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铰接传动电驱式可变压缩比 活塞机构

阅读：0发布：2020-11-12

专利汇可以提供铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，旨在克服现有技术存在机械结构复杂、零件繁多与密封性差的问题。铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构包括铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构包括活塞体上部、内套、定位套、活塞体下部、轴、轴承、十字万向节、电机、电机座、连杆、导向板；电机座安装在连杆的上轴瓦之上为螺纹连接，轴分为上半轴与下半轴，下半轴与电机固定连接，下半轴与上半轴通过十字万向节连接，上半轴通过键和螺母与内套连接，内套通过螺纹和活塞体上部连接、通过轴与定位套连接，定位套通过活塞体下部固定，活塞体上部被活塞体下部顶端的导向板限制，活塞销通过销孔将活塞体与连杆连接，同时使活塞连杆组整体受力平衡。，下面是铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，其特征在于，所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构包括活塞体上部(1)、内套(2)、定位套(3)、活塞体下部(4)、轴、轴承(6)、十字万向节(7)、电机(9)、电机座(10)、连杆(11)；
所述的轴包括上半轴(5)与下半轴(8)；
活塞体上部(1)与内套(2)之间是螺纹连接，活塞体上部(1)安装在活塞体下部(4)的顶端，活塞体上部(1)与活塞体下部(4)之间为滑动连接，内套(2)与上半轴(5)之间是键连接，上半轴(5)顶端安装有螺母，螺母内表面与内套(2)外表面是接触连接，内套(2)与定位套(3)之间是靠轴承(6)支承，定位套(3)与上半轴(5)之间是间隙配合，定位套(3)与活塞体下部(4)之间是接触连接，下半轴(8)和电机(9)还有电机座(10)安装在连杆(11)中并且安装在上连杆(11)轴瓦之上，下半轴(8)与连杆(11)之间是间隙配合，电机座(10)与连杆(11)之间是螺纹连接。
2.按照权利要求1所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，其特征在于，所述的活塞体上部(1)的内孔壁上设置有内螺纹，外螺纹的形状是三角形或梯形；活塞体上部(1)底面上沿轴向均匀地分布有二至六个结构相同的横截面为扇形的导向孔，活塞体上部(1)通过结构相同的横截面为扇形的导向孔对应地套装在活塞体下部(4)上二至六个结构相同的横截面为扇形的导向板(12)上，两者之间为滑动连接。
3.按照权利要求1所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，其特征在于，所述的内套(2)是一个圆筒形结构件，内套(2)顶部的中心处设于键槽，圆筒形外壁上设有与活塞体上部(1)相对应的内螺纹，内螺纹的形状是三角形或者梯形，圆筒形内壁上设有矩形的圆环体式凸起，圆环体式凸起通过轴承(6)与定位套(3)连接，保证内套(2)的位置固定。
4.按照权利要求1所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，其特征在于，所述的轴中，上半轴(5)的一端是与螺母连接，另一端通过十字万向节(7)连接到下半轴(8)，下半轴(8)的另一端是十字花形式连接到电机(9)中；上半轴(5)设有键槽，放置普通平键用以传递电机(9)的扭矩，上半轴(5)与下半轴(8)连接所用的十字万向节(7)是可以保证扭矩的传递和下半轴(8)在连杆(11)中可做钟摆运动。
5.按照权利要求1所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，其特征在于，所述的活塞下体的顶端环形面上沿轴向均匀地分布有二至六个结构相同的横截面为扇形的导向板(12)，即各个导向板(12)的高度相同，宽度相同，厚度相同，导向板(12)所分布的圆周的回转中心线与活塞体下部(4)的回转中心线共线，活塞体下部(4)顶端的内壁上设有梯形凹槽，用以支撑定位套(3)。
6.按照权利要求1所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，其特征在于，所述的连杆(11)，连杆(11)小头上部中心处设有供轴穿过的轴孔，连杆(11)体为中空设计，放置下半轴(8)和电机(9)以及电机座(10)；电机座(10)与连杆(11)是螺纹连接，连杆(11)大头上部中心处设有放置电机(9) 和电机座(10)的孔，电机座(10)下部为圆弧形与连杆(11)大头上轴瓦紧密配合。

