CN111396199A - 活塞式发动机稳压储能方法及该方法使用的活塞 - Google Patents

Abstract

活塞式发动机稳压储能方法及该方法使用的活塞的目的是提供一种活塞式发动机稳压储能方法及该方法使用的活塞，它能够稳定活塞式发动机缸内压力，避免发动机缸内压力大幅上升，不会产生爆震，使活塞式发动机的热效率得到显著提升。本发明提供的方法或活塞能够稳定活塞式发动机缸内压力，避免发动机缸内压力大幅上升，能够使发动机的缸内压力接近爆震压力，使发动机工作中不产生爆震的压力，从而使活塞式发动机的热效率得到显著提升等。

Description

活塞式发动机稳压储能方法及该方法使用的活塞

技术领域

本发明涉及活塞式发动机，具体的说是一种活塞式发动机稳压储能方法及该方法使用的活塞。

背景技术

往复活塞式发动机是指活塞在汽缸内作往复直线运动，通过曲柄连杆功率传输机构，将活塞的直线运动转变为曲轴旋转运动的活塞式发动机。活塞的主要作用是承受汽缸中的燃烧压力、保证发功机工质的可靠密封。往复活塞式发动机通常普遍使用的是汽油机和柴油机。汽油抗爆性差，混合气容易产生爆燃使机体爆震，故一般使用点燃着火方式，目前公知汽油机的压缩比普遍在9～12之间，最大可以达到14，正常工作最高燃烧压力5MPa左右；柴油自燃点低、比汽油抗爆性好，所以柴油机都使用压燃着火方式。公知柴油机的压缩比目前普遍为12～22之间，最大可达到25，因设计转速不同、用途不同正常工作最高燃烧压力7～23MPa：柴油机的爆震一般称之为工作粗暴，可由压缩比改变、供油时间过早、供油量过大、超负荷运转等引起。

由发动机技术发展的历史看，发动机从压缩比为零的煤气发动机，经过不断进化，压缩比逐渐提高，发动机热效率提高到今天的汽油机热效率一般为30％-40％，柴油机热效率一般为40％-50％左右。另一方面，发动机的排放物会造成环境污染，排放的有害物质主要有：硫氧化物(主要为二氧化硫SO₂)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、颗粒物(PM)、臭气(主要为各种不完全燃烧的产物，如各种醛类)、二氧化碳(CO₂)等，还有噪音污染。

本领域技术人员发现在继续增大压缩比时，将受到多方面的限制：首先是机体材料的限制；点燃式发动机(如汽油机)采用较大的压缩比会导致汽油燃烧更加剧烈，并产生高温高压，容易产生爆燃，引起发动机爆震，从而损害发动机。压燃式发动机(如柴油机)通常使用的压缩比已经较大，为保证机械强度需要做成更大的体积，再增加压缩比或者进行高增压强化，将引起工作粗暴损坏发动机；其次是在高温高压环境下，容易产生有害氮氧化物(NOx)污染物；虽然使用排气后处理的催化还原技术(SCR)、降低空燃比和排气再循环技术(EGR)，可以在提高汽缸压力情况下减少氮氧化物的产生。但是随着燃烧氧气量的减少，又容易生成一氧化碳有害排放物。

车用发动机尤其是车用汽油机，在做几何压缩比设计时，一般会考虑适用于大负荷输出时不爆燃且有较高的热效率。在车辆正常行驶负荷功率不大时，发动机的进气量小，实际的压缩比小于几何压缩比，故发动机热效率比设计值更低。

