[发明专利]内燃机优化型可变压缩比活塞

说明书

技术领域

本发明涉及对公开号为CN101900056A、发明名称为内燃机可变 压缩比活塞的进一步研究改进，具体地指一种内燃机优化型可变压 缩比活塞。

背景技术

压缩比对内燃发动机的性能有较大影响。可变压缩比技术是指 能够根据发动机的工况控制发动机的压缩比的技术。

本申请人在公开号为CN101900056A的中国发明专利申请公开说 明书中介绍了一种内燃机可变压缩比活塞，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，其位移包括有碟形弹簧产生的弹性变形和周向分布的钢珠 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珠 沿径向斜面或曲面滚动产生的机械位移改善了弹性元件的载荷/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。

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。申请人在研究过程中试图通过取消弹 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，但如何使其动态响应更加快捷和准确一直是 困扰申请人的难题。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种结构更加简化、动态响应更加快 捷、预紧位置更容易确定、从而使其压缩比能够随高转速发动机工 况作快速适应性变化的内燃机优化型可变压缩比活塞。

为实现上述目的，本发明所设计的内燃机优化型可变压缩比活 塞，包括活塞顶和活塞裙，所述活塞顶和活塞裙之间设置有压缩比 调节机构，所述压缩比调节机构具有通过锥面配合的中央限位盘和 外围支撑盘，所述中央限位盘与活塞顶刚性连接，所述外围支撑盘 与活塞裙刚性连接，所述中央限位盘的环形限位面与外围支撑盘的 环形支撑面围构成的V型环槽内均匀分布有钢珠，所述钢珠与活塞 顶的环形内腔顶部之间设置有弹性复位部件；所述弹性复位部件、 中央限位盘和外围支撑盘共同限制钢珠的径向滚动或滑动，所述弹 性复位部件的预紧力保持中央限位盘和外围支撑盘之间的锥面紧密 贴合、且保持活塞顶的底端与外围支撑盘之间形成伸缩间隙δ。这样， 压缩比调节机构能够根据缸内压力变化控制活塞顶相对于活塞裙的 位移，通过燃烧室容积的变化调节缸内压力。

进一步地，所述活塞裙上，与活塞销铰接的连杆小端的上部设 置有回复凸轮，所述回复凸轮用于在发动机排气行程时上推中央限 位盘，辅助压缩比调节机构及时复位。

进一步地，所述活塞顶的环形内腔顶部与弹性复位部件之间设 置有调整垫片。通过调整垫片的增减，可以方便地实现压缩比和初 始预紧力的调节。

进一步地，所述环形限位面和环形支撑面与钢珠接触的表面为 变角度斜面或曲面。这种变角度斜面或曲面可使钢珠作用在外围支 撑盘上的分力减小，作用在中央限位盘上的分力增大，从而增加其 向下的机械位移量。

再进一步地，所述弹性复位部件由上碟形弹簧组件和下碟形弹 簧组件相对叠加而成，所述上碟形弹簧组件和下碟形弹簧组件各包 括一片或多片碟形弹簧，其中下碟形弹簧组件的各片碟形弹簧之间 设置有径向间隙，且该径向间隙愈靠近碟形弹簧的中心愈大。这样， 与钢珠接触的下蝶形弹簧组件具有良好的形变空间，在活塞压缩比 的调节过程中，可以迅速降低刚度，增加位移。

再进一步地，所述下碟形弹簧组件与钢球相接触的底面设置有 适合钢球径向滚动或滑动的槽道。这样，可以有效降低碟形弹簧组 件与钢球相接触的比压，还可以减少碟形弹簧组件与钢球之间的摩 擦阻力。

更进一步地，所述活塞顶还可以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，所述中央限位盘通过中心螺栓与活塞 顶中心部分刚性连接，且所述中央限位盘的上部沉孔与活塞顶中心 部分的下部外壁之间还通过螺纹结构锁紧连接。将活塞顶设计成剖 分式结构，一方面可以大幅改善活塞顶剖分处的应力集中，另一方 面可使用普通活塞加工可变压缩比活塞，而不用重新铸造新结构的 活塞，节省研发和加工成本。

本发明的内燃机优化型可变压缩比活塞的工作原理分为三个状 态描述：