并且因此增大了扭矩和功率输出。在实施过程中，翻倍的压缩比并不可行，因为其导致“轻微爆震”。然而，示出该曲线以提供与压缩曲线C的比较。
[0085]B.常规活塞的压缩曲线，该常规活塞具有正常的压缩比并且节气门处于一半打开位置。
[0086]C.活塞I的压力曲线，该活塞I具有弹簧调节的压缩比并且节气门处于一半打开位置。
[0087]D.曲柄转向臂。
[0088]E.示出了具有正常压缩比的常规活塞在节气门处于一半打开位置的扭矩的曲线。
[0089]F.示出了具有弹簧调节压缩比的活塞I在节气门处于一半打开位置的扭矩的曲线。
[0090]通过比较曲线B和曲线C，可以看出活塞I在TDC后约40°具有增大的压力，并且因此导致实质上更大的扭矩。这是因为曲柄臂处于更有利的(即)更大角度以产生更多扭矩。此外，通过比较曲线E和曲线F，可以看出活塞I确实比常规活塞产生更大的扭矩。
[0091]从该曲线图还可以看出，通过能够在节气门处于一半打开位置时运行活塞I能够节省大量燃料，这在开始时必须通过“节气门关闭”螺钉或ECU调节来设置。
[0092]尽管上述储能活塞形成内燃机的一部分，但是这将是显而易见的:在其他装置例如用于冰箱或泵的压缩机中能够有利地使用上述储能活塞。往复式压缩机的动作是这样的，压缩冲程是工作冲程，并且通常通过电动机来输入能量。例如，在空气压缩机中，最大做功在TDC前大约80°至100°处完成，即，在曲柄臂相对于连杆大致垂直时。在这个位置，压缩气体的压力相对较低(低于最大值的50%)，因为压缩室的体积仍然较高。然而，当活塞靠近TDC时，其做功的能力大大降低，但是压力和温度都处于最大值。压缩机的输出阀门会在TDC之前打开，但是能量在此时会以热量形式散发到汽缸壁。
[0093]然而，如果具有上述类型弹簧的合理设计的储能活塞安装在该压缩机中，能量会在TDC前大约80°至100°存储在弹簧中，从而降低气体的温度和压力，并且因此减少以热量形式散发到汽缸壁和贮存器的能量损失。当曲柄臂的压缩运动最小时，弹簧会通过在TDC前后推动气体到贮存器中而释放其能量。
[0094]此外，可以看出，与(飞轮、曲柄等的)旋转惯性质量结合做功的这些弹簧将具有它们共振的转速。通过使驱动电动机的转速与共振转速匹配，，组件将以比标准压缩机的最高效率高至少30%的最高效率运行。
[0095]显而易见，可以对活塞I进行修改。例如，使用橡胶金属并不是必需的，因为可以使用具有所需杨氏模量和拉伸弹性极限强度的任何其他合适的β钛合金。还可行的是，活塞顶处的空间允许使用两对或更多对弹簧6。还可以通过任何合适的方法来制造弹簧6。
【主权项】
1.一种包含弹簧装置的活塞，所述弹簧装置在使用中在所述活塞与相连的连杆之间作用以使所述连杆偏置远离所述活塞的活塞顶，所述弹簧装置大致位于所述活塞顶的区域中，所述弹簧装置以允许所述活塞的活塞顶相对于所述连杆轴向运动的方式加以设置，其中所述弹簧装置是由具有75GPa或更小的杨氏模量，以及700MPa或更大的拉伸弹性极限强度的材料制成的。
2.根据权利要求1所述的活塞，其中所述弹簧材料是β钛合金。
3.根据权利要求2所述的活塞，其中所述β钛合金是橡胶金属。
4.根据权利要求1至3的任一项所述的活塞，其中所述弹簧装置由两个泪滴状环形弹簧构成，所述泪滴状环形弹簧由超弹性材料制成。
5.根据权利要求4所述的活塞，其中各所述弹簧具有外部大致半球形边缘部分，所述边缘部分通过平表面朝着内部大致半球形边缘部分渐狭。
6.根据权利要求5所述的活塞，其中所述两个弹簧的所述外部大致半球形边缘部分彼此滚动啮合，并且所述内部大致半球形边缘部分分别与设置在所述活塞的活塞顶内的第一和第二支撑构件滚动啮合。
7.根据权利要求1至6的任一项所述的活塞，进一步包括位于所述活塞内的支架，所述支架可滑动地安装在所述活塞内用于相对于所述活塞轴向运动，并且与所述连杆以使得所述弹簧装置允许所述支架相对于所述活塞的活塞顶轴向运动的方式连接。