由上述可知，解决爆震问题，通常的技术方案是采用可变压缩比，使发动机在低负荷工况时具有较高的压缩比，而在高负荷工况时又能够通过调节压缩比控制过高的缸内气体压力，防止爆震提高热效率。但是可变压缩比是基于发动机工况的压缩比控制，无法消除较低负荷条件下可能出现汽缸压力突然增加导致的爆燃现象；更有可能进一步减小高负荷工况时较低压力循环的汽缸压力，导致动力性和经济性的下降。可变压缩比技术有多种方案，但是通常需要采用复杂的电子控制技术和复杂的机械或者液压装置，其制作难度较大，生产成本高昂。并且，由于其压缩比变化较慢，不能很好的在汽车等发动机循环工况变化的瞬间做出及时响应，无法杜绝汽缸压力瞬间上升的情况，因此为避免爆震现象的发生，本领域技术人员将内燃机的工作压力设置的较为保守，以家用汽车上使用的汽油发动机为例，通常将发动机正常工作压力设定为开始产生爆震时压力的60％左右，才能有效避免发动机在车辆负荷变化、燃油品质及进气温度和压力等因素影响下出现汽缸压力瞬间上升并引发爆震的情况，而这明显限制了现有发动机压缩比的提升，使现有发动机的热效率较难进一步提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种活塞式发动机稳压储能方法及该方法使用的活塞，它能够稳定活塞式发动机缸内压力，避免发动机缸内压力大幅上升，不会产生爆震，使活塞式发动机的热效率得到显著提升。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：在发动机气缸燃烧室内安装设置了稳压室的活塞，设定气缸燃烧室内安全压力值为P₁，设定燃烧室内压力值P小于安全压力值P₁且稳压室内压力值P₂小于燃烧室内压力值P时，燃烧室与稳压室是两个分别独立的腔室；设定燃烧室内压力值P大于或等于安全压力值P₁且安全压力值P₁大于稳压室内压力值P₂时，燃烧室向活塞内的稳压室泄压；设定燃烧室内压力值P小于稳压室内压力值P₂且稳压室内压力值P₂小于安全压力值P₁时，稳压室向燃烧室内泄压。

所述活塞式发动机为汽油机时，所述安全压力值P₁为燃烧室内开始发生爆震的临界压力值P₀的67％-99.99％。

所述活塞式发动机为柴油机时，所述安全压力值P₁设置为同排量、同燃料传统柴油发动机正常工作时最大压力值P_Z的1.0-1.3倍。

所述活塞式发动机稳压储能方法中使用的带有稳压室的活塞包括活塞体，活塞体内开设稳压室，稳压室上端设置安全阀和单向阀，安全阀和单向阀关闭时将稳压室封闭，设定活塞顶端压力大于或等于安全阀的开启压力时，安全阀开启、稳压室上端与外部相通，所述单向阀设定的气体流通方向为稳压室内部向稳压室外部方向流通。所述活塞体顶面开设凹槽，活塞体顶部安装密封板，密封板与活塞体的凹槽之间形成稳压室，所述安全阀和单向阀均安装在密封板上。所述安全阀位于活塞体顶端中心位置，所述单向阀的数量为两个，两个单向阀分别位于安全阀两侧。所述安全阀包括稳压孔，稳压孔两端分别与稳压室内部以及活塞体顶面相通，稳压室内安装弹性支撑件，弹性支撑件与安全阀阀芯连接，安全阀阀芯在弹性支撑件的弹力作用下能够与稳压孔端部紧密配合、将稳压孔封闭，当活塞体顶端气体压力对安全阀芯作用力大于弹性支撑件向安全阀阀芯提供的弹性支撑力时，安全阀阀芯能够克服弹性支撑件的弹性支撑力、离开稳压孔端部，使稳压孔导通。所述稳压孔下方的稳压室底面开设通孔，通孔两端分别与稳压室内部以及活塞体底面相通，安全阀阀芯安装在通孔内，并能够沿通孔轴向移动，弹性支撑件安装在安全阀阀芯与稳压室底面之间。所述单向阀包括排压孔，排压孔两端分别与稳压室内部以及活塞体顶面相通，排压孔内设置导杆，导杆位于稳压室外部的一端安装阀盖，阀盖能够将排压孔封闭，导杆位于稳压室内部的一端安装限位块，限位块与稳压室内壁之间安装复位弹簧，复位弹簧对限位块施加弹性压力使限位块通过导杆将阀盖保持在封闭状态，当稳压室内部压力大于活塞体顶端压力时，阀盖能够克服复位弹簧的弹力，使排压孔导通。所述单向阀包括排压孔，排压孔两端分别与稳压室内部以及活塞体顶面相通，排压孔周壁设置环形台阶，排压孔内设置单向阀阀芯，单向阀阀芯与复位弹簧连接，单向阀阀芯在复位弹簧的弹力作用下能够与环形台阶紧密配合、将排压孔封闭，当稳压室内部压力大于活塞体顶端压力时，单向阀阀芯能够克服复位弹簧的弹力、离开环形台阶，使排压孔导通。

本发明提供的方法或活塞能够稳定活塞式发动机缸内压力，避免发动机缸内压力大幅上升，能够使发动机的缸内压力接近爆震压力，使发动机工作中不产生爆震的压力，从而使活塞式发动机的热效率得到显著提升等。

