座。在调节发动机压缩比的过程中，本实用新型所述的磁阻式角位移传感器能够测量内套的转动角度，汽车ECU根据内套的转动角度计算出发动机的压缩比，如果发动机的压缩比符合要求，汽车ECU停止调节压缩比，否则汽车ECU继续调节压缩比，直至发动机实际压缩比符合要求。因此，本实用新型所述的是一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞对发动机压缩比形成了闭环控制。

Description

一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞

技术领域

本实用新型涉及汽车发动机领域，更确切地说，本实用新型涉及一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞。

背景技术

汽车发动机的能量利用率在25％-45％左右，在现阶段遇到了前所未有的挑战。随着社会进步和技术的发展，汽车发动机的效率必须进一步提升。可变压缩比技术可以提高发动机热效率，改善燃油经济性，发动机在中低负荷工况下，采用高的压缩比来提高发动机的热效率和燃油经济性；在高负荷的工况下采用低的压缩比防止爆震的产生。

可变压缩比技术方案有很多种，其中一种是通过改变活塞升程来改变压缩比，例如基于步进电机的可变升程压缩比活塞和基于液压马达的可变升程压缩比活塞。这些技术通过步进电机或者液压马达的正转和反转来增大或减小活塞升程，从而达到改变压缩比的目的。而这些通过转动的方式来调节活塞升程的技术方案对活塞升程改变量的大小没有进行闭环控制，可能导致活塞升程改变量不准确，从而导致发动机压缩比调节不准确。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，所述的一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，采用磁阻式角位移传感器监测步进电机或者液压马达的转动角度，反馈给汽车ECU，汽车ECU从而计算出此时汽车发动机实际的压缩比，如果发动机压缩比调节到位，汽车ECU停止调节，否则汽车ECU继续发出调节压缩比的脉冲信号，直至发动机压缩比调节到位，这样就形成了发动机压缩比调节闭环控制，达到了精确调节发动机压缩比的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，包括第一无线WIFI模块、第二无线WIFI模块、步进电机控制器、步进电机驱动器、步进电机、磁阻式角位移传感器、活塞、永磁铁，其特征在于：

所述的步进电机包括步进电机定子和步进电机转子；

所述的活塞包括活塞体上部、活塞体下部、导向板、内套、螺纹、电机座；

所述的第一无线WIFI模块安装在汽车曲轴箱内和汽车ECU相连；

所述的第二无线WIFI模块分别和步进电机控制器、磁阻式角位移传感器相连；

所述的步进电机驱动器分别和步进电机控制器、步进电机相连；

所述的第二无线WIFI模块、步进电机控制器、步进电机驱动器、步进电机集成在一起，安装在活塞内部；

所述的磁阻式角位移传感器固定安装在活塞体上部的内部顶面上并且磁阻式角位移传感器轴线与活塞体上部的中心线重合，永磁铁安装在内套顶面上同时永磁铁的轴线与内套的中心线重合，磁阻式角位移传感器和永磁铁安装时相互配合。

一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，其特征在于，所述的第二无线WIFI模块接收来自第一无线WIFI模块的无线信号，将汽车ECU的指令发送给步进电机控制器。

一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，其特征在于，所述的磁阻式角位移传感器测量内套转过的角度，将内套转过的角度依次通过第二无线WIFI模块和第一无线WIFI模块反馈给汽车ECU。

一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，其特征在于，汽车ECU发出改变压缩比的指令，通过第一无线WIFI模块发出无线信号，第二无线WIFI模块接收汽车ECU的指令，发送给步进电机，步进电机的转子转动，步进电机的转子通过花键轴带动内套转动，内套通过螺纹的连接作用并在活塞体下部的导向板的约束下带动活塞体上部运动，使活塞的升程发生改变，从而改变发动机的压缩比，磁阻式角位移传感器测量步进电机的角位移，将步进电机的角位移数据依次通过第二无线WIFI模块和第一无线WIFI模块反馈给汽车ECU，汽车ECU判断角位移量是否达到要求，如果步进电机的角位移满足要求，汽车ECU停止调节，如果步进电机的角位移不满足要求，汽车ECU重复调节过程，直至达到要求。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

