氣缸蓋、可變壓縮比發(fā)動機和汽車的制作方法
【專利摘要】一種氣缸蓋、可變壓縮比發(fā)動機和汽車，其中氣缸蓋包括蓋體；位于蓋體中且用于連通氣缸燃燒室的通孔；位于通孔內(nèi)且可在通孔內(nèi)往復(fù)移動的活塞，活塞沿軸向方向包括密封部、齒輪部和螺紋部，密封部位于活塞靠近氣缸燃燒室的端部且密封通孔，齒輪部外圓周面具有周向間隔分布的若干條形齒，螺紋部外表面具有外螺紋；與活塞垂直的蝸桿，蝸桿位于蓋體中且至少一端位于蓋體外，蝸桿的螺旋齒與齒輪部的條形齒嚙合；與活塞的螺紋部周向相對的通孔內(nèi)壁設(shè)置有內(nèi)螺紋，內(nèi)螺紋和外螺紋能夠旋擰配合。本技術(shù)方案的可變壓縮比發(fā)動機的結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，并通過調(diào)節(jié)壓縮比來避免發(fā)動機高負荷時產(chǎn)生爆震，并在低負荷時提高燃油效率。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及汽車制造領(lǐng)域，特別涉及一種氣缸蓋、可變壓縮比發(fā)動機和汽車。 氣缸蓋、可變壓縮比發(fā)動機和汽車

【背景技術(shù)】
[0002] 在現(xiàn)有汽車用發(fā)動機中，壓縮比是發(fā)動機中一個非常重要的概念，壓縮比表示了 氣缸中氣體的壓縮程度，它是氣缸中氣體壓縮前的容積與氣體壓縮后的容積之比，即氣缸 總?cè)莘e與燃燒室容積之比稱為壓縮比。增加壓縮比，可以提高氣缸壓力和燃燒效率，但是容 易引起發(fā)動機的爆震，爆震是指氣缸內(nèi)的壓力超過了臨界值，汽油因為壓縮而在點火之前 被點燃，這會對發(fā)動機帶來很大的傷害。所以，在發(fā)動機處于低負荷時，希望通過增加壓縮 比來提高燃燒效率，而高負荷時，希望降低壓縮比來防止爆震和改善燃燒效率。
[0003] 現(xiàn)代發(fā)動機中，氣缸總?cè)莘e是基本恒定的，且在發(fā)動機工作過程中是無法改變的。 因此，當(dāng)前的可變壓縮比技術(shù)，通常是通過改變氣缸燃燒室容積和改變氣缸中活塞上止點 位置來實現(xiàn)，例如改變活塞上止點位置可以改變氣缸燃燒室容積，進而改變壓縮比?，F(xiàn)有改 變活塞上止點位置往往需要將連桿和曲軸的曲拐改變?yōu)?連桿機構(gòu)，同時增加控制機構(gòu)， 標(biāo)致MCE-5發(fā)動機就是采用該現(xiàn)有技術(shù)。另外，薩博SVC可變壓縮比技術(shù)是通過改變氣缸 蓋和缸體的相對位置來實現(xiàn)活塞上止點位置的。但是，現(xiàn)有可變壓縮比機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作 困難。 實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型解決的問題是，現(xiàn)有可變壓縮比機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作困難。
[0005] 為解決上述問題，本實用新型提供一種氣缸蓋，該氣缸蓋包括：
[0006] 蓋體；
[0007] 位于所述蓋體中且用于連通氣缸燃燒室的通孔；
[0008] 位于所述通孔內(nèi)且可在通孔內(nèi)往復(fù)移動的活塞，所述活塞沿軸向方向包括密封 部、齒輪部和螺紋部，所述密封部位于活塞靠近氣缸燃燒室的端部且密封通孔，所述齒輪部 外圓周面具有周向間隔分布的若干條形齒，所述螺紋部外表面具有外螺紋；
