活塞高度连续可变自锁的节能发动机的制作方法

本发明涉及一种节能发动机，具体涉及一种活塞高度连续可变自锁的节能发动机。

背景技术：

发动机活塞连杆组包括活塞、活塞销、连杆等，活塞通过活塞销与连杆小头相连，连杆大头通过曲柄销与曲轴相连，通过连杆把活塞的直线往复运动转变为曲轴的旋转运动。传统活塞连杆组一旦加工装配好，其结构尺寸在不同发动机工况下是不可变的。采用这种结构的发动机，每个循环发动机的排量、压缩比等均按照发动机的设计值运行，无法根据发动机的各种复杂工况，自适应调控发动机的排量、压缩比、气缸内压力、气缸内温度等参数，实时在线优化发动机的燃烧和排放。

经过对现有技术文献和专利的检索发现，申请号为201410368216.3的授权发明专利“改变压缩比的可变压缩比发动机”，该发明专利包括活塞、活塞销、汽缸、储油室、可变活塞、连杆、连接棒、偏心凸轮、曲柄销、曲柄臂及曲轴。升高发动机压缩比：当液压供应至储油箱，可变活塞向下运动，连杆使偏心凸轮关于曲柄销逆时针地旋转，而且偏心凸轮通过凸轮销使连接棒和活塞向下运动。降低发动机的压缩比：当停止液压向储油箱供应时，可变活塞向上运动，连杆使偏心凸轮关于曲柄销顺时针地旋转，而且偏心凸轮通过凸轮销使连接棒和活塞向上运动。

传统活塞连杆组、曲柄连杆机构有两个连接点：活塞通过活塞销与连杆小头相连，连杆大头通过曲柄销与曲轴相连。该发明专利有六个连接点：活塞通过活塞销与连接棒的一端相连，连接棒的另一端通过曲柄销与曲柄臂的一端相连；曲柄臂的另一端与曲轴相连；连杆的一端与可变活塞相连，连杆的另一端与偏心凸轮相连。该发明专利改变了传统活塞连杆组、曲柄连杆机构的连接方式，与传统结构相比该发明专利结构复杂，除了传统的活塞连杆组、曲柄连杆机构外，还额外增加了储油室、可变活塞、连接棒、偏心凸轮、曲柄销、油泵和控制阀等部件，需要额外驱动油泵装置及液压油等，机构复杂，成本较高，不适宜现有发动机的大批量改造。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术中存在的不足，提供一种活塞高度连续可变自锁的节能发动机，结构简单，活塞高度连续可变、可自锁，可根据发动机工况的变化，自适应调控发动机的排量、压缩比、气缸内压力、气缸内温度等参数，实时在线优化发动机气缸内状态，提高发动机在各种复杂工况下的性能。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：一种活塞高度连续可变自锁的节能发动机，包括发动机系统和活塞调节系统，所述发动机系统由气缸盖、电控喷油器、气缸体、主活塞、连杆、曲柄和机油泵组成，所述气缸体的上端连接所述气缸盖，所述气缸盖的上端设置所述电控喷油器，所述气缸体的内部设置所述主活塞，所述主活塞与所述连杆的一端连接，所述连杆的另一端与所述曲柄连接，将所述主活塞的直线往复运动转变为所述曲柄的旋转运动，所述主活塞的下端两侧设置有进油口和出油口，所述进油口通过管路连接所述机油泵。

所述活塞调节系统由副活塞、自锁电磁阀、回位电磁阀、回位弹簧、控制器、压力传感器和温度传感器组成，所述副活塞套装在所述主活塞的内部，所述副活塞与所述主活塞之间的圆柱形侧壁上连接所述自锁电磁阀，所述副活塞的下端连接所述回位电磁阀，所述回位弹簧连接在所述回位电磁阀与所述主活塞之间，所述压力传感器和所述温度传感器设置在所述气缸体的外壁上，所述控制器通过控制线路分别与所述电控喷油器、所述自锁电磁阀、所述回位电磁阀、所述进油口、所述出油口、所述压力传感器和所述温度传感器连接。

所述气缸盖的两端设置有进气口和出气口，所述进气口连接进气门、所述出气口连接排气门，外界的新鲜空气通过所述进气门、所述气缸盖进入到所述气缸体内部的燃烧室燃烧，燃烧的废气通过所述排气门排出到外界。

所述机油泵与所述气缸体的底部之间通过管路连接有过滤器，所述气缸体油底壳内部的机油经所述过滤器过滤、所述机油泵加压，将具有一定压力、一定流量的机油输送到所述进油口，当所述进油口开启后，机油进入到所述主活塞内部推动所述副活塞向上运动，活塞高度增加；当所述出油口开启后，在所述回位电磁阀、所述回位弹簧的作用下，所述主活塞内部的机油通过所述出油口流回所述气缸体的油底壳内部，所述副活塞向下运动，活塞高度降低。

