CN101387228B - 一种带可变压缩比活塞的发动机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带可变压缩比活塞的发动机，其活塞头部设计有一个可变机构，利用液压驱动该可变机构工作，从而改变燃烧室的实际容积，达到改变发动机压缩比的目的，本发明的发动机结构简单，体积无明显变化，并且通过液压控制来实现压缩比的变化能完成对发动机瞬时工况的实时控制，在实现发动机可变压缩比的同时还兼顾了发动机高低速的燃油经济性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机，具体涉及一种带可变压缩比活塞的发动机。
背景技术
压缩比的提高可以提高发动机的燃烧效率从而提高发动机的动力输出和燃油经济性是大家都明白的，但是汽油机压缩比过高又受到爆震的限制，然而在低速时往往又会由于压缩比太小而严重影响到发动机燃烧效率，鉴于这种原因出现了可变压缩比的概念。
目前国际上比较著名的可变压缩比发动机为SAAB公司生产，该机构其实现原理为改变缸盖与发动机曲轴的相对位置来实现压缩比可变，具体实施方式为将发动机缸体设计一分为二，缸筒与气缸盖可视为一整体，而下部的气缸体以及曲轴等为另一部分，通过液压装置来使气缸盖“掀开”，改变气缸盖和曲轴之间的相对位置，实现可变压缩比。虽然该机构可以出色地完成压缩比的改变，但机构复杂程度较高，所增加的发动机体积也较大。
正如上述的SAAB公司的可变压缩比技术，现有技术中为完成发动机压缩比的改变，均存在发动机的结构复杂、体积较大，并且无法对发动机瞬时工况进行实时控制等技术问题。
发明内容
鉴于现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、体积无明显变化，并且可对发动机瞬时工况进行实时控制的发动机。进一步来说，本发明的目的在于提供一种带可变压缩比活塞的发动机，其利用活塞头部的可变机构实现发动机可变压缩比。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
发动机带有一个可变压缩比的活塞，在活塞头部设计一个可变机构，利用液压驱动可变机构工作，改变燃烧室实际容积，达到改变发动机压缩比的目的，兼顾发动机高速和低速的燃油经济性。进一步来说，在活塞头部设计一套液压可变机构，利用一套液压可变机构改变活塞的压缩高度，从而改变发动机的压缩比，兼顾发动机的高低速性能。在本方案中，优选采用液压控制改变活塞压缩高度，可以实现发动机以任意压缩比工作。
本发明的原理在于压缩比主要决定于燃烧室容积和气缸工作容积，本方案就是利用活塞头部增加液压控制机构，可以根据发动机的具体工况来灵活改变发动机的压缩比。
具体技术方案如下：
一种发动机，包括一活塞，该活塞头部设有一个可变机构，其用于改变活塞的压缩高度从而改变发动机压缩比。
所述可变机构采用液压驱动，还可采用液压和弹簧的共同作用改变活塞的压缩高度，可变机构的液压驱动部分包括控制油路和油腔。
该活塞由第一活塞下体，第二活塞下体和活塞上体组成，上述三部分由螺栓组合为一体。
所述控制油路上设有控制阀，其调节控制油路的油压和弹簧的压力之间的关系，从而控制活塞的压缩高度在最大和最小压缩比之间的变化。
发动机起动时，弹簧作用于活塞使之达到最大压缩高度。
控制油路中的控制油从主油道引出经控制阀进入曲轴，进入连杆大端后从连杆大端流入连杆小端，进入活塞销上油槽，从油孔进入油道，然后从第一，第二油孔进入第一，第二油槽，再进入油腔，从而控制活塞压缩高度。
一种带可变压缩比活塞的发动机，该活塞头部设有一个可变机构，该可变机构采用液压结构和弹簧共同作用改变活塞的压缩高度从而改变发动机压缩比，其中液压结构包括控制油路和油腔。
该活塞由第一活塞下体，第二活塞下体和活塞上体组成，上述三部分由螺栓组合为一体，所述控制油路上设有控制阀，其调节控制油路的油压和弹簧的压力之间的关系，从而控制活塞的压缩高度在最大和最小压缩比之间的变化。
与目前现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
由于采用可变压缩比，可灵活控制缸内燃烧情况，带来以下好处：
(1)可采用多燃料，比如甲醇。甲醇是目前一种经常被用来代替汽油的代用燃料，其马达法辛烷值为88，而研究法辛烷值为108。因此，在高转速下，甲醇达到了实际上跟汽油相同的抗爆震性，压缩比可保持和汽油一致；而在低转速下则相反，它的抗爆震性远远超过汽油，可适当提高发动机压缩比。可变压缩比汽油机概念能够充分利用这种高抗爆震性，更好地利用燃料的能量。
(2)有利于降低排放。在发动机冷起动时我们都知道会由于温度低，三元催化剂达不到其工作的温度(400℃)，所以在发动机起动大约1～2分钟内三元催化剂对排放的净化作用是非常有限的；采用可变压缩比与推迟点火一样，能够降低热效率进而提高单位排量的废气热流量，迅速地加热三效催化转化器，就可以缩短起燃时间，明显地降低冷起动和暖机阶段排放；在部分负荷工况，针对HC随着压缩比增大而升高的现象，一方面，由于采用可变压缩比可以接受较大的排气再循环率，因而能够更多地降低NOx排放；另一方面，在较高负荷下通过提高压缩比能够提高热效率，增大扭矩，可以部分地替代混合气加浓的程度，因而降低对混合气加浓的要求，这样就可以扩大闭环控制的工况范围，进一步降低有害物质CO和HC的排放。
