阅读说明：本技术 无级偏心轮式可变压缩比活塞 (Stepless eccentric wheel type variable compression ratio piston ) 是由 苏岩 宋泽阳 李小平 王忠恕 解方喜 韩永强 王永珍 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种通过在活塞上安装特殊偏心活塞销套从而实现可变压缩比的活塞,以此克服现有可变压缩比技术存在的机械结构复杂、零件繁多与只能实现两级式调节的问题。无级偏心轮式可变压缩比活塞包括：电机、齿轮、卡环、带槽式活塞销、带齿轮偏心式活塞销套筒、从动偏心式活塞销套筒、螺栓、活塞体；电机在活塞销内部,螺栓与电机为滑动连接,螺栓与活塞体螺纹连接,电机与活塞销之间为间隙配合,电机轴通过键与齿轮装配为固定连接,齿轮与带齿轮偏心式活塞销套筒啮合,活塞销与带齿轮偏心式活塞销套筒、从动偏心式活塞销套筒为滑动连接,卡环安装在齿轮外侧环形凹槽中。(The invention discloses a piston which realizes a variable compression ratio by installing a special eccentric piston pin bush on the piston, thereby solving the problems of complicated mechanical structure, various parts and capability of only realizing two-stage adjustment in the prior variable compression ratio technology. The stepless eccentric wheel type variable compression ratio piston comprises: the device comprises a motor, a gear, a clamping ring, a grooved piston pin, a toothed wheel eccentric piston pin sleeve, a driven eccentric piston pin sleeve, a bolt and a piston body; the motor is inside the piston pin, and the bolt is sliding connection with the motor, and bolt and piston body threaded connection are clearance fit between motor and the piston pin, and the motor shaft passes through the key and gear assembly be fixed connection, gear and the eccentric formula piston pin sleeve meshing of taking the gear, and the piston pin is sliding connection with the eccentric formula piston pin sleeve of taking the gear, driven eccentric formula piston pin sleeve, and the snap ring is installed in gear outside annular groove.)

无级偏心轮式可变压缩比活塞

技术领域

本发明涉及一种汽车发动机活塞，更确切地说，本发明设计一种无级偏心轮式可变压缩比活塞。

背景技术

发动机的压缩比是指活塞运动到下止点时的气缸容积与活塞运动到上止点的气缸容积之比，压缩比增加能有效的提高发动机的性能和效率。首先压缩比升高时可以让在活塞运动到上止点时气缸室内混合气密度增加，分子间距离减小，因此燃油分子和氧分子更容易相互作用，所以混合气更容易点燃。第二较小的燃烧空间可以较快的完成燃烧过程，因为燃烧过程的加快，所以发动机的性能也得到提升。但是压缩比的增加也会造成问题，压缩比的上升会使爆震倾向增加，而且高压缩比对汽油品质有较高要求。为解决这一难题，目前国内外开始将研究的重点转向可变压缩比发动机的研发当中。可变压缩比就是发动机通过控制手段，实时改变发动机的压缩比使得发动机在中低负荷工况下采用高压缩比来提高发动机的热效率和燃油经济性；在高负荷工况下采用较低的压缩比防止爆震的产生。

典型事例介绍：在日内瓦车展上展出的萨博SVC(可变压缩比)发动机，它是一台直列5缸四气门发动机，排量为1598cc，但是其工作效率非常显著，他的压缩比能在8:1与14：1之间连续调节，它最大功率为225匹，最大扭力为304牛米。此发动机性能与本田的3.2升V6发动机相似，但是油耗却非常低——比普通非可变压缩比发动机相同功率下能减少超过30％的燃油消耗。这款SCV发动机的升功率能达到150匹每升，这个数值是目前传统轿车中最高的。同时废气排放标准能达到欧四标准。

