专利名称：自适应可变压缩比发动机活塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机活塞，特别是涉及一种自适应可变压缩比发动机活塞。
背景技术：
增大压缩比能大幅度提高发动机的效率和功率，一般发动机的压缩比是参照节气门全开，即最大进气量来设定且不可变动的，而车辆一般多数时间都工作在中低负荷状态， 此时节气门开度较小、进入气缸内的混合气较少，在压缩终了时，混合气密度并没有达到设定值，使得燃烧效率较低，如，在中低负荷工况时提高相应的压缩比，可大幅提高发动机的燃烧效率、节省燃油。为了使得现代发动机能在各种变化的工况中发挥更好的效率，近年来已有多家单位开发了可变压缩比发动机技术，积极改变发动机的压缩比来实现不同工况下发动机性能，在发动机小负荷时采用高压缩比来节约燃油；在发动机大负荷时采用低压缩比，来改善发动机在不同工况下的扭矩、功率及燃油的消耗量。现有的发动机活塞根据结构不同为以下几类，并存在以下问题。1.通过控制机构改变活塞行程
可变压缩比发动机，GoEngine可变压缩比发动机(VCR)，均为通过改变机体机械结构， 改变活塞行程，达到可变压缩比的目的。存在发动机改动较大、控制系统机构复杂，体积较大、瞬时工况无法适应、实施成本高等缺点。2.通过控制机构改变活塞自身的高度
如“一种带可变压缩比活塞的发动机”CN101387228A ；“可变压缩比活塞” CN201443440U;均使用高压油泵，通过曲轴、连杆内专用油道给活塞供油来调节改变活塞自身的高度。存在发动机改动较大、控制系统机构复杂、瞬时工况无法适应、实施成本高等缺点。3.燃烧压力控制改变活塞自身高度
如“内燃机可变压缩比活塞，，CN201794677U及“伸缩式活塞装置，，CN201078279Y。均为通过混合气燃烧压力控制改变活塞自身高度。存在重量大、在不同转速下，因活塞惯性的影响使得弹簧预紧力与混合气燃烧压力不能良好匹配，无法实现所需的压缩比，且活塞顶部散热困难，实施困难的缺点。综上可见，改变现有活塞结构方式，用以满足发动机在不同工况时的需要，并进一步提高燃烧效率，已经成为发动机设计中亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自适应可变压缩比发动机活塞，该活塞结构方式可自动适应发动机在不同工况下的压缩比，在中低负荷下能大幅提升混合气燃烧效率与扭矩， 满足了发动机在不同工况时的工作需要。本发明的目的是通过以下技术方案实现的
自适应可变压缩比发动机活塞，由混合气燃烧压力控制活塞升降系统、补油系统、冷却系统组成，包括有活塞壳体、上油压活塞、上盖、传感活塞、上旋转阀门、补油储油活塞、活塞销、连杆杆体、传感活塞复位弹簧，所述混合气燃烧压力控制活塞升降系统，包括有活塞壳体和上油压活塞形成的上油腔，及由活塞壳体和下油压活塞形成的下油腔，上油压活塞与下油压活塞刚性相连，并设有下油腔液压油流向至上油腔的下单向阀门，上油腔液压油经上旋转阀门开闭控制的上旋转阀门油道与上油腔油道连通，并在上油压活塞的顶部设有由上盖、与燃烧室相通的传感活塞、传感活塞回位弹簧组成的混合气燃烧压力传感驱动机构。所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其所述的补油系统包括连杆内油道、连杆小头油槽、活塞销内油道、活塞下支撑内油槽及补偿油单向阀；冷却系统包括连杆内油道、 连杆小头油槽与活塞销内油道、冷却喷油孔。所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其所述的补油系统，经曲轴内的润滑压力油道供给至连杆大头油槽内的润滑压力油，经连杆内油道传输至连杆小头油槽、活塞销内油道、活塞下支撑内油槽及补偿油单向阀传输至下油腔，并经补油储油油道、储存在补油储油腔内补油储油活塞的下部；在补油活塞的上部充填氮气压力气体。所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其所述的冷却系统，冷却油道与回油腔相通及连杆内油道的润滑压力油，经连杆小头油槽与活塞销内油道、冷却喷油孔相通。所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其所述的发动机活塞，每个冲程刚性连接的上下油压活塞、相对活塞壳体产生惯性力，致上下液压油腔各产生一次压力。