所述副活塞可采用一级、二级或多级。

本发明的有益效果是：

1）本发明可以根据发动机工况的要求，实现排量连续可变，在高速、大负荷工况采用大排量模式，增大发动机功率和扭矩；在低速、小负荷工况采用小排量模式，节约能量，提高发动机燃油经济性。

2）本发明可以根据发动机工况的要求，实现压缩比连续可变，小排量时采用高压缩比，达到大排量发动机的功率；热负荷和机械负荷过大时采用小压缩比，提高发动机在各种工况下的性能。

3）本发明无论活塞运行在气缸中的任意位置，均可以通过活塞的连续伸出或缩回，实现活塞高度连续可变，气缸内压力可变，气缸内温度可变。

4）本发明结构简单，只改动活塞结构，并且活塞调节系统与发动机润滑系统共用过滤器和机油泵，调节方法简易可靠，可以充分满足不同工况对发动机排量、压缩比、气缸内压力、气缸内温度等参数的要求，应用范围广，推广后具有良好的经济效益和减排效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的解释和说明：

参见图1，图中，1-进气门，2-气缸盖，3-电控喷油器，4-排气门，5-气缸体，6-主活塞，7-副活塞，8-自锁电磁阀，9-回位电磁阀，10-回位弹簧，11-进油口，12-出油口，13-连杆，14-曲柄，15-机油泵，16-控制器，17-压力传感器，18-温度传感器，19-过滤器，图中箭头所示为气体流动方向，虚线是控制线路。

实施例：一种活塞高度连续可变自锁的节能发动机，包括发动机系统和活塞调节系统，发动机系统由气缸盖2、电控喷油器3、气缸体5、主活塞6、连杆13、曲柄14和机油泵15组成，气缸体5的上端连接气缸盖2，气缸盖2的上端设置电控喷油器3，气缸体5的内部设置主活塞6，主活塞6与连杆13的一端连接，连杆13的另一端与曲柄14连接，将主活塞6的直线往复运动转变为曲柄14的旋转运动，主活塞6的下端两侧设置有进油口11和出油口12，进油口11通过管路连接机油泵15。

活塞调节系统由副活塞7、自锁电磁阀8、回位电磁阀9、回位弹簧10、控制器16、压力传感器17和温度传感器18组成，副活塞7套装在主活塞6的内部，副活塞7与主活塞6之间的圆柱形侧壁上连接自锁电磁阀8，副活塞7的下端连接回位电磁阀9，回位弹簧10连接在回位电磁阀9与主活塞6之间，压力传感器17和温度传感器18设置在气缸体5的外壁上，控制器16通过控制线路分别与电控喷油器3、自锁电磁阀8、回位电磁阀9、进油口11、出油口12、压力传感器17和温度传感器18连接。

气缸盖2的两端设置有进气口和出气口，进气口连接进气门1、出气口连接排气门4，外界的新鲜空气通过进气门1、气缸盖2进入到气缸体5内部的燃烧室燃烧，燃烧的废气通过排气门4排出到外界。

机油泵15与气缸体5的底部之间通过管路连接有过滤器19，气缸体5油底壳内部的机油通过过滤器19过滤，机油泵15加压，将具有一定压力、一定流量的机油输送到进油口11，当进油口11开启后，机油进入到主活塞6内部推动副活塞7向上运动，活塞高度增加；当出油口12开启后，在回位电磁阀9、回位弹簧10的作用下，主活塞6内部的机油通过出油口12流回气缸体5的油底壳内部，副活塞7向下运动，活塞高度降低。

副活塞7可采用一级、二级或多级。

工作原理：工况1：当发动机处于低负荷工况时，采用“高压缩比”模式，节约燃油，提高燃油经济性。当主活塞6从上止点往下止点运动“进气冲程”时，活塞高度调节系统不工作。当主活塞6从下止点往上止点运动“压缩冲程”时，控制器16发出指令给自锁电磁阀8和进油口11，自锁电磁阀8上电分离，主活塞6与副活塞7处于自由状态，可以发生上下相对位移。进油口11开启，机油泵15将气缸体5油底壳内部的机油加压，通过进油口11进入到主活塞6内部，当主活塞6内部向上的液压力大于回位弹簧10向下的弹簧力时，液压力克服弹簧力推动副活塞7向上运动，活塞高度增加，燃烧室容积减小，压缩比变大，压力传感器17、温度传感器18检测气缸体5内部的温度和压力，当压缩比增大到需要的值时，进油口11关闭，自锁电磁阀8断电结合，主活塞6与副活塞7处于锁止状态，不可发生上下相对位移。