采用可变压缩比技术能够：

降低对燃料品质的要求，适用于多元燃料驱动；

降低发动机的废气中污染物的排放；

提高发动机在不同工况下的工作稳定性；

提升发动机的热效率，改善发动机的燃油经济性；

在保证动力的前提下，可使发动机排量进一步减小，结构更为紧凑，升功率与比质量增加。

目前国内外发动机可变压缩比的实现有很多技术方案和相关专利，但大多都存在机械机构复杂，对可变压缩比数值控制不够精确，难以解决发动机工作中平衡问题，发动机质量和体积增加以及只能做到两极式压缩比调节等问题。比如萨博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一套独立的冷却系统。该系统的冷却油道与缸体连接，并用橡胶键进行密封，但橡胶工件长期往复工作会因为受力疲劳产生开裂现象，进而导致发动机油道漏油。再者，萨博SCV发动机加入了液压推动装置使发动机结构更为复杂。而且在软件方面，当时萨博并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。所以，直到其破产之前，这款发动机也未被投入实际使用。日产在2018年末实现了可变压缩比发动机的量产，其采用的技术为多连杆式技术。该发动机是在原有的曲柄连杆机构上又额外增加了一套VCR连杆机构以及一根控制轴。其中VCR连杆机构由转动的曲柄销杠杆及其一端与控制轴的连接杆构成。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。由此促使活塞上止点位置出现上下移动，实现压缩比的可变。但是时至2019年第二季度搭载该款可变压缩比发动机的轿车只有少量实车，究其原因还是多连杆式可变压缩比技术对材料以及加工精密度较高，导致技术较为落后的大型装配厂无法装配，日本本土产能较低，又因为价值运输关税等问题，致使其产能严重不足。所以日产VC-TURBO发动机依然因为可变压缩比机构过于精密复杂，使其在量产过程中出现很多困难。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是克服了现有技术存在的结构复杂，零件繁多，过大增加发动机体积与质量，密封性差的问题，提供一种可变压缩比活塞。

为解决上述技术问题，本发明是采用的如下技术方案实现的：所述的无级偏心轮式活可变压缩比活塞包括电机、齿轮、卡环、带槽式活塞销、带齿轮偏心式活塞销套筒、从动偏心式活塞销套筒、螺栓与活塞体。

一种无级偏心轮式可变压缩比活塞，其特征在于，所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞包括：带槽活塞销、电机、齿轮、卡环、带齿轮偏心式活塞销套筒、从动偏心式活塞销套筒、螺栓、活塞体；

螺栓与活塞体下部为螺纹连接，螺栓穿过带槽活塞销的槽孔与电机滑动连接，并与活塞体上部为螺纹连接，电机在带槽活塞销内部有间隙为间隙配合，电机轴与齿轮以键装配为固定连接，齿轮与带齿轮偏心式活塞销套筒为齿轮连接，带齿轮偏心式活塞销与从动偏心式活塞销与带槽活塞销装配为滑动连接，带齿轮偏心式活塞销与从动偏心式活塞销与活塞体装配为滑动连接，卡环装配在齿轮外侧环形槽内。

技术方案中所述的电机在带槽活塞销内侧为间隙连接，电机与螺栓为滑动连接，螺栓与活塞体也为螺纹连接，电机相对活塞***置随压缩比改变而变化。

技术方案中所述的电机轴以键与齿轮装配，电机输出轴与齿轮轴共线，卡环在齿轮外侧环形槽内，带齿轮偏心式活塞销套筒与齿轮为齿轮连接，齿轮轴与带齿轮偏心式活塞销套筒齿轮的轴不共线。

技术方案中所述的带齿轮偏心式活塞销套筒与从动偏心式活塞销套筒外侧轮廓相同且均为偏心圆。带齿轮偏心式活塞销套筒与从动偏心式活塞销套筒与活塞销、活塞体为滑动连接。活塞体与套筒接触面轮廓为圆形。

技术方案中所述的于带槽活塞销在上下两侧有对称槽口，螺栓通过带槽活塞销槽内贯穿活塞销，活塞销与螺栓不接触。

与现有结构相比本发明的有益效果是

1.本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞，通过在活塞销内侧加装电机机构来改变压缩比，结构简单，安装方便，工艺性好。