本实用新型所述的一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，采用磁阻式角位移传感器测量步进电机或者液压马达的转动角度，反馈给汽车ECU，形成了对发动机压缩比调节的闭环控制，能够精确调节发动机压缩比。

磁阻式角位移传感器结构简单，属于非接触测量，灵敏度高，能够进行大规模集成。

附图说明

图1是本实用新型所述的一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞的工作流程示意图；

图2是本实用新型所述的活塞主视图的全剖视图。

图中：1.第一无线WIFI模块，2.第二无线WIFI模块，3.步进电机控制器，4.步进电机驱动器，5.步进电机，6.磁阻式角位移传感器，7.活塞，8.汽车ECU，9.活塞体上部，10.活塞体下部，11.导向板，12.内套，13.螺纹，14.电机座，15.步进电机定子，16.步进电机转子，17.永磁铁，

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述的一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，包括第一无线WIFI模块1、第二无线WIFI模块2、步进电机控制器3、步进电机驱动器4、步进电机5、磁阻式角位移传感器6、活塞7、永磁铁17。

所述的第一无线WIFI模块1安装在发动机曲轴箱内和汽车ECU 8相连。

所述的第二无线WIFI模块2分别和步进电机控制器3、磁阻式角位移传感器6相连。

所述的步进电机驱动器4分别和步进电机控制器3、步进电机5相连。

所述的第二无线WIFI模块2、步进电机控制器3、步进电机驱动器4、步进电机5集成在一起，安装在活塞7内部。

如图2所示，所述的活塞7包括活塞体上部9、活塞体下部10、导向板11、内套12、螺纹13、电机座14，所述的步进电机5包括步进电机定子15、步进电机转子16。

所述的内套12顶部中心处设置花键孔，内套12外壁上和活塞体上部9内壁上设置有螺纹13，螺纹13的形状为三角形或梯形，内套12外壁上的外螺纹与活塞体上部9的内螺纹相配合。

所述的电机座14为圆盘类结构件，电机座14的底面上均匀地铸有一至八个结构相同的圆台形凸台，一至八结构相同的圆台形凸台和活塞体下部10上对应结构相同的圆台形凹坑相对正配装，活塞体下部10上的结构相同的圆台形凹坑限制了电机座14水平面内的转动，电机座14的底面和活塞体下部10设置的一至八结构相同的圆台形凹坑的圆环底面接触连接，限制了电机座14向下窜动，电机座14的顶端面与内套12的底面接触连接，限制了电机座14向上窜动，因此电机座14固定在活塞体下部10上。

所述的电机座14的顶端面的中心处设置有用于安装步进电机定子15的圆环体，圆环体、一至八结构相同的圆台形凸台所分布的圆周与电机座14的回转轴线共线，步进电机定子15安装在圆环体内为固定连接，不能平面移动，步进电机定子15的底端面与圆环体内的电机座14接触连接，使步进电机定子15不能向下窜动，步进电机转子16装入步进电机定子15的中心孔中，内套12套装在步进电机定子15与步进电机转子16的周围，并且内套12中心处的花键孔与步进电机转子16顶端的花键轴配装，内套12中心孔的内底面与步进电机转子16的轴肩顶端面接触连接，步进电机转子16的轴肩的底面与步进电机定子15的顶端面接触连接，防止步进电机定子15与步进电机转子16向上窜动，使步进电机5固定于电机座14上。

所述的活塞体上部9通过活塞体下部10上的导向板11形成滑动连接，从而将活塞体上部9约束在沿活塞轴线方向的上下移动。

所述的磁阻式角位移传感器6固定安装在活塞体上部9的内部顶面上，并且磁阻式角位移传感器6的轴线与活塞体上部9的中心线重合，永磁铁17安装在内套12的顶面上同时永磁体17的轴线与内套12的中心线重合，磁阻式角位移传感器6和永磁铁17安装时相互配合。