附图说明

图1是本发明所述带有稳压室的活塞的结构示意图；

图2是本发明所述活塞式发动机稳压储能方法中发动机燃烧室压力示意图及阀门工作时序图之一；

图3是本发明所述活塞式发动机稳压储能方法中发动机燃烧室压力示意图及阀门工作时序图之二；

图4是本发明所述活塞式发动机稳压储能方法中发动机燃烧室压力示意图及阀门工作时序图之三；

图5是本发明所述稳压储能活塞的实施例之一；

图6是图5的俯视结构示意图；

图7是本发明所述稳压储能活塞的实施例之二；

图8a是图7中的稳压储能活塞阀门状态示意图之一，图中所示为活塞位于上止点的状态；

图8b是图7中的稳压储能活塞阀门状态示意图之二，图中所示为活塞下移过程中安全阀打开的状态；

图8c是图7中的稳压储能活塞阀门状态示意图之三，图中所示为活塞下移过程中单向阀打开的状态；

图8d是图7中的稳压储能活塞阀门状态示意图之四，图中所示为活塞到达下止点的状态。

具体实施方式

本发明所述的活塞式发动机稳压储能方法为：在发动机气缸燃烧室内安装设置了稳压室的活塞，设定气缸燃烧室内安全压力值为P₁，设定燃烧室内压力值P小于安全压力值P₁且稳压室内压力值P₂小于燃烧室内压力值P时，燃烧室与稳压室是两个分别独立的腔室；设定燃烧室内压力值P大于或等于安全压力值P₁且安全压力值P₁大于稳压室内压力值P₂时，燃烧室向活塞内的稳压室泄压；设定燃烧室内压力值P小于稳压室内压力值P₂且稳压室内压力值P₂小于安全压力值P₁时，稳压室向燃烧室内泄压。

本发明所述的安全压力值P₁为发动机工作时汽缸燃烧室内的最大工作压力，燃烧室内压力值P达到设定的安全压力值P1时，燃烧室与稳压室相通，使燃烧室泄压，燃烧室内的压力保持安全压力值。随着活塞下行，燃烧室内的压力值P降至低于稳压室内P₂压力值时，稳压室向燃烧室泄压，此状态下稳压室内储存的压力能够再次做功，推动活塞下行。

本发明所述活塞式发动机稳压储能方法能够在发动机汽缸燃烧室内设置一个稳定的安全压力值，当发动机因在车辆负荷变化、燃油品质及进气温度和压力等因素影响下出现汽缸压力瞬间上升的情况时，可自动将超过安全压力值的这部分压力储存起来，储存的这部分压力待汽缸内压力降低后再次进入燃烧室做功。本发明所述方法一方面能够杜绝发动机汽缸燃烧室内压力超过安全设定值，使发动机设定的正常工作压力可以尽可能的升高，不需考虑因压力瞬间上升而引发爆震或缸体强度难以承受的问题，大幅提升发动机的压缩比和热效率；另一方面还能够将超过设定安全压力部分的压力储存起来，再次进入燃烧室做功，进一步增强发动机的动力表现和燃料利用率。本发明储存能量的转移还带来一个突出的优点，就是公知的曲轴连杆功率传输机构，在上止点时的活塞作用力转化为输出扭矩等于零，活塞离开上止点后转化效率逐步增大。稳压储能活塞将转化效率低的上止点附近的能量，转移到转化效率高的位置释放，进一步提高了发动机热效率。

图2是燃烧室压力示意图及阀门工作时序图之一，图中安全阀3设定安全压力高于正常压力，靠近并低于爆震压力。曲线A-Z-B是公知发动机正常运转压力曲线，最高点Z点压力为正常压力。曲线A-Z’-B是公知发动机发生爆震时工作压力曲线，最高压力点是Z’。在曲线A-Z’-B状态安装稳压储能活塞后，发动机运转压力曲线形态成为A-S-V-E-B’曲线。

发动机因某种原因燃烧室工作压力突然增加导致爆震曲线A-Z’-B出现时，稳压储能活塞在S点开启安全阀3，压力能量泄放储存至稳压室8，燃烧室压力保持在设定压力由S点至V点，过V点燃烧室压力下降低于设定压力，安全阀3关闭。燃烧室压力继续降至E点时，储存在稳压室8的气体压力大于燃烧室压力，单向阀7开启将存储在稳压室8能量气体释放至燃烧室，所以此时压力曲线从E点沿E-B’线下降至B’点，然后发动机排气门打开、单向阀7关闭。