所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其设定下单向阀预紧力小于油压活塞因上下运动所产生的惯性力，及上旋转阀门油道、下单向阀油道的截面积，使液压活塞在单次冲程中，相对活塞壳体向上的运动所需时间大于向下运动所需时间。所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其所述的发动机活塞，经设定其单次冲程油压活塞相对活塞壳体向上运动所需时间、来改变波动幅度，使发动机在不同节气门开度下均在设定的压缩比。所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其传感活塞经混合气燃烧压力控制上旋转阀门的开闭；活塞壳体下部设有螺丝固定的活塞壳体下支撑，并经安装在活塞壳体下部支撑内的活塞销与连杆小头相连。所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其所述的传感活塞经混合气燃烧压力的驱动往复运动，液压油在相通的冷却油道与回油腔之间往复流动，将混合气燃烧压力驱动机构内的热量传导至回油腔中。所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其所述的混合气燃烧压力驱动机构是由设定传感活塞的阈值及下单向阀门预紧力，使之控制上旋转阀门的开闭来改变燃烧室的容积的。本发明的优点与效果是
1.本发明可以无级实时调节压缩比自动适应瞬时工况、无明显体积变化、能实际替换安装、机构简单、容易实施；
2.本发明可自动适应发动机在不同工况下的压缩比，在中低负荷下可大幅提升混合气燃烧效率、扭矩。油路的大循环使得活塞顶部散热更加良好，由于有液压油缸的移动缓冲，使得抗爆震性能提升，震动小，对发动机无大的改动只是更换活塞、连杆既可，且无复杂的电子控制系统。
图1是本发明的示例性实施例的俯视图； 图2是图1的A-A剖视图； 图3是图IWB-B剖视图； 图4是图2的C-C剖视图； 图5是图2的D-D剖视图； 图6是图2的E-E剖视图； 图7是图2的F-F剖视图； 图8是图3的A向视图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明进行详细说明。图中标记
1-活塞壳体2—上油压活塞3—液压油回油孔4一上油腔5—上盖6—传感活塞7—上旋转阀门8—冷却油道9一补油储油腔套10-补油储油活塞11-上旋转阀门油道12-上油腔油道13-密封圈14-下单向阀15-润滑冷却进油道16-补偿油单向阀17-下油压活塞 18-补偿储油油道 19-活塞下支撑 20-活塞销 21-连杆小头油槽22-连杆内油道23-连杆杆体冷却喷油孔25-活塞销内油道沈一回油腔27-活塞下支撑油槽观一下油腔四一润滑冷却回油道30-传感活塞复位弹簧31-活塞下支撑固定螺丝如图所示
本发明自适应可变压缩比发动机活塞由以下3个系统组成混合气燃烧压力控制活塞升降系统、补油系统、冷却系统。混合气燃烧压力控制活塞升降系统包括由活塞壳体1和上油压活塞2形成的上油腔4及由活塞壳体1和下油压活塞17形成的下油腔观，上油压活塞2与下油压活塞17 刚性相连，并设有下油腔液压油流向上油腔的下单向阀门14，上油腔液压油经上旋转阀门 7开闭控制的上旋转阀门油道11、与上油腔油道12连通后流向下油腔(28)，并在上油压活塞2的顶部设有由上盖5、与燃烧室相通的传感活塞6、传感活塞回位弹簧30组成的混合气燃烧压力传感驱动机构，通过传感活塞6可根据混合气燃烧压力来控制上旋转阀门7的开闭，在活塞壳体的下部设有通过螺丝31固定的活塞壳体下支撑19，并通过安装在活塞壳体下支撑19内的活塞销20，与连杆小头相连。为保持长期运转本发明设有补油系统包括由连杆内油道22的润滑压力油，经连杆小头油槽21、活塞销内油道25、活塞下支撑内油槽27，及补偿油单向阀16传输至下油腔 28,并通过补油储油油道18储存在补油储油腔9内补油活塞的下部；在补油活塞的上部充填氮气压力气体。
为保持长期运转本发明设有冷却系统包括由连杆内油道22的润滑压力油，经连杆小头油槽21与活塞销内油道25、冷却喷油孔M相通，及冷却油道8、回油腔沈相通。