[0009] 與所述活塞垂直的蝸桿，所述蝸桿位于所述蓋體中且至少一端位于蓋體外，所述 蝸桿的螺旋齒與齒輪部的條形齒嚙合；
[0010] 與所述活塞的螺紋部周向相對的通孔內(nèi)壁設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋和外螺紋能 夠旋抒配合。
[0011] 可選地，在所述蝸桿位于蓋體外的一端連接有控制電機，所述控制電機控制蝸桿 繞中軸線轉(zhuǎn)動以帶動活塞周向轉(zhuǎn)動。
[0012] 可選地，所述齒輪部位于密封部和螺紋部之間，或者，所述螺紋部位于齒輪部和密 封部之間。
[0013] 可選地，在所述密封部和通孔的相向周面之間設(shè)置有油封。
[0014] 可選地，還包括套裝在所述密封部上的活塞環(huán)，所述活塞環(huán)與油封軸向相互隔開。
[0015] 可選地，所述活塞環(huán)與活塞外表面連接，或者所述活塞環(huán)與通孔內(nèi)壁連接。
[0016] 可選地，在所述密封部外表面套設(shè)有防摩擦環(huán)，所述防摩擦環(huán)與活塞環(huán)和油封軸 向相互隔開。
[0017] 可選地，所述發(fā)動機的氣缸具有多個，對應(yīng)每個氣缸設(shè)置有一個活塞，所述蝸桿可 帶動所有活塞同步移動。
[0018] 可選地，所述控制電機為步進電機，所述蝸桿與步進電機的轉(zhuǎn)子連接。
[0019] 可選地，所述條形齒延伸方向與活塞中軸線平行，或者所述條形齒相對活塞中軸 線傾斜。
[0020] 本實用新型還提供一種可變壓縮比發(fā)動機，該可變壓縮比發(fā)動機包括上述任一所 述的氣缸蓋，所述氣缸蓋與氣缸體開口連接。
[0021] 可選地，還包括火花塞和點火線圈，所述火花塞頂板與點火線圈電連接；
[0022] 所述活塞中形成有活塞腔，所述活塞腔軸向貫通活塞，所述火花塞位于所述活塞 腔中且其放電一端指向氣缸燃燒室，并與所述活塞腔內(nèi)壁連接。
[0023] 可選地，所述火花塞與活塞腔內(nèi)壁之間為螺紋連接。
[0024] 可選地，所述點火線圈與火花塞頂板電連接的一端具有絕緣管，所述絕緣管伸入 至活塞腔中并包圍部分高度的火花塞；
[0025] 在所述火花塞頂板與絕緣管頂端之間設(shè)置有彈簧，所述彈簧軸向一端與點火線圈 電連接，另一端連接有碳晶，所述碳晶與火花塞頂板接觸。
[0026] 本實用新型還提供一種汽車，該汽車包括上述任一所述的可變壓縮比發(fā)動機。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點：
[0028] 蝸桿與活塞之間為蝸桿傳動，在蝸桿旋轉(zhuǎn)時，活塞相對通孔可沿軸向移動以調(diào)整 氣缸燃燒室的容積，實現(xiàn)調(diào)節(jié)壓縮比和氣缸壓力的目的。本技術(shù)方案的可變壓縮比發(fā)動機 的結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，并通過調(diào)節(jié)壓縮比來避免發(fā)動機高負荷時產(chǎn)生爆震，并在低負荷時 提高燃油效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1是本實用新型具體實施例的氣缸蓋的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖2是本實用新型具體實施例的活塞和蝸桿的立體結(jié)構(gòu)圖；
[0031] 圖3是本實用新型具體實施例的氣缸蓋的立體剖視圖；
