CN104005875A - 组合调压活塞 - Google Patents

Abstract

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。

Description

组合调压活塞

技术领域

    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

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。

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

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。

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。

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。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：

1—气缸；   2—外活塞；  3—调压弹簧；4—内活塞；

5—活塞销； 6—卡簧；    7—连杆。

具体实施方式

    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。

2、功能部件

1）气缸1

气缸1为通用件。

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。

顶部、防漏中部保持原有特征。

内顶部调压弹簧座用来安置调压弹簧3。

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。

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1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。

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。

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。

裙部为筒形。

活塞销座保持原有特征。

5）活塞销5

活塞销5为通用件；连接内活塞4和连杆7。

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。

7）连杆7

连杆7为通用件；连接活塞销5和曲轴。

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。

首先设定三个参数：

①P移——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。

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。

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∠（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。

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）。

实压缩比：一般控制在8～15的范围内。

在内燃机的工作过程中，当气缸1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。

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。

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1和内活塞4做相对运动，气缸1容积变大，外活塞2和内活塞4的距离缩短，气缸1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1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1的压力只能随曲轴转角的变化而变化；当气缸1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1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。

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。

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。

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。   

Claims (5)

1.一种组合调压活塞，其特征在于：

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）。

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。