本發(fā)明屬于內燃機技術領域，特別是涉及一種自動可變壓縮比發(fā)動機活塞。

背景技術：

目前現有的汽油機壓縮比是固定不變的，提高壓縮比可改善部分負荷熱效率，降低燃油耗；但提高壓縮比存在高負荷區(qū)域爆震的風險，本發(fā)明通過阻尼式可變壓縮比活塞，自動改變壓縮比，可同時滿足汽油機高、低負荷的工作，既能提高汽油機熱效率，又能有效防止爆震。有個別發(fā)動機燃燒室壓縮比是可變的但不能自動可變，結構復雜，控制困難，成本很高，沒有量產。

技術實現要素：

本發(fā)明目的在于針對現有固定壓縮比汽油機的缺陷提供一種能夠自動改變壓縮比，既可提高汽油機部分負荷熱效率，又能避免全負荷時的爆震，有效提高發(fā)動機可靠性和經濟性的阻尼式可變壓縮比活塞。

本發(fā)明為實現上述目的，采用如下技術方案：

一種自動可變壓縮比發(fā)動機活塞，其特征在于：包括活塞頭部和活塞裙部，所述活塞頭部和活塞裙部通過限位檔片活動連接，并通過限位檔片限制活塞頭部和活塞裙部之間的相對位移，所述活塞頭部和活塞裙部之間設置有壓縮彈簧；通過氣缸壓縮行程空氣的壓縮壓力和壓縮彈簧的彈力相互作用自動改變壓縮比。

在壓縮行程實現壓縮比自動可變的工作方式；當發(fā)動機在低負荷工況時，空氣進氣量少，壓縮行程空氣壓縮壓力較小，壓縮彈簧處在較小的壓縮位置，活塞的壓縮高度較大，能實現高壓縮比工作方式，提高熱效率；當發(fā)動機在較大負荷或全負荷工況時，空氣進氣量大，壓縮行程空氣壓縮壓力較大，壓縮彈簧處在較大的壓縮位置，活塞的壓縮高度較小，能實現低壓縮比工作放式，防止發(fā)動機爆震。

所述壓縮彈簧為多個，所述活塞裙部頂面和所述活塞頭部內部腔體頂部設置有多個中空環(huán)形凸臺，所述壓縮彈簧設置在所述活塞裙部和活塞頭部的凸臺之間。

優(yōu)選的：所述壓縮彈簧為圓柱螺旋壓縮彈簧，數量為5個，均勻分布在活塞頭部和活塞裙部之間。所述壓縮彈簧也可以為波形彈簧。

其進一步特征在于：所述活塞裙部和限位檔片之間，及所述限位檔片和活塞頭部之間，均設置有阻尼部件。

所述阻尼部件為開口式環(huán)狀減震部件、波形彈簧、碟形彈簧中的一種或兩種的組合。

所述阻尼部件也可以為所述活塞裙部外壁、活塞頭部內壁和限位檔片上端面圍成一個環(huán)形阻尼腔。

進一步的：所述活塞頭部上部側壁上具有環(huán)槽，所述活塞頭部下部側壁上兩側具有導向面，所述導向面兩側具有減重缺口。

所述活塞裙部包括頂部臺階、頸部臺階和下部臺階，頸部臺階連接頂部臺階和下部臺階，所述頸部臺階直徑小于頂部臺階和下部臺階；所述下部臺階側壁上具有兩個弧形導向面，所述弧形導向面兩側為兩個相對的平面，所述平面上設置有銷孔。

所述限位檔片為兩片弧形擋片，與活塞頭部底面固定連接后卡箍在所述活塞裙部的頸部臺階上，限制活塞頭部與限位擋片在所述活塞裙部的下部臺階頂面和頂部臺階底面之間滑動。

所述活塞頭部內部腔體內壁上設置有矩形卡槽，所述活塞裙部上部臺階外壁設置有矩形凸起；所述矩形卡槽和矩形凸起相配合，對活塞頭部和活塞裙部的相對位移進行導向。

所述活塞裙部下部臺階上的銷孔內壁徑向設置有油孔。

所述活塞頭部和活塞裙部之間的相對位移距離為0-5mm。

本發(fā)明阻尼式可變壓縮比活塞，能夠自動改變壓縮比，既可提高汽油機部分負荷熱效率，又能避免全負荷時的爆震，有效提高發(fā)動機可靠性和經濟性。經模擬計算在乘用車油耗試驗（nedc）循環(huán)，比固定壓縮比發(fā)動機燃油耗降低5-7%；比其他結構的可變壓縮比發(fā)動機，生產成本降低30-80%。