[0032] 圖4是本實用新型具體實施例的活塞的立體剖視圖。

【具體實施方式】
[0033] 為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本 實用新型的具體實施例做詳細的說明。
[0034] 發(fā)動機是一整套動力輸出設(shè)備，現(xiàn)有發(fā)動機包括氣缸，氣缸包括氣缸蓋和氣缸體， 氣缸體靠近氣缸蓋的部分為氣缸燃燒室。發(fā)動機工作主要包括四沖程，在點火沖程中，氣缸 中的活塞向氣缸蓋運動至活塞上止點，并將空氣和燃油的混合氣體擠壓在氣缸燃燒室，同 時火花塞放電將燃油點燃。
[0035] 在本實施例中，在現(xiàn)有氣缸蓋基礎(chǔ)上進行了改進，在改進的氣缸蓋基礎(chǔ)上形成了 可變壓縮比發(fā)動機，該可變壓縮比發(fā)動機具有調(diào)節(jié)壓縮比和氣缸壓力的功能。
[0036] 參照圖1、圖2,氣缸蓋包括：
[0037] 蓋體 1 ;
[0038] 位于蓋體1中且用于連通氣缸燃燒室10的通孔2 ;
[0039] 位于通孔2中且可在通孔2內(nèi)往復(fù)移動的活塞3,活塞3呈圓柱形，活塞3沿軸向 分為密封部31、螺紋部32和齒輪部33,其中齒輪部33和密封部31之間為螺紋部32,密封 部31位于活塞3靠近氣缸燃燒室10的端部且密封通孔2,齒輪部33外圓周面具有周向間 隔分布的若干條形齒330,螺紋部32外表面具有外螺紋320 ;
[0040] 與活塞3垂直的蝸桿4,蝸桿4位于蓋體1中且至少一端位于蓋體1外，蝸桿4的 螺旋齒41與齒輪部33徑向相對并可與條形齒330嚙合形成蝸桿傳動；
[0041] 與活塞3的螺紋部32周向相對的通孔2內(nèi)壁設(shè)置有內(nèi)螺紋21，內(nèi)螺紋21能夠和 螺紋部32的外螺紋320旋擰配合。當(dāng)活塞3周向轉(zhuǎn)動時，通孔內(nèi)螺紋21和活塞外螺紋320 相互配合以使活塞3沿軸向移動。
[0042] 相應(yīng)地，在蝸桿4位于蓋體1外的一端連接有控制電機5,控制電機5控制蝸桿4 繞中軸線轉(zhuǎn)動以帶動活塞3周向轉(zhuǎn)動。由于活塞3的螺紋部32與周向相向的通孔內(nèi)部之 間為螺紋配合，活塞3周向轉(zhuǎn)動時還沿軸向移動。
[0043] 需要說明的是，參照圖2,通常一個發(fā)動機具有多個氣缸，那么對應(yīng)每個氣缸設(shè)置 一個活塞3,多個氣缸設(shè)置有多個活塞3,這樣，在蝸桿4上對應(yīng)每個活塞3設(shè)置有一組螺旋 齒41，一個蝸桿4可帶動所有活塞3同步轉(zhuǎn)動。
[0044] 使用本實施例的氣缸蓋可形成可變壓縮比發(fā)動機，氣缸蓋與氣缸體開口連接。本 實施例的可變壓縮發(fā)動機的工作原理為：
[0045] 當(dāng)控制電機5驅(qū)動蝸桿4順時針旋轉(zhuǎn)，借助螺旋齒41與條形齒330配合，蝸桿4 帶動活塞3繞其中軸線按第一旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動，同時活塞3外螺紋與通孔2內(nèi)螺紋之間的螺 紋配合使活塞3相對通孔2沿軸向第一方向移動；
[0046] 當(dāng)控制電機5驅(qū)動蝸桿4逆時針旋轉(zhuǎn)，蝸桿4帶動活塞3繞其中軸線按第二旋轉(zhuǎn) 方向轉(zhuǎn)動，該第二旋轉(zhuǎn)方向與上述第一旋轉(zhuǎn)方向相反，同時活塞3相對通孔2沿軸向第二方 向轉(zhuǎn)動，該第二方向與上述第一方向相反。通過調(diào)整蝸桿4的旋轉(zhuǎn)方向可實現(xiàn)調(diào)整第一旋 轉(zhuǎn)方向和第二旋轉(zhuǎn)方向，并進一步調(diào)整第一方向和第二方向，例如第一方向為軸向向上，而 第二方向為軸向向下。
