随着排放法规和燃油经济性要求的提高,低能耗、高性能、低污染、高寿命、多样化、新结构成为当今发动机的特点。尽管如此,发动机在部分负荷工况、怠速工况及启动工况整体性能差的问题始终得不到很好的解决,尤其是经济性能和排放性能方面。因此,开发低能耗、低排放的发动机成为当今发动机研究的热点。本研究在柴油机活塞内部加装VCR机构,提出了一种VCR发动机(Variable Compression Ratio可变压缩比)的技术方案。完成了VCR机构的方案选型、计算设计和零部件加工。采用静态模拟试验和动态模拟试验,验证了VCR活塞的技术可行性。VCR活塞由活塞头部、活塞裙部和安装在活塞头和活塞部之间的VCR机构组成。所提出的VCR发动机采用预先提高压缩比,使得VCR发动机在部分负荷工况以较高压缩比工作,提高发动机经济性和动力性、降低排放。在高负荷工况时,VCR活塞控制缸内爆压,保证发动机的可靠性。VCR机构的设计包含了弹性元件的选型、变力臂位移机构和辅助机构的设计；从理论上分析了VCR机构的受力情况,初步确定了变力臂机构各零部件的位置关系和几何尺寸；进行了弹性元件的计算、比较,选择碟簧类型和组合方式；确定辅助机构的基本尺寸,并进行了核算；绘制出了全部活塞VCR机构零部件图纸,提出了VCR机构的零部件机加工和热处理的要求。对VCR活塞进行了多方案的试验研究,在液压式万能试验机上进行静态力学模拟试验,考察了活塞VCR机构方案的合理性及零部件的可靠性；在MTS试验机上进行动态模拟试验,考察了VCR机构在动态加载下的变形情况以及机构的稳定性。试验研究表明：所提出的VCR活塞的技术方案基本合理可行,能够实现预先设定的VCR控制策略；活塞VCR机构基本稳定、可靠,零部件设计满足要求。