附圖說明

圖1為本發(fā)明分離結構示意圖。

圖2、3為活塞頂部示意圖。

圖4、5為活塞裙部示意圖。

圖6為壓縮彈簧示意圖。

圖7為限位擋片示意圖。

圖8為活塞最高壓縮比狀態(tài)示意圖。

圖9為活塞最低壓縮比狀態(tài)示意圖。

圖10為活塞最低壓縮比狀態(tài)示意圖。

圖11為上阻尼部件安裝示意圖。

具體實施方式

如圖1所示發(fā)動機活塞設計成可相對滑動的上下兩部分：活塞頭部100和活塞裙部200。以及在活塞頂部100和活塞裙部200之間，圓周及圓心均布5個（數量可根據具體情況調整）壓縮彈簧300并焊接有限位擋片400?；钊共?00和限位檔片400之間，及限位檔片400和活塞頭部100之間，分別設置有上阻尼部件500和下阻尼部件600。

如圖2、3所示，活塞頭部100包括5個凸臺101用于安裝壓縮彈簧300，可防止壓縮彈簧300徑向位移，凸臺101挖有小孔103用于減輕活塞頭部100的重量，凸臺101采用底部大、上部小的結構，便于安裝彈簧。活塞頭部100內部腔體內壁上設置有矩形卡槽102，如圖4所示活塞裙部200上部臺階外壁設置有矩形凸起203。矩形卡槽102為裙部的矩形凸起203的導向槽，活塞頭部100的矩形卡槽102與活塞裙部200的矩形凸起203相互配合，既可以實現活塞頭部100與活塞裙部200良好的導向，有能防止活塞頭部100與活塞裙部200的相對轉動?；钊^部100上部側壁上具有環(huán)槽108，所述活塞頭部100下部側壁上兩側具有導向面106，所述導向面106兩側具有減重缺口105，減輕活塞頭部100的重量。導向面106既可以保證活塞在運動過程中的良好導向，又能有效防止活塞頭部100發(fā)生側傾。

阻尼分上、下兩部分，優(yōu)先選用如圖10所示開口式環(huán)狀減震部件，目的是防止壓縮比快速改變時，活塞頭部100相對于活塞裙部200急速地軸向滑動，與活塞頭部100焊接在一起的限位擋片400沖擊活塞裙部200的限位面產生噪聲、震動甚至對機械結構造成破壞。上阻尼部件500安裝在活塞裙部200的頸部臺階210和限位擋片400的上平面402之間，下阻尼部件600安裝在活塞裙部200的下部臺階207和限位擋片400的下平面403之間。阻尼部件可以使用波形彈簧、碟形彈簧，或其他任何型式的耐高溫彈性材料或彈性結構。上阻尼部件500的安裝位置由活塞頭部100、活塞裙部200和限位擋片400組成一個環(huán)形空腔501內（如圖11所示），在此空腔內也可以使用噴嘴來噴射機油作為阻尼代替彈性結構，起到緩沖作用，此時，限位擋片400上設有泄油孔。