图3是燃烧室压力示意图及阀门工作时序图之二，图中发动机工作压力状况与图2情况相同，仅安全阀3设定压力比图2低，使得安全阀3和单向阀7工作时序与图2不同。由图3所示内容可知，安全阀3设定压力较图2相比向下调整靠近正常压力后，在与图2工作状况相同的情况下，安全阀3开启时序变宽，单向阀7开启压力点E提高，曲线E-B’段高出爆震压力线A-Z’-B较多。

图4是燃烧室压力示意图及阀门工作时序图之三，图中安全阀3设定压力与图2相同。发动机工作在非爆震曲线A-Z”-B状态，安装稳压储能活塞后工作压力曲线A-Z”-B，与非爆震曲线相同，压力最高点Z”未超过设定压力，最高燃烧工作压力比图2的压力点Z’低，但是高于公知发动机正常运转最高压力Z点。阀门工作时序图显示整个做功行程安全阀3和单向阀7处于关闭状态。

由图1～图4所示内容可知，本发明所述的稳压储能方法能够为提高发动机燃烧室内工作压力创造条件，是通过提高发动机压缩比手段实现的，所以本发明所述稳压储能方法能够使发动机在较大压缩比状态下运转工作，可提高发动机的热效率。

传统点燃着火式汽油发动机，压缩比普遍偏低，同时由于使用节气门控制进气量来控制输出负荷，使得低负荷时进气量比高负荷时进气量更少，低负荷实际压缩比更小，热效率有限。汽油机使用本发明所述的稳压储能方法可较大幅度提高压缩比，即设定压力到更为靠近爆震压力，可使汽车用汽油机多数时间工作在更高压缩比情况下，热效率提高幅度尤为显著。用于汽油发动机时，本发明所述安全压力值P₁可设置为燃烧室内开始发生爆震的临界压力值P₀的67％-99.99％。其中发动机燃烧室内开始发生爆震的临界压力值P₀与该发动机使用的燃料标号、缸径等因素决定，并可由现有检测工具测出。设定某一汽油发动机的安全压力值P₁时，根据该规格发动机测得的发生爆震的临界压力值P₀实际数值，安全压力值P₁越接近爆震的临界压力值P₀，则发动机工作时工作在高压缩比工况的时间更长，更有利于提升发动机的热效率。如汽油发动机的安全压力值P₁设置到低于发生爆震的临界压力值P₀的67％，则其工作时的热效率与传统汽油发动机的区别不显著，提升热效率的效果有限。如汽油发动机的安全压力值P₁设置到与爆震的临界压力值P₀相同或超过爆震的临界压力值P₀，则该发动机工作时会频繁发生爆震，这种情况是应当予以避免的。实际生产时，所述安全压力值P₁可在尽可能高的范围内设定，以便能够更显著的提升汽油发动机的热效率，例如可将汽油发动机的安全压力值P₁在发生爆震的临界压力值P₀的70％-99.99％的范围内设置，此外，考虑到发动机活塞生产时安全压力值P₁设定的精确度以及发动机工作时可能遇到的复杂工况环境，安全压力值P₁设置时可与发生爆震的临界压力值P₀之间保留适当的安全范围，例如可将汽油发动机的安全压力值P₁在发生爆震的临界压力值P₀的70％-99％的范围内设置。对于车用汽油发动机等工况频繁变化的发动机，还可适当扩大安全压力值P₁与发生爆震的临界压力值P₀之间安全范围，例如可将汽油发动机的安全压力值P₁在发生爆震的临界压力值P₀的70％-98％的范围内设置。

传统压燃着火式柴油发动机，压缩比已经较高，采用进气增压后热负荷更大，对机械强度要求更高。此种情况下，使用本发明所述稳压储能方法适量提高压缩比，例如将设定的安全压力值P₁设置为同排量、同燃料传统柴油发动机正常工作时最大压力值P_Z的1.0-1.3倍，在传统柴油发动机机械强度能够承受的范围内，延长其工作在高压缩比工况的时间，既保证压燃点火的冷启动性能，又降低最高爆发压力，在上止点附近储存更多的能量，转移到上止点之后释放，大幅度提高发动机的平均有效压力。