[0047] 這樣，通過控制活塞沿軸向移動可調(diào)整氣缸燃燒室的容積，進而改變壓縮比、氣缸 燃燒室壓力。例如，當(dāng)活塞沿軸向向上移動時，氣缸燃燒室的容積增大，壓縮比和氣缸燃燒 室壓力減??；當(dāng)活塞沿軸向向下移動時，氣缸燃燒室的容積減小，壓縮比和氣缸燃燒室壓力 增大。
[0048] 在發(fā)動機工作時，如果發(fā)動機處于高負荷，氣缸燃燒室的壓縮比很高、壓力較大， 這時通過控制活塞沿軸向向上移動以適當(dāng)降低壓縮比、氣缸燃燒室壓力，來防止產(chǎn)生爆震； 如果發(fā)動機處于低負荷，氣缸燃燒室的壓縮比較低、壓力較小，通過控制活塞沿軸向向下移 動以適當(dāng)增大壓縮比、氣缸燃燒室壓力，來提高燃油燃燒效率，而且此時氣缸的進氣量減 小，使得燃燒廢氣的排量降低，減少了廢氣排放。
[0049] 在具體應(yīng)用中，可將控制電機與汽車的電子控制單元連接，電子控制單元將根據(jù) 獲得的發(fā)動機工作狀態(tài)控制控制電機的旋轉(zhuǎn)方向、速度，以實現(xiàn)適時調(diào)節(jié)壓縮比、氣缸燃燒 室壓力。
[0050] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例的可變壓縮比發(fā)動機的結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便。
[0051] 另外，對壓縮比、氣缸燃燒室壓力的適時調(diào)節(jié)，使氣缸對油品類型不再敏感。為本 領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，油品的辛烷值是燃油抗爆震的指標(biāo)，辛烷值越高，抗爆震性越強，在 發(fā)動機具有較大壓縮比而又需要避免爆震時，現(xiàn)有發(fā)動機通常使用辛烷值較高的油品。而 使用本實施例的可變壓縮比發(fā)動機，可實現(xiàn)適時調(diào)節(jié)壓縮比、氣缸燃燒壓力，降低了氣缸對 油品類型的依賴。
[0052] 參照圖1，在本實施例中，螺紋部32位于齒輪部33和密封部31之間。在其他實施 例中，還可以是：齒輪部位于螺紋部和密封部之間。
[0053] 在圖2中，條形齒330相對活塞3中軸線略微傾斜。在其他實施例中，條形齒延伸 方向還可與活塞中軸線平行。需要說明的是，當(dāng)活塞3沿軸向移動時，蝸桿4上的螺旋齒41 與活塞3的條形齒330之間會有相對滑移，因此在應(yīng)用過程中，可通過設(shè)置相鄰兩條形齒 330之間的寬度，來保證活塞螺旋齒與條形齒之間不會發(fā)生運動干涉。
[0054] 另外，考慮到通孔具有漏油的危險，可以使密封部表面與徑向相對的通孔內(nèi)壁緊 密接觸，實現(xiàn)密封，避免漏油。參照圖2,還可以是：在密封部31和通孔2的相向周面之間 設(shè)置有油封6,油封6靠近螺紋部32可更好地防止氣缸中燃油通過通孔泄露。
[0055] 在具體實施例中，氣缸蓋還包括套裝在密封部31上的活塞環(huán)7,活塞環(huán)7與油封6 軸向相互隔開，且活塞環(huán)7比油封6更靠近氣缸燃燒室10。具體地，在活塞3位于密封部 31部分的外表面設(shè)置有活塞槽（未圖示），將活塞環(huán)7嵌入活塞槽中，實現(xiàn)活塞環(huán)7與活塞 3連接。在其他實施例中，也可設(shè)置活塞環(huán)與通孔內(nèi)壁連接。活塞環(huán)7和油封6共同起到密 封作用，更有效防止油漏。
