一种智能活塞的制作方法

本发明涉及汽车发动机领域，更确切地说，本发明涉及一种智能活塞。

背景技术：

汽车发动机的能量利用率在25％-40％左右，在现阶段遇到了前所未有的挑战。随着社会进步和技术的发展，汽车发动机的效率必须进一步提升。同时随着互联网技术的发展和普及，设备智能化的趋势越来越明显，以此来提高工作效率。

发动机的活塞是发动机的重要组件之一，活塞智能化可以优化发动机做功，简化发动机控制，提高发动机效率，从而提升发动机的竞争力。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种智能活塞，所述的一种智能活塞升程可变，采用无线wifi的通讯方式进行控制，利用活塞内部的余热进行温差发电来提供电源，通过活塞内部的传感器和汽车ecu(电子控制单元)自动调节活塞的升程，达到改变压缩比的目的。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：

本发明所述的一种智能活塞，包括温差发电装置、控制装置、活塞，其特征在于：

所述的温差发电装置包括热电模块、集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压dc/dc电路；

所述的控制装置包括第一无线wifi模块、第二无线wifi模块、微型ecu、控制器、驱动器、步进电机、温度传感器、压力传感器、加速度传感器；

所述的活塞包括活塞体上部、活塞体下部、导向板、内套、螺纹、电机座；

所述的热电模块安装在活塞内部上顶面，热电模块、集成稳压电路、超级电容蓄能装置、升压降压dc/dc电路依次相连接，升压降压dc/dc电路和控制装置相连；

所述的第一无线wifi模块和汽车ecu相连，安装在曲轴箱内，微型ecu分别和温度传感器、压力传感器、加速度传感器、第二无线wifi模块、控制器相连，控制器的输出端和驱动器的输入端相连，驱动器的输出端和步进电机的输入端相连，温度传感器和压力传感器安装在活塞的上顶面上，第二无线wifi模块、微型ecu、控制器、驱动器、步进电机、加速度传感器集成在一起，安装在内套上。

所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的温度传感器测量活塞上顶面温度，压力传感器测量活塞上顶面处压力，加速度传感器测量活塞的加速度。

所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的微型ecu接收来自温度传感器、压力传感器、加速度传感器的数据，微型ecu将温度传感器、压力传感器、加速度传感器的数据通过第二无线wifi模块以无线信号的方式发送给第一无线wifi模块，第一无线wifi模块将接收到的来自温度传感器、压力传感器、加速度传感器的数据反馈给汽车ecu。

所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的汽车ecu根据接收到的温度传感器、压力传感器、加速度传感器的数据和工况的需求发出调节压缩比的指令，通过第一无线wifi模块以无线信号的形式发出。

所述的一种智能活塞，其特征在于，所述的第二无线wifi模块接收第一无线wifi模块发出的调节压缩比的指令，传输给微型ecu，微型ecu将调节压缩比的指令发送给控制器，控制器控制驱动器驱动步进电机转动，改变活塞的升程。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明所述的一种智能活塞，利用活塞内部温差进行发电，解决了活塞内部狭小空间的供电问题，为控制装置提供电能支持，避免了从活塞外部引进电源线路带来的问题，降低了技术难度，极大的简化了供电线路。

2.本发明所述的一种智能活塞，采用无线wifi的通讯方式，避免了在高速运转的发动机内部布置通讯线路，简化了通讯方式。

3.本发明所述的一种智能活塞所采用的活塞是可变升程活塞，可以调节发动机压缩比。

4.本发明所述的汽车ecu根据温度传感器、压力传感器、加速度传感器测得的数据和工况需求自动调节活塞的升程，达到智能调节压缩比的目的。

附图说明

图1是本发明所述的一种智能活塞的工作流程示意图；

图2是本发明所述的温差发电装置的工作流程示意图；

图3是本发明所述的控制装置的工作流程示意图；

图4是本发明所述的活塞主视图的全剖视图。

图中：1.温差发电装置，2.控制装置，3.活塞，4.热电模块，5.集成稳压电路，6.超级电容蓄能装置，7.升压降压dc/dc电路，8.汽车ecu，9.第一无线wifi模块，10.第二无线wifi模块，11.微型ecu，12.控制器,13.驱动器，14.步进电机，15.温度传感器，16.压力传感器，17.加速度传感器，18.活塞体上部，19.活塞体下部，20.导向板，21.内套，22.螺纹，23.电机座。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的一种智能活塞，包括温差发电装置1、控制装置2、活塞3。温差发电装置1为控制装置2提供电源支持，控制装置2对活塞3进行控制。