如图1所示，汽车ECU 8将调节压缩比的脉冲信号发送给第一无线WIFI模块1，此时调节压缩比的脉冲信号由汽车ECU 8查询发动机压缩比MAP图所得，第一无线WIFI模块1以无线信号的形式发出调节压缩比的脉冲信号，第二无线WIFI模块2接收调节压缩比的脉冲信号，然后发送给步进电机控制器3，步进电机控制器3控制步进电机驱动器4驱动步进电机5转动。

磁阻式角位移传感器6将测量到的数据发送给第二无线WIFI模块2，第二无线WIFI模块2将磁阻式角位移传感器6测量到的数据以无线信号的形式发出，第一无线WIFI模块1接收磁阻式角位移传感器6测量数据的信号，然后发送给汽车ECU 8，汽车ECU 8根据磁阻式角位移传感器6测量的数据计算出发动机此时的压缩比大小。

如图2所示，所述的步进电机5正向转动时，步进电机转子16通过花键轴带动内套12转动，内套12通过螺纹13的连接作用并在活塞体下部10的导向板11的约束下带动活塞体上部9向上运动，使活塞7的升程增大，从而增大发动机的压缩比。

所述的步进电机5反向转动时，步进电机转子16通过花键轴带动内套12转动，内套12通过螺纹13的连接作用并在活塞体下部10的导向板11的约束下带动活塞体上部9向下运动，使活塞7的升程减小，从而减小发动机的压缩比。

所述的电机转子16转动时通过花键轴带动内套12转动，安装在内套12顶面上的永磁铁17也随之转动，磁阻式角位移传感器6通过永磁铁17的转动测量出内套12实际转过的角度。

如图1与图2所示，当需要增大压缩比时，汽车ECU 8将增大压缩比的脉冲信号发送给第一无线WIFI模块1，此时增大压缩比的脉冲信号由汽车ECU 8查询发动机压缩比MAP图所得，第一无线WIFI模块1以无线信号的形式发出增大压缩比的脉冲信号，第二无线WIFI模块2接收增大压缩比的脉冲信号，然后发送给步进电机控制器3，步进电机控制器3控制步进电机驱动器4驱动步进电机5正向转动，步进电机转子16通过花键轴带动内套12转动，内套12通过螺纹13的连接作用并在活塞体下部10的导向板11的约束下带动活塞体上部9向上运动，使活塞7的升程增大，从而增大发动机的压缩比；

当需要减小压缩比时汽车ECU 8将减小压缩比的脉冲信号发送给第一无线WIFI模块1，此时减小压缩比的脉冲信号由汽车ECU 8查询发动机压缩比MAP图所得，第一无线WIFI模块1以无线信号的形式发出减小压缩比的脉冲信号，第二无线WIFI模块2接收减小压缩比的脉冲信号，然后发送给步进电机控制器3，步进电机控制器3控制步进电机驱动器4驱动步进电机5反向转动，步进电机转子16通过花键轴带动内套12转动，内套12通过螺纹13的连接作用并在活塞体下部10的导向板11的约束下带动活塞体上部9向下运动，使活塞7的升程减小，从而减小发动机的压缩比。

在调大压缩比的过程中，内套12带动永磁铁17正向转动，当汽车ECU 8首次调节结束后，步进电机5停止转动，磁阻式角位移传感器6将测量到的内套12实际转过的角度发送给第二无线WIFI模块2，第二无线WIFI模块2将内套12实际转过的角度以无线信号的形式发出，第一无线WIFI模块1接收内套12实际转过角度的信号，然后发送给汽车ECU 8，汽车ECU8根据内套12实际转过的角度计算此时实际的压缩比。如果汽车ECU 8计算出的实际压缩比满足要求，汽车ECU 8停止调节压缩比；如果汽车ECU 8计算出的实际压缩比小于所需的压缩比，汽ECU 8继续发出调大压缩比的脉冲信号，使汽车发动机的压缩比增大，直至汽车ECU8计算出的实际压缩比满足要求为止；如果汽车ECU 8计算出的实际压缩比大于所需的压缩比，汽车ECU 8发出对应的减小压缩比的脉冲信号，使汽车发动机的压缩比减小，直至汽车ECU 8计算出的实际压缩比满足要求为止；