说明书全文

铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构

技术领域

[0001] 本发明设计一种汽车发动机活塞，更确切地说，本发明涉及一种铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构。

背景技术

[0002] 发动机的压缩比是指活塞运动到下止点时的汽缸容积与活塞运动到上止点时的气缸容积之比，压缩比增加能有效的提高发动机的性能和效率。因为压力升高可以让气体的密度变大，分子间的距离也就变小，这样燃油分子和氧分子距离也就更近，燃烧速度就更快；温度可以让气体分子运动速度加快，燃油分子和氧气分子更容易互相作用，这就让混合气体更容易点燃。而且较小的燃烧空间可以较快的完成燃烧，燃烧过程加快也提高了性能。而过高的压缩比会使得暴震的频率增加，而且高的压缩比对燃油的品质提出来更高的要求。为解决这一难题，目前国内外开始将研究重点转向可变压缩比发动机的研发当中，可变压缩比发动机就是通过控制手段，实时的改变发动机的压缩比，使得发动机在中低负荷情况下，采用高的压缩比来提高发动机的热效率和燃油经济性；在高负荷的情况下采用低的压缩比防止爆震的产生。

[0003] 采用可变压缩比技术能够：

[0004] 1.任何工况下都能够在爆震限制条件下工作，有效提升热效率；

[0005] 2.能够在一定程度上改进燃油经济性渐低油耗；

[0006] 3.降低冷启动和级过程中产生的有害排放量；

[0007] 4.提升燃料适应性，能够灵活接受各种标号的燃料；

[0008] 5.结构更加紧凑，小排量也可以提供大功率和大扭矩；

[0009] 6.在一定程度上提升设备运行稳定性，从而降低噪音；

[0010] 综合来看，可变压缩比技术能够有效防止再燃受过程中出现的爆震风险，实现内燃机经济性、动力性以及排放性的良好统一

[0011] 目前国内外发动机可变压缩比的实现有很多的技术方案和相关专利，但大多都存在机械结构复杂、可变压缩比数值控制困难、难以解决动平衡以及使发动机的体积和重量增大等问题，使得其开发难度和成本大大的增加。比如萨博公司的SVC发动机由于集成缸盖可以发生偏转，因此工程师必须为其设计一套独立的冷却系统。该系统的冷却油道与缸体相连接，并用橡胶件进行密封，可如若橡胶件长久往复工作，就极易因为受力疲劳而发生开裂，进而导致整个冷却油道出现泄漏。再者，因该机型加入了液压推动装置及以连续可变压缩比作为开发目标，所以其无论软件还是硬件方面都要比传统内燃机复杂上很多。尤其是软件方面，当时的萨博尚未掌握一套成熟可靠的控制逻辑，以确保在连续可变压缩比时发动机能够稳定运转。故直至其破产，这款发动机也未被投入实际使用。而日产使用的技术是在原有的曲柄连杆机构上又额外增加了一套VCR连杆机构及一根控制轴。其中VCR连杆机构由转动曲柄销杠杆及其一端与控制轴的连接连杆构成。当控制轴转动时，控制轴连杆会带动曲柄销回转，并使杠杆发生摆动。由此便促使活塞的上止点位置出现上下移动，实现了压缩比的可变。但增加的系统连杆数量颇多，由此便会引发发动机的整体摩擦损失增大，如果发动机过度磨损，显然寿命上就无法被市场所接受；连杆数量的增多还会使发动机的振动变得更加难以控制，进而引发共振及异响现象的出现。因此日产的可变压缩比发动机也没有出现在市面上。

发明内容

[0012] 本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在机械结构复杂，零件繁多与密封性差的问题，提供了铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构。

[0013] 为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现的：所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构包括活塞体上部、内套、定位套、活塞体下部、轴、轴承、十字万向节、电机、电机座、连杆、导向板；