(3)提高运行稳定性。传统的固定压缩比汽油机在冷机怠速阶段为了加热三效催化转化器，需要大幅度地减小点火提前角以降低热效率；这样一来就会明显地降低扭矩，有可能使得发动机运行不稳定。在全负荷工况为了减少增压汽油机的爆震倾向性也要依靠减小点火提前角；但是，过多地减小点火提前角会导致扭矩过多地下降，使得发动机运行不稳定。可变压缩比汽油机可以先通过减小压缩比在一定程度上降低热效率，然后根据实际的转速变动情况在较小范围内调节点火提前角，使得发动机在冷机怠速和全负荷时平稳地运行。另外，通过提高压缩比可以提高扭矩，抵消高的排气再循环率给发动机运行带来的负面效应。
而进一步采用带可变压缩比活塞的发动机，利用活塞头部的可变机构实现发动机可变压缩比则更是实现了：发动机结构简单，体积无明显变化，并且通过液压控制来实现压缩比的变化能完成对发动机瞬时工况的实时控制，这是其他改变压缩比机构很难实现的，并且在实现发动机可变压缩比的同时还兼顾了发动机高低速的燃油经济性。
附图说明
图1：活塞正视图
图2：活塞侧视图
图3：活塞销油路设计
图4：连杆上油路设计
附图标记说明：
1-活塞下体1；2-活塞下体2；3-弹簧；4-控制油道；5-油腔；6-活塞上体；7-螺栓
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
本发明利用液压和弹簧的共同作用改变活塞的压缩高度，达到灵活控制发动机压缩比的目的。该活塞由1-活塞下体1、2-活塞下体2和6-活塞上体上部分组成，由4个螺栓7将三部分活塞组合成一个整体。该活塞的主要机构图见图1和图2。
发动机具体工作情况可参见图1和图2：在发动机起动后，控制油路的油压较低，活塞在弹簧的作用下达到最大压缩高度，此时燃烧室容积是最小的，发动机达到最大压缩比。随着转速的升高，发动机主油道压力逐步建立起来，此时在发动机控制油路上的控制阀起作用，控制控制油路4的油压和弹簧的压力之间的一个关系，通过两者之间的关系控制活塞的压缩高度在最大和最小压缩比之间实现完全可变，从而可以实现不同转速下不同的压缩比需求。这样在低速时由于没有爆震的影响，采用最大压缩比提高燃油经济性，在转速和负荷逐步升高后逐步降低压缩比，使发动机燃烧达到最优的一个状态。
发动机的控制油路可参见图3和图4，控制油从主油道引出经过控制阀进去曲轴中，然后进去连杆大端，从连杆大端流向连杆小端，然后进入活塞销上油槽13，从油孔9进入油道11，然后从油孔8，10进入油槽12，14，再进入图1中的油腔5，达到控制活塞压缩高度的目的。
结合上面的工作原理图对本技术方案作进一步的说明，
带可变压缩比活塞的发动机，该活塞头部设有一个可变机构，该可变机构采用液压结构和弹簧3共同作用改变活塞的压缩高度从而改变发动机压缩比，其中液压结构包括控制油路4和油腔5。该活塞由第一活塞下体1，第二活塞下体2和活塞上体6组成，上述三部分由螺栓7组合为一体，所述控制油路4上 设有控制阀，其调节控制油路4的油压和弹簧3的压力之间的关系，从而控制活塞的压缩高度在最大和最小压缩比之间的变化。发动机起动时，弹簧3作用于活塞使之达到最大压缩高度。
控制油路4中的控制油从主油道引出经控制阀进入曲轴，进入连杆大端后从连杆大端流入连杆小端，进入活塞销上油槽13，从油孔9进入油道11，然后从第一，第二油孔8，10进入第一，第二油槽12，14，再进入油腔5，从而控制活塞压缩高度。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种发动机，包括一活塞以及一个可变机构，该可变机构采用液压驱动，用于改变活塞的压缩高度从而改变发动机压缩比，控制活塞的压缩高度在最大和最小压缩比之间的变化，其特征在于，
该可变机构设置在活塞头部，采用液压和弹簧(3)的共同作用改变活塞的压缩高度；
可变机构的所述液压驱动部分包括控制油路(4)和油腔(5)，所述控制油路(4)上设有控制阀，其调节控制油路(4)的油压和弹簧(3)的压力之间的关系；
该活塞由第一活塞下体(1)，第二活塞下体(2)和活塞上体(6)组成，上述三部分由螺栓(7)组合为一体。
2.如权利要求1所述的发动机，其特征在于，发动机起动时，弹簧(3)作用于活塞使之达到最大压缩高度。
3.如权利要求2所述的发动机，其特征在于，控制油路(4)中的控制油从主油道引出经控制阀进入曲轴，进入连杆大端后从连杆大端流入连杆小端，进入活塞销上油槽(13)，从油孔(9)进入油道(11)，然后从第一，第二油孔(8，10)进入第一，第二油槽(12，14)，再进入油腔(5)，从而控制活塞压缩高度。
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