2.本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞采用了偏心齿轮啮合，使得压缩比可在界限范围内无级可变，并能精确控制压缩比，满足发动机在不同工况下的的需求。

3.本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞通过偏心式活塞销套筒实现压缩比可变，活塞体结构并没有较大改动，不会影响活塞气环油环等结构，所以稳定性与密封性好。

4.本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞实现可变压缩比的结构集中在活塞内部，且改装后活塞体积与质量无较大变化，因此在达到增加效率的同时，发动机的质量与体积并未明显增加。

5.本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞只对活塞内部进行了局部改动，其他如燃烧室，曲轴连杆结构均没有特殊结构，因此极大减少了其他配套零件的生产，减少了工艺成本，经济性高。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明

图1是本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞结构组成的主视图上的全剖视图；

图2是本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞结构左视图；

图3是本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞电机的主视图；

图4是本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞带槽活塞销左视图；

图5是本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞带槽活塞销俯视图；

图6是本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞带齿轮偏心式活塞销套筒全剖主视图；

图7是本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞带齿轮偏心式活塞销套筒左视图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细描述：

参阅图1，本发明所述的无级偏心轮式可变压缩比活塞包括电机(1)、齿轮(2)、卡环(3)、带槽活塞销(4)、带齿轮偏心式活塞销套筒(5)、从动偏心式活塞销套筒(6)、螺栓(7)、活塞体(8)。

参阅图1与图2，活塞体与带齿轮偏心式活塞销套筒、从动偏心式活塞销套筒接触轮廓为圆形。带齿轮偏心式活塞销套筒、从动偏心式活塞销套筒与活塞体接触面轮廓相同切均为偏心圆。活塞体与活塞销套筒为滑动连接。活塞体在从动偏心式活塞销套筒侧，活塞体顶部与裙部开有螺纹孔，与螺栓为螺纹链接。

参阅图1与图3，电机为永磁式进步电机或混合式进步电机。电机调速由双环型脉冲信号、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。电机大体为筒型结构，在电机非输出轴侧有径向开孔，且贯穿电机无螺纹。电机无螺纹孔与螺栓相配合，为滑动连接。

参阅图1、图4与图5带槽活塞销与从动偏心式活塞销套筒滑动连接侧，上侧与下侧有对称开槽，所开槽宽度与螺栓直径配合，螺栓从下侧开槽处进入并贯穿带槽活塞销。

参阅图1，卡环是由内外圆心不重合的圆弧所构成的刚性结构，有一定的弹性，用于防止齿轮向活塞体外侧窜动，起固位，稳定的作用。

参阅图1与图2，电机在带槽活塞销内部，电机通过固定在活塞体上螺栓来引导电机的运动方向，保证电机只沿轴向方向螺栓做上下运动。

参阅图1与图2，电机输出轴处通过普通平键使输出轴与齿轮固定连接，并通过卡环与带齿轮偏心式活塞销套筒齿轮内侧卡槽同时作用来防止齿轮轴向窜动。

无级偏心轮式卡变压缩比活塞的工作原理

参阅图1，当发动机在一定工况下需要减小压缩比时，电动机启动，电动机输出轴转动，带动通过花键连接的齿轮转动。齿轮与带齿轮偏心式活塞销套筒啮合，并带动齿轮偏心式活塞销套筒，从动偏心式活塞销套筒伴随其转动。使两活塞销套筒轮廓半径最短处相对活塞体向上，从而减小压缩比。

参阅图1，当发动机在一定工况下需要提高压缩比时，电动机启动，电动机输出轴转动，带动通过花键连接的齿轮转动。齿轮与带齿轮偏心式活塞销套筒啮合，并带动齿轮偏心式活塞销套筒，从动偏心式活塞销套筒伴随其转动。使两活塞销套筒轮廓半径最长处相对活塞体向上，从而增加压缩比。