如图2所示，温差发电装置1包括热电模块4、集成稳压电路5、超级电容蓄能装置6、升压降压dc/dc电路7。

如图3所示，控制装置2包括第一无线wifi模块9、第二无线wifi模块10、微型ecu11、控制器12、驱动器13、步进电机14、温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17。

如图4所示，活塞3包括活塞体上部18、活塞体下部19、导向板20、内套21、螺纹22、电机座23。

如图4所示，电机座23为圆盘类结构件，电机座23的底面上均匀地分布(铸)有一至八个结构相同的圆台形凸台，一至八结构相同的圆台形凸台和活塞体下部19上对应结构相同的圆台形凹坑相配装(对正)，由于活塞体下部19上的结构相同的圆台形凹坑限制了电机座23水平面内的转动，电机座23的底面和活塞体下部19设置的一至八结构相同的圆台形凹坑的圆环底面接触连接，限制了电机座23向下窜动；电机座23的顶端面与内套21的底面接触连接，因而限制了电机座23向上窜动，从而将电机座23固定在活塞体下部19上。

如图4所示，电机座23的顶端面的中心处设置有用于安装步进电机14定子的圆环体，圆环体、一至八结构相同的圆台形凸台所分布的圆周与电机座23的回转轴线共线；步进电机14定子安装在圆环体内为固定连接，不能平面移动，步进电机14定子的底端面与圆环体内的电机座23接触连接，使步进电机14定子不能向下窜动，步进电机14转子装入步进电机14定子的中心孔中，内套21套装在步进电机14转子与定子的周围，并且内套21上的花键孔与步进电机14转子一(顶)端的花键轴配装，内套21中心孔的内底面与步进电机14转子的轴肩顶端面接触连接，步进电机14转子的轴肩的底面与步进电机14定子的顶端面接触连接，防止步进电机14转子与定子向上窜动，使步进电机14固定于电机座23上。

如图4所示，活塞体上部18通过活塞体下部19上的导向板20成滑动连接，从而将活塞体上部18约束在沿活塞轴线方向的上下移动。

如图4所示，内套21顶部的中心处设置有花键孔，内套21外壁上和活塞体上部18内壁上设置有螺纹22，螺纹22的形状为三角形或梯形，内套21外壁上的外螺纹与活塞体上部18的内螺纹相配合。

如图2与图4所示，热电模块4安装在活塞3内部上表面，利用活塞3内部上表面和活塞3内部气体之间的温差进行发电。热电模块4产生的电能经过集成稳压电路5进行稳压，进而为超级电容蓄能装置6进行稳压充电，升压降压dc/dc电路7使超级电容蓄能装置3的输出电压保持稳定，为控制装置2提供稳定的输入电压。

如图3与图4所示，所述的第一无线wifi模块9安装在曲轴箱内和汽车ecu8通过串口相连，微型ecu11分别和温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17、第二无线wifi模块10和控制器12相连，控制器12输出端接驱动器13，驱动器13输出端接步进电机14。

所述的第二无线wifi模块10、微型ecu11、控制器12、驱动器13、步进电机14、加速度传感器17集成在一起，安装在活塞内套21上，温度传感器15和压力传感器16安装在活塞上顶面上。