[0056] 在本實施例中，在活塞3的密封部31外表面套設(shè)有防摩擦環(huán)8,防摩擦環(huán)8全包圍 密封部31外表面，并與活塞環(huán)7和油封6相互隔開。參照圖1，防摩擦環(huán)8將密封部31外 表面和周向相對的通孔內(nèi)壁隔開，避免活塞3沿軸向移動和周向轉(zhuǎn)動時會與通孔內(nèi)壁因接 觸而產(chǎn)生摩擦損傷。
[0057] 在具體實施例中，控制電機5為步進電機，步進電機的轉(zhuǎn)子與蝸桿4位于蓋體1外 的一端連接。
[0058] 為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，發(fā)動機還包括集成在氣缸蓋中的噴油嘴和火花塞，噴 油嘴和火花塞放電的一端相對，這樣火花塞放電點燃噴油嘴噴出的燃油。使用本實施例的 可變壓縮比發(fā)動機，可將火花塞、噴油嘴與通孔相互隔開。
[0059] 在具體實施例中，還可將火花塞集成到活塞中。
[0060] 參照圖1、圖3、圖4,可變壓縮比發(fā)動機還包括火花塞11和點火線圈15,火花塞頂 板111與點火線圈15頂端電連接。在活塞3中形成有軸向貫穿活塞3的活塞腔13,火花塞 11位于活塞腔13中且其放電一端指向氣缸燃燒室10。在火花塞11放電端部外表面設(shè)置 有外螺紋，與火花塞11的外螺紋表面周向相向的活塞腔13內(nèi)壁設(shè)置有內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與 火花塞11的外螺紋可形成螺紋連接。這樣，火花塞11是與活塞3同步轉(zhuǎn)動的。
[0061] 在本實施例中，將火花塞11集成到活塞3中形成緊密結(jié)構(gòu)，可節(jié)省安裝空間。尤 其對小排量發(fā)動機，各個部件的物理尺寸較小且安裝空間有限，使用緊密結(jié)構(gòu)形式，能有效 解決安裝空間不足問題。相應(yīng)地，針對火花塞11位置變化，可適當(dāng)調(diào)整集成于蓋體1中的 噴油嘴（圖中未示出）位置以使兩者相對。
[0062] 另外，在點火線圈15與火花塞11電連接的一端設(shè)置有絕緣管151，絕緣管151包 圍部分高度火花塞并深入至活塞腔13中，絕緣管151具有絕緣隔離作用，防止漏電。
[0063] 考慮到點火線圈15是固定的，而火花塞11是可隨活塞3同步運動的，點火線圈15 與火花塞11之間的電連接形式為 ：
[0064] 在火花塞頂板111與絕緣管151頂端之間設(shè)置有彈簧16,彈簧16軸向一端與點火 線圈15的傳輸線電連接，另一端連接有一碳晶17,碳晶17與火花塞頂板111是始終緊密接 觸的，以保證點火線圈15不會隨火花塞11移動。而且，無論火花塞11遠離彈簧16移動或 朝向彈簧16移動，碳晶17始終與火花塞頂板111接觸。這樣，點火線圈15輸出的高壓通 過傳輸線、彈簧、碳晶至火花塞11，驅(qū)動火花塞11放電點火。
