一种具有电磁式位置反馈的可变压缩比活塞

1.本发明属于活塞往复式内燃机技术领域，具体涉及一种具有电磁式位置反馈的可变压缩比活塞。


背景技术：

2.根据热力学相关知识，无论在哪种理论循环的条件下，热效率总与压缩比有关，压缩比的提高能够产生更高的热效率。但在内燃机设计过程中，压缩比过高会导致大负荷时汽油机产生爆震，柴油机工作粗暴，所以为了兼顾全负荷，压缩比不能够设计太高，目前采用固定压缩比的设计是一种妥协的折中方案。如果发动机能够根据工况不同改变压缩比，低负荷时采用高压缩比，高负荷时采用低压缩比，对热效率的提高有很大的意义。根据往复式内燃机的结构特点，活塞高度的改变，将影响燃烧室容积，直接改变内燃机压缩比。并且目前存在的通过改变高度实现可变压缩比的活塞，在活塞高度改变过程中，不能够对当前活塞高度进行实时读取，不能够进行反馈控制，造成压缩比控制精度有限。


技术实现要素：

3.为解决现存技术存在的问题，本发明是提供一种具有电磁式位置反馈的可变压缩比活塞，实现方案为在活塞销中布置一种减速电动机，电动机能够驱动传动环进行旋转运动，传动环上具有螺纹结构，能够将其旋转运动，转换成活塞上部与下部之间的轴向运动。进而改变活塞的高度。在可变高度活塞上部与下部之间布置一种的电磁式位移传感器，在压缩比调节过程中，将活塞上部运动过程中的位移信号转换成电信号，对活塞的位置进行实时反馈。
4.与现有结构相比，本发明的有益效果：
5.1.本发明利用一种磁电式传感器进行位置反馈，在活塞工作的过程中，能够实时对活塞所处的位置进行反馈。
6.2.传感器布置在活塞销座下部，传感器的测量结构位于活塞的内部，结构紧凑不会与连杆等其他结构产生干涉。
7.3.本发明为对活塞原有的活塞环、活塞顶面得重要结构进行改动，对原有工作状态影响小。
附图说明
8.图1为本发明所述的电磁式位置反馈可变压缩比活塞主轴测图
9.图2为本发明所述的电磁式位置反馈可变压缩比活塞装配图
10.图3为本发明所述的电磁式位置反馈可变压缩比活塞的位置传感器装配图
11.图4为本发明所述的电磁式位置反馈可变压缩比活塞的位置传感器工作方式示意图
12.图5为本发明所述的电磁式位置反馈可变压缩比活塞的活塞销轴测图
13.图6为本发明所述的电磁式位置反馈可变压缩比活塞的传动环轴测图
14.图7为本发明所述的电磁式位置反馈可变压缩比活塞的活塞上部轴测图
15.其中：1.导线、2.下壳体、3.下托盘、4.线圈、5.e形软磁体心、6.短路环、7.上壳体、8.测量杆、9.传感器总成、10.空心螺钉、11.电动机锥齿轮、12.活塞下部、13.活塞销、14.驱动电机、15.传动轴锥齿轮、16.传动轴轴承、17.传动轴、18.直齿轮、19.活塞上部、20.传动环、21电动机定位垫片
具体实施方式
16.以下结合附图对本发明技术方案作进一步详细阐述：
17.如图1、图2、图3所示，本发明由导线(1)、下壳体(2)、下托盘(3)、线圈(4)、e形软磁体心(5)、短路环(6)、上壳体(7)、测量杆(8)、传感器总成(9)、空心螺钉(10)、11.电动机锥齿轮(11)、活塞下部(12)、活塞销(13)、驱动电机(14)、传动轴锥齿轮(15)、16.传动轴轴承(16)、传动轴(17)、直齿轮(18)、活塞上部(19)、传动环(20)电动机定位垫片(21)组成。
18.活塞体部分，如图1、图2所示，对活塞体部分进行装配，活塞销(13)装入活塞下部(12)的孔中，并且通过空心螺钉(10)进行定位，驱动电动机(14)装入活塞销(13)内部，电动机轴向采用定位垫片(21)进行定位，并利用活塞销(13)上的螺钉孔，采用螺钉进行固定，电动机(14)的引线方式为通过活塞销(13)下部的引线孔引出。空心传动轴(17)以及传动轴轴承(16)安装入对应的孔中，并且在传动轴(17)上安装直齿轮(18)与传动轴锥齿轮(15)，两者分别与传动环(20)以及电动机锥齿轮(11)相互啮合。最后将活塞上部(19)沿着传动环(20)上的螺纹旋入，完成活塞体的装配。
19.传感器部分，如图3所示，对传感器(9)进行装配，将线圈(4)安装在e形软磁体心(5)上，一同放入传感器下壳体(2)的底部，将良导体制成的短路环(6)放入上壳体(7)留出的环槽内，最后对上壳体(7)、下壳体(2)进行同轴安装，最终在上壳体(7)的顶部安装滚珠(8)，完成对传感器总成的装配。
20.传感器与活塞体结合，在对应的位置将传感器总成(9)装入，其中测量杆(8)穿过传动轴(17)与空心螺钉(10)上的空心孔，进行同轴安装。传感器(9)的固定方式为，通过上壳体(7)与空心螺钉(10)之间进行焊接连接，完成对传感器(9)的固定。导线(1)从活塞下部(12)的引线孔引出。
21.活塞体的工作方式，如图1、图2、图4所示，在压缩比需要进行调整时，压缩比控制单元对电动机(14)的驱动器发送信号，动力将通过电动机锥齿轮(11)、传动轴锥齿轮(15)、传动轴(17)、直齿轮(18)进行传递，最终传递到传动环(20)，实现传动环(20)的旋转运动，传动环(20)具有分别于活塞下部(12)以及活塞上部(19)相互配合的螺纹结构，能够将传动环(20)的旋转运动转换成直线运动，实现活塞下部(12)与活塞上部(19)的轴向相对运动，实现对压缩比的调整。
22.传感器的工作方式，传感器(9)上壳体(7)与下壳体(2)会分别随着活塞的上、下部(19)(12)一起运动，其中上壳体(7)的运动会带动短路环(6)随之运动，进而实现短路环与线圈之间的距离变化，完成运动信号向电信号的转化。
23.传感器信号的读取方式，对下部线圈(4)通入大小恒定的交变电流，线圈(4)周围产生交变磁场，短路环(6)内部产生一定的电磁涡流，能够实现对短路环外部分磁场的屏
蔽，磁通量的大小与线圈(4)与短路环(6)之间的距离有关，所以在活塞工作的过程中，线圈(4)与短路环(6)之间的距离变化，线圈(4)产生的磁通量将随之改变，即磁通量与活塞上、下部(19)(19)之间的位移之间具有一定的函数关系根据电感的定义，在电流大小恒定的条件下，可以得到电感与位移之间的函数关系l＝l(x)。对电感进行测量，就可以得到对应的位移量，完成对活塞高度的读取。综上所述，通过传感器(9)读取的信号，可以对活塞位置进行实时反馈。