本发明包括由活塞壳体和上油压活塞形成的上油腔，及由活塞壳体和下油压活塞形成的下油腔，上油压活塞与下油压活塞刚性相连，并设有下油腔液压油流向至上油腔的下单向阀门，上油腔液压油经上旋转阀门开闭控制的上旋转阀门油道，与上油腔油道连通后至下油腔，并在上油压活塞的顶部设有由上盖、与燃烧室相通的传感活塞、传感活塞回位弹簧组成的混合气燃烧压力传感驱动机构，通过传感活塞，可根据混合气燃烧压力，来控制上旋转阀门的开闭，在活塞壳体的下部，设有通过螺丝固定的活塞壳体下支撑，并通过安装在活塞壳体下支撑的活塞销与连杆小头相连。为保证本发明长久稳定、减少因长期运转缺油而设有补油系统，取自发动机曲轴的润滑压力油，经曲轴内的润滑压力油道供给至连杆大头油槽内的润滑压力油，经连杆内油道传输至连杆小头油槽、活塞销内油道、活塞下支撑内油槽及补偿油单向阀传输至下油腔，并通过补油储油油道储存在补油储油腔内。为保证本发明长久稳定、降低活塞的热负荷而设有冷却系统，包括冷却油道与回油腔相通及连杆内油道的润滑压力油，经连杆小头油槽与活塞销内油道、冷却喷油孔相通。本发明工作原理
本发明通过设定混合气燃烧压力传感驱动机构传感活塞的阈值，及下单向阀门预紧力，根据混合气燃烧压力是否达到传感活塞的阈值，来控制上旋转阀门的开闭，及利用刚性连接的上下油压活塞的惯性，来调节上油压活塞相对活塞壳体的上下位置，从而改变燃烧室的容积，使得压缩比可随混合气燃烧压力自动调节，提高混合气燃烧效率。本发明每个冲程刚性连接的油压活塞，会相对活塞壳体产生惯性力，使得上下液压油腔各产生一次压力，迫使刚性连接的上下油压活塞，相对活塞壳体上下移动，其状态为，活塞壳体在下止点运动到行程中部时，上油腔压力大，活塞壳体在行程中部运动到上止点时，下油腔压力大，活塞壳体在上止点运动到行程中部时，下油腔压力大，活塞壳体在中部运动到下止点时，上油腔压力大。通过设定下单向阀预紧力小于油压活塞因上下运动所产生的惯性力，及上旋转阀门油道、下单向阀油道的截面积，使得液压活塞在单次冲程中， 相对活塞壳体向上的运动所需时间大于向下运动所需时间。在排气、吸气、压缩冲程中，由于混合气无燃烧，使得燃烧室压力低于传感活塞的阈值，上旋转阀门关闭，上油腔的液压油无法流向下油腔。因惯性只能是下油腔油通过下单向阀向上油腔供油，迫使油压活塞相对活塞壳体做向上移动，增大压缩比并因所设定流量的限定，在单次或若干次冲程后，增大超过所设定的压缩比，在爆发冲程时，如压缩比低于设定值，则混合气燃烧燃烧压力低于传感活塞的阈值，上旋转阀门继续关闭。继续排气、吸气、压缩冲程过程，因惯性下油腔通过下单向阀，继续给上油腔供油增大压缩比，当实际压缩比增大超过所设定值时，混合气燃烧压力大于传感活塞的阈值，上旋转阀门开启，使得上油腔液压油通过上油腔油道、上旋转阀门油道、回油腔、液压油回流孔流向下油腔，使得刚性连接的液压油缸，相对活塞壳体向下移动，增大燃烧室容积减少燃烧压力，直至混合气燃烧压力低于传感活塞的阈值，上旋转阀门关闭，完成一次工作。持续往复循环使得液压油缸，在所设定的压缩比位置相对活塞壳体上下波动，通过设定单次冲程油压活塞，相对活塞壳体向上的运动所需时间来改变波动幅度， 减少磨损。使得发动机在不同的节气门开度下，均能在设定的压缩比工作，提高混合气燃烧效率。本发明补油系统取自发动机曲轴的润滑压力油，经曲轴内的压力油道供给至连杆
6大头，油槽内的压力油，经经连杆内油道传输至连杆小头油槽、活塞销内油道、活塞下支撑内油槽，及补偿油单向阀传输至下油腔，并通过补油储油油道，储存在补油储油腔内补油活塞的下部，在补油活塞的上部充填氮气压力气体，以保证液压油的瞬时补偿。在传感活塞受混合气燃烧压力的驱动下往复运动，使得液压油在相通的冷却油道与回油腔之间往复流动，将混合气燃烧压力驱动机构内的热量，传导至回油腔中，同时，上下油腔内的液压油，在活塞壳体上下运动且在爆发冲程后，上下油腔液压油往复流动，使得上油腔内的热量传导至下油腔、下油压活塞后由连杆油槽内的润滑压力油，经活塞销内油道、冷却喷油孔及活塞下支撑内油槽、向下油压活塞底部喷射冷却油以降低活塞的热负荷。进一步描述本发明发动机在两种情况运转时的状态 A节气门突然增大
在原有压缩比的基础上，由于进气量的突然增加，使得实际压缩比高于需要值。此时发生爆震，混合气燃烧压力超过传感活塞阈值，上旋转阀门开启，混合气燃烧压力迫使油缸活塞迅速下行，释放燃烧室空间来减轻爆震倾向，并减缓对连杆的冲击。B节气门突然减小
此时进气量减少，需要增大压缩比、而上一冲程压缩比较小，随着活塞的上下运动，使得上油腔内的液压油产生压力，但因上旋转阀门关闭，使得上油腔的液压油无法通过上旋转阀门流向下油腔，因下单向阀预紧力小于液压油缸惯性力，使得下单向阀开启下油腔的液压油通过下单向阀流向上油腔，迫使刚性相连的液压油缸相对活塞壳体上移增大压缩比以 两足需要.