[〇〇65] 雖然本實用新型披露如上，但本實用新型并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在 不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護范圍 應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種氣缸蓋，其特征在于，包括： 蓋體； 位于所述蓋體中且用于連通氣缸燃燒室的通孔； 位于所述通孔內(nèi)且可在通孔內(nèi)往復(fù)移動的活塞，所述活塞沿軸向方向包括密封部、齒 輪部和螺紋部，所述密封部位于活塞靠近氣缸燃燒室的端部且密封通孔，所述齒輪部外圓 周面具有周向間隔分布的若干條形齒，所述螺紋部外表面具有外螺紋； 與所述活塞垂直的蝸桿，所述蝸桿位于所述蓋體中且至少一端位于蓋體外，所述蝸桿 的螺旋齒與齒輪部的條形齒嚙合； 與所述活塞的螺紋部周向相對的通孔內(nèi)壁設(shè)置有內(nèi)螺紋，所述內(nèi)螺紋和外螺紋能夠旋 抒配合。
2. 如權(quán)利要求1所述的氣缸蓋，其特征在于，在所述蝸桿位于蓋體外的一端連接有控 制電機，所述控制電機控制蝸桿繞中軸線轉(zhuǎn)動以帶動活塞周向轉(zhuǎn)動。
3. 如權(quán)利要求1所述的氣缸蓋，其特征在于，所述齒輪部位于密封部和螺紋部之間，或 者，所述螺紋部位于齒輪部和密封部之間。
4. 如權(quán)利要求1所述的氣缸蓋，其特征在于，在所述密封部和通孔的相向周面之間設(shè) 置有油封。
5. 如權(quán)利要求4所述的氣缸蓋，其特征在于，還包括套裝在所述密封部上的活塞環(huán)，所 述活塞環(huán)與油封軸向相互隔開。
6. 如權(quán)利要求5所述的氣缸蓋，其特征在于，所述活塞環(huán)與活塞外表面連接，或者所述 活塞環(huán)與通孔內(nèi)壁連接。
7. 如權(quán)利要求5所述的氣缸蓋，其特征在于，在所述密封部外表面套設(shè)有防摩擦環(huán)，所 述防摩擦環(huán)與活塞環(huán)和油封軸向相互隔開。
8. 如權(quán)利要求1所述的氣缸蓋，其特征在于，所述氣缸具有多個，對應(yīng)每個氣缸設(shè)置有 一個活塞，所述蝸桿可帶動所有活塞同步移動。
9. 如權(quán)利要求2所述的氣缸蓋，其特征在于，所述控制電機為步進電機。
10. 如權(quán)利要求1所述的氣缸蓋，其特征在于，所述條形齒延伸方向與活塞中軸線平 行，或者所述條形齒相對活塞中軸線傾斜。
11. 一種可變壓縮比發(fā)動機，其特征在于，包括權(quán)利要求1?10任一項所述的氣缸蓋， 所述氣缸蓋與氣缸體開口連接。
12. 如權(quán)利要求11所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征在于，還包括火花塞和點火線圈， 所述火花塞頂板與點火線圈電連接； 所述活塞中形成有活塞腔，所述活塞腔軸向貫通活塞，所述火花塞位于所述活塞腔中 且其放電一端指向氣缸燃燒室，并與所述活塞腔內(nèi)壁連接。
13. 如權(quán)利要求12所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征在于，所述火花塞與活塞腔內(nèi)壁 之間為螺紋連接。
14. 如權(quán)利要求12所述的可變壓縮比發(fā)動機，其特征在于，所述點火線圈與火花塞頂 部頂板電連接的一端具有絕緣管，所述絕緣管伸入至活塞腔中并包圍部分高度的火花塞； 在所述火花塞頂板與絕緣管頂端之間設(shè)置有彈簧，所述彈簧軸向一端與點火線圈電連 接，另一端連接有碳晶，所述碳晶與火花塞頂板接觸。
【文檔編號】F02F1/24GK203867720SQ201420301171
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】龔紅兵, 張釗, 錢文忠, 張家寧, 梅愛群, 李建如 申請人:上海汽車集團股份有限公司