组合调压活塞的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种组合调压活塞，涉及一种活塞。本发明包括气缸（1）、外活塞（2）、调压弹簧（3）、内活塞（4）、活塞销（5）、卡簧（6）和连杆（7）；其位置和连接关系是：在气缸（1）内设置有外活塞（2），沿着气缸（1）的中心线，外活塞（2）、调压弹簧（3）、内活塞（4）、活塞销（5）和连杆（7）依次连接；在外活塞（2）的内壁的下边设置有卡簧（6）。本发明可以调节气缸最大压力和最高温度，对零部件起到保护作用；用最简单的结构实现汽油机的压燃，克服汽油机众多的缺点；利用弹簧的弹性特征解决了高压缩比时的爆燃危害，把爆燃有效利用起来；由于虚压缩比的提高，使燃气的燃烧速度加快，使有效转速范围扩大。
【专利说明】组合调压活塞【技术领域】
[0001]本发明涉及一种活塞，尤其涉及一种组合调压活塞。
【背景技术】
[0002]活塞的特点是上部尺寸小而下部尺寸大，销座方向尺寸小，而与销座垂直方向尺寸大。活塞是由顶部、防漏中部、裙部和活塞销座四部分组成。活塞顶部与气缸套等共同组成燃烧室。活塞顶部常被加工成特殊的形状，以加速油料和空气的结合，有利于油料的燃烧。在爆发做功行程时，活塞顶部随气缸中气体的强大压力，再通过活塞销传递给连杆，因此顶部比较厚，防漏中部装有活塞环，以保证密封作用。由于顶部受热较严重，金属体积较大，因此常温时活塞防漏中部的直径比裙部略小。裙部主要是引导活塞沿着缸壁作往复运动，承受侧向力，因此又叫导向部。活塞销座内装有活塞销，它把活塞和连杆连接起来，起传递力的作用。
[0003]现有的活塞由于只能和曲轴连杆同时运动，因此有以下缺点和问题:
①气缸容积只能随曲轴连杆的运动而变化(增大或减小)，不能调节燃气的最高温度和最大压力；
②由于压缩比受到限制和约束，导致热效率受到限制和约束；
③不适合用爆燃的方式燃烧，汽油机尤为明显；实时适量的爆燃可提高热效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种组合调压活塞。
[0005]本发明的目的是这样实现的:
本发明包括气缸、外活塞、调压弹簧、内活塞、活塞销、卡簧和连杆；
其位置和连接关系是:
在气缸内设置有外活塞，沿着气缸的中心线，外活塞、调压弹簧、内活塞、活塞销和连杆依次连接；
在外活塞的内壁的下边设置有卡簧。
[0006]本发明具有下列优点和积极效果:
①可以调节气缸最大压力和最高温度，对零部件起到保护作用，对氮氧化合物的排放可以起到适当的控制，使汽油机和柴油机的热效率都能提高到43%左右； ②采用虚压缩比和实压缩比结合的方式，可以使汽油机像柴油机一样直接压燃，不需要做大的改进，用最简单的结构实现汽油机的压燃，克服汽油机众多的缺点(压缩比较低，对爆燃特别敏感，在通常情况下只适合以点燃的方式，进气管道设置有节流装置，空气和汽油的比例受到限制等)；
③利用弹簧的弹性特征解决了高压缩比时的爆燃危害，把爆燃有效利用起来；由于虚压缩比的提高，使燃气的燃烧速度加快，使有效转速范围扩大。【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明的结构示意图。
[0008]图中:
I一气缸；2—夕卜活塞；3—调压弹簧；4一内活塞；
5一活塞销；6—卡簧；7—连杆。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和实施例详细说明:
1、总体
本发明包括气缸1、外活塞2、调压弹簧3、内活塞4、活塞销、卡簧6和连杆7 ；
其位置和连接关系是:
在气缸I内设置有外活塞2，沿着气缸I的中心线，外活塞2、调压弹簧3、内活塞4、活塞销5和连杆7依次连接；
在外活塞2的内壁的下边设置有卡簧6。
[0010]2、功能部件 I)气缸I
气缸I为通用件。
[0011]2)外活塞2
外活塞2由依次连接的顶部、内顶部调压弹簧座、防漏中部和裙部四部分组成。
[0012]顶部、防漏中部保持原有特征。
[0013]内顶部调压弹簧座用来安置调压弹簧3。
[0014]裙部为筒形，外壁设置有槽纹，便于在气缸壁建立均匀的油膜和降低润滑油消耗；裙部内下侧设置有卡簧槽。
[0015]3)调压弹簧3
调压弹簧3是一种圆柱形或锥体形的螺旋弹簧，连接、支撑外活塞2和内活塞4，调节外活塞2和气缸I的容积；最佳选用锥体形的螺旋弹簧，以便能够压缩成一个圆盘形(类似螺旋盘型蚊香)，以能减小本发明的总体尺寸；另外设计螺旋弹簧时，使外圈的直径稍粗，以防止内外活塞发生碰撞和异响。
[0016]4)内活塞4
内活塞4由依次连接的调压弹簧座、裙部和活塞销座三部分组成。
[0017]调压弹簧座是一种中空或多孔圆板，其实体部分用来连接和支撑调压弹簧。