技术特征：
1.一种具有电磁式位置反馈的可变压缩比活塞，其特征在于，由导线(1)、下壳体(2)、下托盘(3)、线圈(4)、e形软磁体心(5)、短路环(6)、上壳体(7)、测量杆(8)、传感器总成(9)、空心螺钉(10)、电动机锥齿轮(11)、活塞下部(12)、活塞销(13)、驱动电机(14)、传动轴锥齿轮(15)、传动轴轴承(16)、传动轴(17)、直齿轮(18)、活塞上部(19)、传动环(20)、电动机定位垫片(21)组成。活塞销(13)装入活塞上部(19)的孔中，通过空心螺钉(10)进行定位，驱动电动机(14)装入活塞销(13)内部。空心传动轴(17)以及传动轴轴承(16)安装在活塞上部(19)上，传动轴(17)上安装直齿轮(18)与传动轴锥齿轮(15)，分别于传动环(20)以及电动机锥齿轮(11)相互啮合。线圈(4)结合e形软磁体心(5)，一同放入传感器下壳体(2)的底部，良导体制成的短路环(6)结合测量杆(8)安装在上壳体(7)留出的环槽内，上壳体(7)、下壳体(2)进行同轴安装，测量杆(8)穿过上壳体(2)。测量杆(8)与传动轴(17)与空心螺钉(10)同轴安装，测量杆(8)穿过传动轴(17)与空心螺钉(10)上的空心孔，上壳体固定在空心螺钉(10)上。2.按权利要求1所述的具有电磁式位置反馈的可变压缩比活塞，其特征在于，定位作用的空心螺钉(10)以及传动轴(17)采用空心结构，具有连通活塞下部(19)与活塞下部(12)的中心孔。3.按权利要求1所述的具有电磁式位置反馈的可变压缩比活塞，其特征在于，传感器布置在活塞销座下部，测量杆(8)轴线，空心螺钉(10)轴线，传动轴(17)轴线相互平行，传感器的测量杆(8)从中心孔中穿过，与活塞上部(19)相连接。4.按权利要求1所述的具有电磁式位置反馈的可变压缩比活塞，其特征在于，传感器(9)中的短路环(6)结构与测量杆(8)相连接，利用下托盘(3)结构将线圈(4)固定在下壳体(2)通过空心螺钉(10)与活塞下部(12)相连接，实现用于测量的线圈(4)与短路环(6)分别于活塞的上部(19)与活塞下部(12)同步运动。

技术总结
具有电磁式位置反馈的可变压缩比活塞属于活塞往复式内燃机技术领域，本发明通过采用电动机(14)进行驱动，实现对内燃机压缩比的调节，满足在不同工况下的要求。同时在活塞上部(19)与活塞下部(12)之间安装一种具有短路环的传感器(9)，传感器(9)将活塞上部(19)的位移信号转换成电信号，对活塞当前所处的位置进行反馈。本发明在原有活塞基础上进一步进行结构设计，不会对气环、油环以及连杆等结构产生影响，保证了发动机的稳定性。本发明采用的感应元件技术成熟，容易实现低成本、高可靠性的产品。本发明中使用的感应元件以及引线在活塞的内部，布置紧凑。本发明应用广泛，适用于汽油、柴油、天然气、液化石油气等多种燃料的发动机。液化石油气等多种燃料的发动机。液化石油气等多种燃料的发动机。


技术研发人员：苏岩 沈博 解方喜 李小平 金兆辉 姜北平 李盛成 王永珍 马家义
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2021.12.02
技术公布日：2022/3/8