[0014] 所述的轴包括上半轴与下半轴；

[0015] 活塞体上部与内套之间是螺纹连接，活塞体上部安装在活塞体下部的顶端，活塞体上部与活塞体下部之间为滑动连接，内套与上半轴之间是键连接，上半轴顶端安装有螺母，螺母内表面与内套外表面是接触连接，内套与定位套之间是靠轴承支承，定位套与上半轴之间是间隙配合，定位套与活塞体下部之间是接触连接，下半轴和电机还有电机座安装在连杆中并且安装在上连杆轴瓦之上，下半轴与连杆之间是间隙配合，电机座与连杆之间是螺纹连接。

[0016] 技术方案中所述的活塞体上部的内孔壁上设置有内螺纹，外螺纹的形状是三角形或梯形；活塞体上部底面上沿轴向均匀地分布有二至六个结构相同的横截面为扇形的导向孔，活塞体上部通过结构相同的横截面为扇形的导向孔对应地套装在活塞体下部上二至六个结构相同的横截面为扇形的导向板上，两者之间为滑动连接。

[0017] 技术方案中所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，其特征在于，所述的内套是一个圆筒形结构件，内套顶部的中心处设于键槽，圆筒形外壁上设有与活塞体上部相对应的内螺纹，内螺纹的形状是三角形或者梯形，圆筒形内壁上设有矩形的圆环体式凸起，圆环体式凸起通过轴承与定位套连接，保证内套的位置固定。

[0018] 技术方案中所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，其特征在于，所述的轴中，上半轴的一端是与螺母连接，另一端通过十字万向节接到下半轴，下半轴的另一端是十字花形式连接到电机中；上半轴设有键槽，放置普通平键用以传递电机的扭矩，上半轴与下半轴连接所用的十字万向节是可以保证扭矩的传递和下半轴在连杆中可做钟摆运动。

[0019] 技术方案中所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，其特征在于，所述的活塞下体的顶端环形面上沿轴向均匀地分布有二至六个结构相同的横截面为扇形的导向板，即个个导向板的高度相同，宽度相同，厚度相同，导向板所分布的圆周的回转中心线与活塞体下部的回转中心线共线，活塞体下部顶端的内壁上设有梯形凹槽，用以支撑定位套。

[0020] 技术方案中所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构，其特征在于，所述的连杆，连杆小头上部中心处设有供轴穿过的轴孔，连杆体为中空设计，放置下半轴和电机以及电机座；电机座与连杆是螺纹连接，连杆大头上部中心处设有放置电机和电机座的孔，电机座下部为圆弧形与连杆大头上轴瓦紧密配合。

[0021] 与现有技术相比本发明的有有益效果是：

[0022] 1.本发明所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构通过在活塞连杆中加装电机机构来改变压缩比，可靠性能高，安装方便，工艺性好。

[0023] 2.本发明所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构因为采用了螺旋机构咬合，使得可变压缩比无级，能够精准的控制压缩比，满足发动机在不同工况下的需求。

[0024] 3.本发明所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构的可变技术是通过改变活塞体上部和内套的相对位置来实现的，而活塞顶部有气环与油环的刮油和挡油作用，活塞的密封性相对较好。

[0025] 4.本发明所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构由于只对活塞内部进行相应的改动，并没有设计汽缸盖和燃烧室，因此该发明能极大的减少工艺成本，经济性能高。

[0026] 5.本发明所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构由于考虑到连杆和活塞头的相对运动，并且对活塞受力方向和形式考虑详细，故可行性较高。附图说明

[0027] 下面结合附图对本发明作进一步的说明：

[0028] 图1是本发明所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构结构组成主视图上的全部视图；

[0029] 图2是本发明所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构中关键传动零件，十字万向节的三维视图；

[0030] 图中：1.活塞体上部，2.内套，3.定位套，4.活塞体下部，5.上半轴，6.轴承，7.十字万向节，8.下半轴，9.电机，10.电机座，11.连杆，12.导向板

具体实施方式

[0031] 下面结合附图对本发明进行详细的描述：

[0032] 参考图1，本发明所述的铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构包括活塞体上部1，内套2，定位套3，活塞体下部4，上半轴5，轴承6，十字万向节7，下半轴8，电机9，电机座10，连杆11，导向板12。