[0018]裙部为筒形。
[0019]活塞销座保持原有特征。
[0020]5)活塞销5
活塞销5为通用件；连接内活塞4和连杆7。
[0021]6)卡簧 6
卡簧6是一种圆形弹性挡圈，内侧设置有波形弹性垫片。
[0022]7)连杆 7连杆7为通用件；连接活塞销5和曲轴。
[0023]3、工作机理
本发明是利用气体体积、温度和压力三者之间的相互关系，通过对压力的调节来控制体积和温度的变化。
[0024]首先设定三个参数:
①P移一调压弹簧3被压缩移动时所需要的压力；
②虚压缩比——曲轴在下止点时外活塞2与内活塞4保持最大距离时的气缸容积与曲轴在上止点时外活塞2与内活塞4保持最大距离时的气缸容积之比；
③实压缩比——曲轴在下止点时外活塞2与内活塞4保持最大距离时的气缸容积与曲轴在上止点时外活塞2与内活塞4保持最小距离时的气缸容积之比。
[0025]参数分析:P移、虚压缩比和实压缩比对内燃机热效率、扭矩、燃气最高温度和压力起到重要作用。
[0026]P移≥标准大气压的空气压缩到虚压缩比时的压力(超高虚压缩比除外)；P移Z(小于)气缸零部件最大承受压力和最大承受温度时的气缸压力。
[0027]虚压缩比:在压燃型内燃机中一般控制在30左右，在点燃型汽油机中一般控制在15左右(比原压缩比高)。
[0028]实压缩比:一般控制在8~15的范围内。
[0029]在内燃机的工作过程中，当气缸I的压力小于调压弹簧3的支撑力时，外活塞2与内活塞4不会发生相对运动，相当一个整体。
[0030]当气缸压力大于调压弹簧3的支撑力时，外活塞2与内活塞4都会随曲轴的运转而运动，其中外活塞2的运动不等同内活塞4的运动，内活塞4始终伴随曲轴的运转而做有规律的运动。
[0031]当气缸压力大于调压弹簧3的支撑力时，外活塞2被压缩，外活塞2相对于气缸I和内活塞4做相对运动,气缸I容积变大,外活塞2和内活塞4的距离缩短,气缸I的压力除了受到曲轴转角控制外，还受到外活塞2的调节；当外活塞2和内活塞4的距离为最短时，气缸I的压力还大于调压弹簧3的支撑力，外活塞2和内活塞4相对静止，气缸I的压力只能随曲轴转角的变化而变化；当气缸I的压力释放到等于调压弹簧3的支撑力时(假设P移为恒定压力，不计算气缸壁面传热的理想状态)，外活塞2相对于气缸I保持静止，不随曲轴的运转而移动，这种状态一直维持到外活塞2与内活塞4的距离达到最大值时为止，然后外活塞2与内活塞4相对静止，随曲轴的运转而运动。
[0032]在实际应用中，本发明把实压缩比定在原内燃机相近或相等，虚压缩比比实压缩比高出较多。由于虚压缩比有所提高，混合气燃烧速度有所改变，点火提前角或喷油提前角需要适当调整，排气温度有所降低。
[0033]在压燃式汽油机中，虚压缩比应控制在30左右，实压缩比应控制在10左右。为了控制燃气最高温度，可在适当范围内，采用二次补充喷油法(对温度控制效果好，对热效率不利):第一次为主喷，第二次为辅喷。第一次喷射在上止点前，第二次喷射在20度左右的曲轴转角。
[0034]在压燃式汽油机中，要注意融合下列四点对热效率影响的因素:
①泵气损失； ②压缩比；
③燃烧过程，混合气燃烧从开始到结束全过程(最理想的状态是混合气在上止点，以爆燃的方式燃烧);
④混合气的分布状态，最理想的状态是把分层、稀薄和均质三点融合在一起。
【权利要求】
1.一种组合调压活塞，其特征在于: 包括气缸(I)、外活塞(2)、调压弹簧(3)、内活塞(4)、活塞销(5)、卡簧(6)和连杆(7)； 其位置和连接关系是: 在气缸(I)内设置有外活塞(2)，沿着气缸(I)的中心线，外活塞(2)、调压弹簧(3)、内活塞(4)、活塞销(5 )和连杆(7 )依次连接； 在外活塞(2)的内壁的下边设置有卡簧(6)。
2.按权利要求1所述的一种组合调压活塞，其特征在于: 所述的外活塞(2)由依次连接的顶部、内顶部调压弹簧座、防漏中部和裙部四部分组成； 裙部为筒形，外壁设置有槽纹，裙部内下侧设置有卡簧槽。
3.按权利要求1所述的一种组合调压活塞，其特征在于: 所述的调压弹簧(3)是一种圆柱形或锥体形的螺旋弹簧； 最佳选用锥体形的螺旋弹簧，外圈的直径稍粗。
4.按权利要求1所述的一种组合调压活塞，其特征在于: 所述的内活塞(4)由依次连接的调压弹簧座、裙部和活塞销座三部分组成； 调压弹簧座是一种中空或多孔圆板； 裙部为筒形。
5.按权利要求1所述的一种组合调压活塞，其特征在于: 所述的卡簧(6)是一种圆形弹性挡圈，内侧设置有波形弹性垫片。
【文档编号】F02F3/00GK104005875SQ201410204117
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】陈光明 申请人:陈光明