在调小压缩比的过程中，内套12带动永磁铁17反向转动，当汽车ECU 8首次调节结束后，步进电机5停止转动，磁阻式角位移传感器6将测量到的内套12实际转过的角度发送给第二无线WIFI模块2，第二无线WIFI模块2将内套12实际转过的角度以无线信号的形式发出，第一无线WIFI模块1接收内套12实际转过角度的信号，然后发送给汽车ECU 8，汽车ECU8根据内套12实际转过的角度计算此时实际的压缩比。如果汽车ECU 8计算出的实际压缩比满足要求，汽车ECU 8停止调节压缩比；如果汽车ECU 8计算出的实际压缩比大于所需的压缩比，汽ECU 8继续发出调小压缩比的脉冲信号，使汽车发动机的压缩比减小，直至汽车ECU8计算出的实际压缩比满足要求为止；如果汽车ECU 8计算出的实际压缩比小于所需的压缩比，汽车ECU 8发出对应的增大压缩比的脉冲信号，使汽车发动机的压缩比增大，直至汽车ECU 8计算出的实际压缩比满足要求为止。

一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞的工作原理：

如图1与图2所示，当需要增大压缩比时，汽车ECU 8将增大压缩比的脉冲信号发送给第一无线WIFI模块1，此时增大压缩比的脉冲信号由汽车ECU 8查询发动机压缩比MAP图所得，第一无线WIFI模块1以无线信号的形式发出增大压缩比的脉冲信号，第二无线WIFI模块2接收增大压缩比的脉冲信号，然后发送给步进电机控制器3，步进电机控制器3控制步进电机驱动器4驱动步进电机5正向转动，步进电机转子16通过花键轴带动内套12转动，内套12通过螺纹13的连接作用并在活塞体下部10的导向板11的约束下带动活塞体上部9向上运动，使活塞7的升程增大，从而增大发动机的压缩比；

当需要减小压缩比时汽车ECU 8将减小压缩比的脉冲信号发送给第一无线WIFI模块1，此时减小压缩比的脉冲信号由汽车ECU 8查询发动机压缩比MAP图所得，第一无线WIFI模块1以无线信号的形式发出减小压缩比的脉冲信号，第二无线WIFI模块2接收减小压缩比的脉冲信号，然后发送给步进电机控制器3，步进电机控制器3控制步进电机驱动器4驱动步进电机5反向转动，步进电机转子16通过花键轴带动内套12转动，内套12通过螺纹13的连接作用并在活塞体下部10的导向板11的约束下带动活塞体上部9向下运动，使活塞7的升程减小，从而减小发动机的压缩比。

在调大压缩比的过程中，内套12带动永磁铁17正向转动，当汽车ECU 8首次调节结束后，步进电机5停止转动，磁阻式角位移传感器6将测量到的内套12转过的角度发送给第二无线WIFI模块2，第二无线WIFI模块2将内套12转过的角度以无线信号的形式发出，第一无线WIFI模块1接收内套12转过角度的信号，然后发送给汽车ECU 8，汽车ECU 8根据内套12转过的角度计算此时的压缩比。如果汽车ECU 8计算出的压缩比满足要求，汽车ECU 8停止调节压缩比；如果汽车ECU 8计算出的压缩比小于所需的压缩比，汽ECU 8继续发出调大压缩比的脉冲信号，使汽车发动机的压缩比增大，直至汽车ECU 8计算出的压缩比满足要求为止；如果汽车ECU 8计算出的压缩比大于所需的压缩比，汽车ECU 8发出对应的减小压缩比的脉冲信号，使汽车发动机的压缩比减小，直至汽车ECU 8计算出的压缩比满足要求为止；