工况2：当发动机处于高负荷工况时，采用“中压缩比”模式，控制燃烧温度和燃烧压力，降低氮氧化物排放、机械负荷和热负荷。当主活塞6从上止点往下止点运动“进气冲程”时，活塞高度调节系统不工作，活塞扫过的气体容积不变，气缸总容积不变。当主活塞6从下止点往上止点运动“压缩冲程”时，控制器16发出指令给自锁电磁阀8，回位电磁阀9和出油口12，自锁电磁阀8上电分离，主活塞6与副活塞7处于自由状态，可以发生上下相对位移。回位电磁阀9通电产生向下的电磁力，同时出油口12开启，主活塞6内部的机油流回油底壳内，主活塞6内部的液压力减小，当主活塞6内部向上的液压力小于回位电磁阀9向下的电磁力和回位弹簧10的弹簧力合力时，在向下的合力作用下，副活塞7向下运动，活塞高度减小，燃烧室容积变大，压缩比变小，压力传感器17、温度传感器18检测气缸体5内部的温度和压力，当压缩比减小到需要的值时，出油口12关闭，回位电磁阀9断电，自锁电磁阀8断电结合，主活塞6与副活塞7处于锁止状态，不可发生上下相对位移。

工况3：当发动机处于冷起动工况时，气缸体5内部初始温度较低，发动机起动转速较低，气缸体5内部的压力和温度远低于正常值，着火性能恶化，排放恶化，采用“可变排量和压缩比”双模式。当主活塞6在上止点“进气冲程”开始时刻，控制器16发出指令给自锁电磁阀8，回位电磁阀9和出油口12，自锁电磁阀8上电分离，主活塞6与副活塞7处于自由状态，可以发生上下相对位移。回位电磁阀9通电产生向下的电磁力，同时出油口12开启，主活塞6内部机油流回油底壳，主活塞6内部的液压力减小，当主活塞6内部向上的液压力小于向下的回位电磁阀9的电磁力和回位弹簧10的弹簧力的合力时，副活塞7向下运动，活塞高度减小，气缸总容积变大，增大到需要的值时，出油口12关闭，回位电磁阀9断电，自锁电磁阀8断电结合，主活塞6与副活塞7处于锁止状态，不可发生上下相对位移。当主活塞6从上止点往下止点运动“进气冲程”时，由于气缸总容积变大，排量变大，气缸内真空度变大，进气量增多。

当主活塞6在下止点“压缩冲程”开始时刻，控制器16发出指令给自锁电磁阀8，进油口11。自锁电磁阀8上电分离，主活塞6与副活塞7处于自由状态，可以发生上下相对位移。进油口11开启，机油泵15将油底壳内部的机油加压，通过进油口11进入到主活塞6内部，当主活塞6内部向上的液压力大于回位弹簧10向下的弹簧力时，液压力克服弹簧力推动副活塞7向上运动，活塞高度增加，燃烧室容积减小，压缩比变大，压力传感器17、温度传感器18检测气缸体5内部的温度和压力，当温度和压力增大到需要的值时，进油口11关闭，自锁电磁阀8断电结合，主活塞6与副活塞7处于锁止状态，不可发生上下相对位移。

工况4：当发动机处于燃烧工况时，压力传感器17、温度传感器18实时检测着火前气缸体5内部的压力和温度，如果气缸体5内部的压力和温度低于正常值，则“滞燃期”长，着火后燃烧压力和压力升高率高，运动零件受到的冲击负荷大，发动机工作粗暴。发动机进入“实时调节”模式，控制器16发出指令给自锁电磁阀8，进油口11。自锁电磁阀8上电分离，主活塞6与副活塞7处于自由状态，可以发生上下相对位移。进油口11开启，机油泵15将气缸体5油底壳内部的机油加压，通过进油口11进入到主活塞6内部，当主活塞6内部向上的液压力大于回位弹簧10向下的弹簧力时，液压力克服弹簧力推动副活塞7向上运动，活塞高度增加，燃烧室容积减小，燃烧气体受到压缩，温度和压力增大，“滞燃期”缩短，发动机工作变柔和。当燃烧温度和燃烧压力增大到需要的值时，进油口11关闭，自锁电磁阀8断电结合，主活塞6与副活塞7处于锁止状态，不可发生上下相对位移。

本发明结构简单，可根据发动机高低负荷、冷起动等工况的变化，自适应调控发动机的排量、压缩比、气缸内压力、气缸内温度等参数，调节方法简单、工作可靠并可自锁，可以实时优化发动机在各种工况下的性能，应用范围广，具有较好的经济效益和节能效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。