所述温度传感器15测量活塞3上顶面的温度；压力传感器测量活塞3上顶面处的压力；加速度传感器17测量活塞3的加速度。

所述的微型ecu11接收来自温度传感器15、压力传感器16和加速度传感器17的数据，微型ecu11将来自温度传感器15、压力传感器16和加速度传感器17的数据通过第二无线wifi模块10向第一无线wifi模块9发射无线信号，第一无线wifi模块9接收第二无线wifi模块10发出的信号，将温度传感15、压力传感器16和加速度传感器17的数据反馈给汽车ecu8。

所述的汽车ecu8根据温度传感15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求来判断是否需要改变发动机的压缩比，然后通过第一无线wifi模块9向第二无线wifi模块10发送无线信号，第二无线wifi模块10接收第一无线wifi模块9发出的信号，传输给微型ecu11，微型ecu11将调节压缩比的指令发送给控制器12，控制器12控制驱动器13驱动步进电机14工作，调节活塞3的升程，改变发动机压缩比。

如图1、图2、图3与图4所示，所述的温差发电装置1为控制装置2提供电源。当汽车ecu8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断需要增大发动机压缩比时，汽车ecu8发出增大发动机压缩比的指令，通过第一无线wifi模块9向第二无线wifi模块10发送无线信号，第二无线wifi模块10接收第一无线wifi模块9发出的信号，传输给微型ecu11，微型ecu11将调节压缩比的指令发送给控制器12，控制器12控制驱动器13驱动步进电机14正转，步进电机14转子通过花键轴带动内套21转动，内套21通过螺纹22的连接作用并在活塞体下部19的导向板20的约束下带动活塞体上部18向上运动，使活塞3的升程增大，从而增大发动机的压缩比。

当汽车ecu8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断需要减小发动机压缩比时，汽车ecu8发出减小发动机压缩比的指令，通过第一无线wifi模块9向第二无线wifi模块10发送无线信号，第二无线wifi模块10接收第一无线wifi模块9发出的信号，传输给微型ecu11，微型ecu11将调节压缩比的指令发送给控制器12，控制器12控制驱动器13驱动步进电机14反转，步进电机14转子通过花键轴带动内套21转动，内套21通过螺纹22的连接作用并在活塞体下部19的导向板20的约束下带动活塞体上部18向下运动，使活塞3升程减小，从而降低发动机的压缩比。

当汽车ecu8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断不需要改变发动机压缩比时，汽车ecu8不发出调节压缩比的指令，此时步进电机14不工作，发动机的压缩比不变。

一种智能活塞的工作原理：

如图1、图2、图3与图4所示，所述的温差发电装置1为控制装置2提供电源。当汽车ecu8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断需要增大发动机压缩比时，汽车ecu8发出增大发动机压缩比的指令，通过第一无线wifi模块9向第二无线wifi模块10发送无线信号，第二无线wifi模块10接收第一无线wifi模块9发出的信号，传输给微型ecu11，微型ecu11将调节压缩比的指令发送给控制器12，控制器12控制驱动器13驱动步进电机14正转，步进电机14转子通过花键轴带动内套21转动，内套21通过螺纹22的连接作用并在活塞体下部19的导向板20的约束下带动活塞体上部18向上运动，使活塞3的升程增大，从而增大发动机的压缩比。

当汽车ecu8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断需要减小发动机压缩比时，汽车ecu8发出减小发动机压缩比的指令，通过第一无线wifi模块9向第二无线wifi模块10发送无线信号，第二无线wifi模块10接收第一无线wifi模块9发出的信号，传输给微型ecu11，微型ecu11将调节压缩比的指令发送给控制器12，控制器12控制驱动器13驱动步进电机14反转，步进电机14转子通过花键轴带动内套21转动，内套21通过螺纹22的连接作用并在活塞体下部19的导向板20的约束下带动活塞体上部18向下运动，使活塞3升程减小，从而降低发动机的压缩比。

当汽车ecu8根据温度传感器15、压力传感器16、加速度传感器17的数据和工况需求判断不需要改变发动机压缩比时，汽车ecu8不发出调节压缩比的指令，此时步进电机14不工作，发动机的压缩比不变。