在调小压缩比的过程中，内套12带动永磁铁17反向转动，当汽车ECU 8首次调节结束后，步进电机5停止转动，磁阻式角位移传感器6将测量到的内套12转过的角度发送给第二无线WIFI模块2，第二无线WIFI模块2将内套12转过的角度以无线信号的形式发出，第一无线WIFI模块1接收内套12转过角度的信号，然后发送给汽车ECU 8，汽车ECU 8根据内套12转过的角度计算此时的压缩比。如果汽车ECU 8计算出的压缩比满足要求，汽车ECU 8停止调节压缩比；如果汽车ECU 8计算出的压缩比大于所需的压缩比，汽ECU 8继续发出调小压缩比的脉冲信号，使汽车发动机的压缩比减小，直至汽车ECU 8计算出的压缩比满足要求为止；如果汽车ECU 8计算出的压缩比小于所需的压缩比，汽车ECU 8发出对应的增大压缩比的脉冲信号，使汽车发动机的压缩比增大，直至汽车ECU 8计算出的压缩比满足要求为止。

Claims (4)

1.一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，包括第一无线WIFI模块(1)、第二无线WIFI模块(2)、步进电机控制器(3)、步进电机驱动器(4)、步进电机(5)、磁阻式角位移传感器(6)、活塞(7)、永磁铁(17)，其特征在于：

所述的步进电机(5)包括步进电机定子(15)和步进电机转子(16)；

所述的活塞(7)包括活塞体上部(9)、活塞体下部(10)、导向板(11)、内套(12)、螺纹(13)、电机座(14)

所述的第一无线WIFI模块(1)安装在汽车曲轴箱内和汽车ECU(8)相连；

所述的第二无线WIFI模块(2)分别和步进电机控制器(3)、磁阻式角位移传感器(6)相连；

所述的步进电机驱动器(4)分别和步进电机控制器(3)、步进电机(5)相连；

所述的第二无线WIFI模块(2)、步进电机控制器(3)、步进电机驱动器(4)、步进电机(5)集成在一起，安装在活塞(7)内部；

所述的磁阻式角位移传感器(6)固定安装在活塞体上部(9)的内部顶面上处并且磁阻式角位移传感器(6)的轴线与活塞体上部(9)的中心线重合，永磁铁(17)安装在内套(12)的顶面上同时永磁铁(17)的轴线与内套(12)的中心线重合，磁阻式角位移传感器(6)和永磁铁(17)安装时相互配合。

2.按照权利要求1所述的一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，其特征在于，所述的第二无线WIFI模块(2)接收来自第一无线WIFI模块(1)的无线信号，将汽车ECU(8)的指令发送给步进电机控制器(3)。

3.按照权利要求1所述的一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，其特征在于，所述的磁阻式角位移传感器(6)测量内套(12)转过的角度，将内套(12)转过的角度依次通过第二无线WIFI模块(2)和第一无线WIFI模块(1)反馈给汽车ECU(8)。

4.按照权利要求1所述的一种磁阻型位置反馈式压缩比可控活塞，其特点在于，汽车ECU(8)发出改变压缩比的指令，通过第一无线WIFI模块(1)发出无线信号，第二无线WIFI模块(2)接收汽车ECU(8)的指令，发送给步进电机(5)，步进电机(5)的转子转动，步进电机(5)的转子通过花键轴带动内套(12)转动，内套(12)通过螺纹的连接作用并在活塞体下部(10)的导向板(11)的约束下带动活塞体上部(9)运动，使活塞( 7 )的升程发生改变，从而改变发动机的压缩比，磁阻式角位移传感器(6)测量内套(12)的角位移，将内套(12)的角位移数据依次通过第二无线WIFI模块(2)和第一无线WIFI模块(1)反馈给汽车ECU(8)，汽车ECU(8)经过计算判断角位移量是否达到要求，如果内套(12)的角位移满足要求，汽车ECU(8)停止调节，如果内套(12)的角位移不满足要求，汽车ECU(8)重复调节过程，直至达到要求。