8.根据从属于权利要求6的权利要求7所述的活塞，其中所述第一支撑构件压配到所述活塞的活塞顶上，并且所述第二支撑构件形成所述支架的一部分。
9.根据权利要求7或8所述的活塞，其中所述支架由铝制成。
10.根据权利要求9所述的活塞，其中所述支架涂有减小摩擦的材料。
11.根据权利要求10所述的活塞，其中所述减小摩擦的材料是等离子体放电氧化镀膜。
12.根据权利要求7至11的任一项所述的活塞，其中所述支架可滑动地安装在所述活塞的圆柱形壁的大致整个长度内。
13.根据权利要求1至12的任一项所述的活塞，其中所述弹簧材料是用于将其保持在预定的工作条件温度范围内的材料。
14.根据权利要求13所述的活塞，其中所述预定温度范围是大致从-25°C到至少300。。。
15.根据权利要求2，或者从属于权利要求2的权利要求3至14的任一项所述的活塞，其中所述β钛合金大致是钛、铌、钽、锆和氧的混合物。
16.根据权利要求7，或者从属于权利要求7的权利要求8至15的任一项所述的活塞，进一步包括形成在所述支架的外周部分的一对垂直间隔的油室，各油室由所述支架的一部分和所述活塞的内圆柱形壁限定，所述油室通过形成在所述支架中的多个孔互连，所述油室之一在所述弹簧被压缩时具有最大体积并且当所述弹簧解压缩时具有最小体积，并且另一个油室在所述弹簧被压缩时具有最小体积并且在所述弹簧解压缩时具有最大体积，由此油随着所述支架相对于所述活塞顶上下运动而在所述油室之间泵送以润滑所述活塞的内部。
17.根据权利要求2，或者从属于权利要求2的权利要求3至16的任一项所述的活塞，其中各所述弹簧通过以下方式形成: (a)将所述β钛合金转换成粉末； (b)将粉末形式的所述β钛合金倒入泪滴状模具中； (C)将所述粉末状钛合金热等静压成所需形状； (d)冷加工所述压缩的β钛合金；并且 (e)机加工成所需形状。
18.根据权利要求17所述的活塞，进一步包括对冷加工后的各所述弹簧进行热处理。
19.一种包含弹簧装置的活塞，所述弹簧装置在使用中在所述活塞与相连的连杆之间作用以使得所述连杆偏置远离所述活塞的顶，所述弹簧装置大致位于所述活塞顶的区域中，且所述弹簧装置以允许所述活塞的活塞顶相对于所述连杆轴向运动的方式加以设置，其中所述弹簧装置由两个泪滴状环形弹簧构成，所述两个弹簧由β钛合金制成。
20.—种参考所述附图大致如上所述的，且由所述附图表示的活塞。
21.一种具有多个活塞的内燃机，各所述活塞根据权利要求1至20的任一项所述。
22.一种制造用于权利要求2，或者从属于权利要求2的权利要求3至20的任一项所述的活塞的弹簧的方法，包括以下步骤: (a)将所述β钛合金转换成粉末； (b)将粉末形式的所述β钛合金倒入泪滴状模具中； (c)将所述粉末状钛合金热等静压成所需形状； (d)冷加工所述压缩的β钛合金；并且 (e)机加工成所需形状。
23.根据权利要求22所述的方法，进一步包括对冷加工后的所述弹簧进行热处理的步骤。
【专利摘要】一种活塞(1)，包括一对泪滴形弹簧(6)，这对泪滴形弹簧在使用中在该活塞的顶(2)与相连的连杆(4)之间作用以使所述连杆偏置远离该活塞顶(2)。这些弹簧(6)由支撑构件(7和8)支撑，这些弹簧大致位于活塞顶(2)的区域中。支架(5)位于该活塞(1)内，该支架可滑动地安装在该活塞内用于相对于该活塞轴向运动，并且与连杆(4)以使得这些弹簧(6)允许支架(5)相对于活塞顶(2)轴向运动的方式连接。这些弹簧(6)由β钛合金例如橡胶金属制成。
【IPC分类】F02F3-00
【公开号】CN104838124
【申请号】CN201380061111
【发明人】乔治·弗里德里克·高尔文
【申请人】乔治·弗里德里克·高尔文
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2013年9月3日
【公告号】EP2900994A2, US20150252750, WO2014049309A2, WO2014049309A3