权利要求
1.自适应可变压缩比发动机活塞，由混合气燃烧压力控制活塞升降系统、补油系统、 冷却系统组成，包括有活塞壳体、上油压活塞、上盖、传感活塞、上旋转阀门、补油储油活塞、 活塞销、连杆杆体、传感活塞复位弹簧，其特征在于所述混合气燃烧压力控制活塞升降系统，包括有活塞壳体(1)和上油压活塞(2)形成的上油腔(4)，及由活塞壳体(1)和下油压活塞(17)形成的下油腔( )，上油压活塞( 与下油压活塞(17)刚性相连，并设有下油腔液压油流向至上油腔的下单向阀门(14)，上油腔液压油经上旋转阀门(7)开闭控制的上旋转阀门油道(11)与上油腔油道(12)连通，并在上油压活塞(2)的顶部设有由上盖(5)、与燃烧室相通的传感活塞(6)、传感活塞回位弹簧(30)组成的混合气燃烧压力传感驱动机构。
2.根据权利要求1所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其特征在于所述的补油系统包括连杆内油道(22)、连杆小头油槽(21)、活塞销内油道(25)、活塞下支撑内油槽(27) 及补偿油单向阀(16)；冷却系统包括连杆内油道(22)、连杆小头油槽(21)与活塞销内油道 (25)、冷却喷油孔(24)。
3.根据权利要求1或2所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其特征在于，所述的补油系统，经曲轴内的润滑压力油道供给至连杆大头油槽内的润滑压力油，经连杆内油道 (22)传输至连杆小头油槽(21)、活塞销内油道(25)、活塞下支撑内油槽(27)及补偿油单向阀(16)传输至下油腔，并经补油储油油道(18)、储存在补油储油腔内补油储油活塞(10)的下部；在补油活塞的上部充填氮气压力气体。
4.根据权利要求1或2所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其特征在于所述的冷却系统，冷却油道(8)与回油腔(26)相通及连杆内油道(22)的润滑压力油，经连杆小头油槽(21)与活塞销内油道(25)、冷却喷油孔(24)相通。
5.根据权利要求1所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其特征在于所述的发动机活塞，每个冲程刚性连接的上下油压活塞、相对活塞壳体产生惯性力，致上下液压油腔各产生一次压力。
6.根据权利要求1所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其特征在于设定下单向阀预紧力小于油压活塞因上下运动所产生的惯性力，及上旋转阀门油道(11)、下单向阀油道的截面积，使液压活塞在单次冲程中，相对活塞壳体向上的运动所需时间大于向下运动所需时间。
7.根据权利要求1所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其特征在于所述的发动机活塞，经设定其单次冲程油压活塞相对活塞壳体向上运动所需时间、来改变波动幅度，使发动机在不同节气门开度下均在设定的压缩比。
8.根据权利要求1所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其特征在于传感活塞(6) 经混合气燃烧压力控制上旋转阀门(7)的开闭；活塞壳体下部设有螺丝(31)固定的活塞壳体下支撑(19)，并经安装在活塞壳体下部支撑(19)内的活塞销(20)与连杆小头相连。
9.根据权利要求8所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其特征在于所述的传感活塞(6)经混合气燃烧压力的驱动往复运动，液压油在相通的冷却油道(8)与回油腔(26)之间往复流动，将混合气燃烧压力驱动机构内的热量传导至回油腔中。
10.根据权利要求9所述的自适应可变压缩比发动机活塞，其特征在于所述的混合气燃烧压力驱动机构是由设定传感活塞的阈值及下单向阀门预紧力，使之控制上旋转阀门的开闭来改变燃烧室的容积的。
全文摘要
自适应可变压缩比发动机活塞，涉及一种发动机活塞，其特征在于，所述活塞由混合气燃烧压力控制活塞升降系统、补油系统、冷却系统组成，混合气燃烧压力控制活塞升降系统包括活塞壳体(1)和上油压活塞(2)形成的上油腔(4)及由活塞壳体(1)和下油压活塞(17)形成的下油腔(28)，补油系统包括连杆内油道(22)、连杆小头油槽(21)、活塞销内油道(25)、活塞下支撑内油槽(27)及补偿油单向阀(16)；冷却系统包括连杆内油道(22)，连杆小头油槽(21)与活塞销内油道(25)、冷却喷油孔(24)相通及冷却油道(8)。该活塞可自动适应发动机在不同工况下的压缩比，在中低负荷下能大幅提升混合气燃烧效率与扭矩。
文档编号F02F3/00GK102330617SQ20111025391
公开日2012年1月25日 申请日期2011年8月31日 优先权日2011年8月31日
发明者李钢 申请人:李钢