[0033] 参考图1，将整体活塞分割成活塞体上部1与活塞体下部4两个部分，活塞体下部4的顶端环形面上沿轴向均匀地分布有两至六个结构相同的横截面为扇形的导向板12，即各个导向板12的高度相同，宽度相同，厚度相同，导向板12所分布的圆周的回转中心线与活塞体下部4的回转中心线共线，各导向板12均匀分布。活塞体下部4顶端设置有支撑定位套3的凹槽

[0034] 活塞体上部1的内孔壁上设置有外螺纹，外螺纹的形状为三角形或梯形；活塞体上部1底面上沿轴线均匀分布有二至六个结构相同的横截面面为扇形的导向孔，二至六个结构相同的横截面为扇形的导向孔用来套装在活塞体下部4上对应的结构相同的横截面为扇形的导向板12上，两者之间为滑动连接。

[0035] 参阅图1，活塞体上部1受到来自内套2的内螺纹向下的轴向力限制，受到了活塞体下部4顶部和导向板12向上的轴向力限制，保证了压缩比的来回可调性；内套2受到了上半轴5通过键连接传来的扭矩，同时受到上半轴5所连接的螺母向下的轴向力和定位套3通过轴承6传递过来的向上的轴向力；定位套3通过活塞体下部4凹槽受到了向上的轴向力限制；电机9由于电机座10和轴的作用力保证了其工作位置；而电机9座通过螺纹连接固定到连杆
11上。

[0036] 参阅图1和图2，电机9为永磁式步进电机或混合式步进电机，电机9调速由双环形脉冲信号、功率驱动电路、单片机等组成控制系统控制，内有自带的减速机构用来降低速度和提高扭矩，并能实现正反转的控制。其角度可设定为90度的倍数，保证十字万向节7不会产生运动干涉。

[0037] 所述的内套2为圆筒形结构件，内套2顶部的中心处设置有键槽，内套2外壁上设置有内螺纹，内螺纹的形状为三角形或梯形，内套2外壁上的内螺纹与活塞体上部的外螺纹相配合，内套2底部的外圆柱面上设置有横截面为矩形的圆环体式凸起，内套2的底部的圆环体式凸起通过轴承6作用在定位套3上，受到来自定位套3的轴向力。

[0038] 参阅图1，贯穿活塞的轴可分为上半轴5和下半轴8以及两者的连接器十字万向节7，上半轴5的一端是与螺母连接，另一端通过十字万向节7连接到下半轴8，下半轴8的另一端是连接到电机9中；上半轴5设有键槽，放置普通平键用以传递电机9的扭矩，上半轴5与下半轴8连接所用的十字万向节7是可以保证扭矩的传递和下半轴8在连杆11中可做钟摆运动。

[0039] 参阅图2，十字万向节7是个既能传递扭矩的同时，又能让安装在连杆11中的电机9和电机座10随着连杆11的钟摆运动而运动，上半轴5和下半轴8各设计两个吊耳用以通过销连接到一个匹配的长方体金属上，通过控制系统为电机9设定好旋转的角度以保证压缩比改变到应该的大小，并且不造成运动干涉。

[0040] 铰接传动电驱式可变压缩比活塞机构的工作原理：

[0041] 参阅图1，当发动机需要高压缩比时，单片机发出正脉冲，通过驱动器的分配与放大，最后驱动电机9，使得电机9正转，电机9通过下半轴8带动十字万向节7传递扭矩带动上半轴5转动，上半轴5通过键带动内套2转动，内套2通过螺纹的连接作用带动活塞体上部1向上运动，从而提高发动机的压缩比。

[0053] 参阅图1，当发动机需要低压缩比时，单片机发出负脉冲，通过驱动器的分配与放大，最后驱动电机9，使得电机9反转，电机9通过下半轴8带动十字万向节7传递扭矩带动上半轴5转动，上半轴5通过键带动内套2转动，内套2通过螺纹的连接作用带动活塞体上部1向下运动，从而降低发动机的压缩比。

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