如圖4、5所示，活塞裙部200包括5個凸臺202用于安裝壓縮彈簧300，活塞裙部200的5個凸臺202通過壓縮彈簧300與活塞頭部100的5個凸臺101相連接。中間的小孔201用于減輕活塞裙部200的重量，矩形凸起203與活塞頭部100的矩形卡槽102配合，防止活塞頭部100與活塞裙部200相對轉動?；钊共?00包括頂部臺階、頸部臺階210和下部臺階207，頸部臺階210連接頂部臺階和下部臺階207，所述頸部臺階210直徑小于頂部臺階和下部臺階207；所述下部臺階207側壁上具有兩個弧形導向面204，所述弧形導向面204兩側為兩個相對的平面，所述平面上設置有銷孔網紋205加強活塞裙部200的剛度并減輕重量。所述平面上具有銷孔206與銷配合安裝連桿小頭。下部臺階207的上表面用于限制活塞頭部100與限位擋片400向下移動的距離。銷孔206內壁徑向設置有油孔208，油孔208用于活塞銷與孔之間的潤滑。油孔208上方具有凹孔209，凹孔209用于減輕活塞裙部200的重量。

壓縮彈簧300均勻安裝在活塞頭部100與活塞裙部200之間，優(yōu)先選用如圖6所示的波形壓縮彈簧以降低彈簧高度，也可以選用碟形彈簧、圓柱螺旋彈簧等其他任何型式的彈簧。彈簧剛度需嚴格設計，可抵抗缸內爆發(fā)壓力的沖擊，根據缸內壓力變化自動被壓縮或伸展，改變活塞壓縮高度。壓縮彈簧300的鋼絲301必須具有良好的熱穩(wěn)定性。壓縮彈簧300安裝在活塞頭部100和活塞裙部200之間時，有一定的預壓縮量，這個預壓縮量也需要嚴格設計，與活塞頭部100和活塞裙部200接觸的彈簧頂面和底面可以是平面也可以是曲面。

如圖1、7所示，限位檔片400為兩片弧形擋片，用激光焊接兩個半圓限位擋片400，并將整個限位擋片焊接在活塞頭部100的底面107上，卡箍在所述活塞裙部的頸部臺階210上，限制活塞頭部100與限位擋片400在所述活塞裙部200的下部臺階210頂面和頂部臺階底面之間滑動。防止活塞頭部100在運動過程中與活塞裙部200脫離，限位檔片400邊緣的凸起部分401增加限位擋片400的強度和限位面積，防止限位擋片在運行過程中被破壞。

當發(fā)動機在低負荷工況時，壓縮行程氣缸空氣的壓縮壓力較小，壓縮彈簧300處在較小的壓縮位置，活塞的壓縮高度較大，能實現高壓縮比，提高熱效率，降低燃油消耗率；當發(fā)動機在較大負荷或全負荷工況時，壓縮行程氣缸空氣的壓縮壓力較大，壓縮彈簧300處在較大的壓縮位置，活塞的壓縮高度較小，能實現低壓縮比，防止爆震?；钊^部100與活塞裙部200相對位移為0mm~5mm。

活塞自由狀態(tài)如圖8所示，活塞處于最大壓縮高度位置，活塞頭部100與活塞裙部200相對位移為0mm，此時汽油機壓縮比最大；圖8為中間狀態(tài)壓縮比狀態(tài)；活塞最大壓縮狀態(tài)如圖10所示，活塞處于最小壓縮高度位置，活塞頭部100與活塞裙部200相對位移為5mm，此時汽油機壓縮比最小。

當汽油機在較低負荷運行時，壓縮行程氣缸空氣的壓縮壓力較小，圓柱螺旋壓縮彈簧300的預壓縮力可以抵制氣缸空氣的壓縮壓力而未被進一步壓縮，活塞處于最大壓縮高度狀態(tài)，如圖8所示，焊接在活塞頭部100的限位擋片400被活塞裙部200的頸部平臺210限位；隨著汽油機在負荷的增大，氣缸空氣的壓縮壓力也逐漸增大，壓縮彈簧300逐漸被壓縮，此時，限位擋片400在活塞裙部200的下部臺階210頂面和頂部臺階底面之間運動，活塞壓縮高度降低，壓縮比開始減小；當汽油機在較高負荷或全負荷運行時，氣缸空氣的壓縮壓力達到最大，壓縮彈簧300被進一步壓縮，活塞處于最小壓縮高度狀態(tài)，有效防止汽油機爆震的發(fā)生，如圖9所示，焊接在活塞頭部100的限位擋片400被活塞裙部200的下部臺階207的上表面限位。