本发明所述稳压室的容积大小可根据发动机排量、功率、燃料种类确定，稳压室最小容积和燃烧室最小容积相加之和大于或等于同排量、同燃料传统活塞发动机的上止点气缸容积。

本发明所述稳压储能方法提高了发动机的压缩比，也就提高了燃烧室燃烧初始温度，有助于提高稀薄可燃气体的燃烧极限，燃烧室向稳压室泄压时降低了最高燃烧温度，使燃烧更为高效、柔和。采用本发明所述方法后平均燃烧温度得到提升，能够使活塞上止点的热负荷有所降低，有利于降低缸盖的散热量。

本发明所述稳压储能方法能使稳压室容积首循环做功行程参与储存气体能量，使得做功行程容积增大，即膨胀比加大，次循环的进气行程稳压室容积内的废气进入燃烧室，在产生废气循环的同时，进气量减小，压缩比相对上一循环的压缩比减小，对最高燃烧压力自动产生负反馈，进一步限制了爆震的发生。稳压储能活塞的稳压室容积参与做功行程后，取得了膨胀比大于压缩比的效果，提高了发动机的热效率。

本发明所述活塞式发动机稳压储能方法中使用的带有稳压室的活塞包括活塞体2，活塞体2内开设稳压室8，稳压室8上端设置安全阀3和单向阀7，安全阀3和单向阀7关闭时将稳压室8封闭，设定活塞顶端压力大于或等于安全阀3的开启压力时，安全阀3开启、稳压室8上端与外部相通，所述单向阀7设定的气体流通方向为稳压室8内部向稳压室8外部方向流通。本发明所述活塞在燃烧室燃烧压力大于设定安全阀开启压力时，安全阀3开启，燃烧室已燃烧过的废气开始泄放到稳压室8，稳压室8储存燃烧室泄放的气体能量致压力升高，当燃烧室气体持续泄放压力低于安全阀开启压力时安全阀3关闭，燃烧室内可燃油气继续燃烧完毕。随着稳压储能活塞继续下行，当稳压室3气体压力大于燃烧室，单向阀7打开，稳压室8储存的能量气体释放至燃烧室，气体压力推动活塞做功至下止点。本发明可将安全阀开启压力值P₁设定在低于爆震压力并高于同排量、同燃料传统发动机的正常压力的范围内。安全阀3及单向阀8安装在活塞体2上，紧邻燃烧室，对燃烧压力反应灵敏，在燃烧室内压力发生变化时安全阀3和单向阀7能够迅速做出响应，确保稳压储能活塞发动机不发生造成损害的偶发性爆震。所以稳压储能活塞发动机正常工作时，燃烧室最高压力低于设定压力，安全阀芯不开启，稳压室压力低于燃烧室单向阀也不开启。当发动机因某种原因燃烧室工作压力突然增加导致严重爆燃将要发生，稳压储能活塞的安全阀芯开启，燃烧室已燃气体迅速泄放到稳压室，稳压室储存燃烧室泄放的气体能量压力升高，燃烧室压力则保持设定压力，使可靠密封的活塞组件变成根据燃烧室压力自动进行泄放与密封状态转换的稳压储能活塞，消除了发动机的爆震。与现有的电子及液压方式调节发动机进气量或气缸压缩比的方式相比，本发明提供的稳压储能活塞能够使发动机的缸内压力接近但始终避免达到产生爆震的压力，使活塞式发动机的热效率得到显著提升，并且其响应速度更快，当发动机因某种原因燃烧室工作压力突然增加时能够迅速、直接的做出响应，将缸内压力稳定在能够产生爆震的压力以下。稳压室8内储存的压力在活塞下行过程中再次在汽缸内释放，相当于将活塞上止点附近多余的能量转移到上止点之后释放，大幅度提高发动机的平均有效压力。

本发明所述活塞为减小稳压室8储存的气体能量通过单向阀7向燃烧室5输送时的能量损失，单向阀7一般尽可能的设置较低的开启压力。

本发明所述活塞体及其稳压室可采用多种结构制作，其中优选的结构为：所述活塞体2顶面开设凹槽，活塞体2顶部安装密封板6，密封板6与活塞体2的凹槽之间形成稳压室8，所述安全阀3和单向阀7均安装在密封板6上。所述密封板6可通过螺栓、螺纹等连接结构与活塞体2装配形成稳压室8，该结构可使本发明所述稳压储能活塞方便的组装、调试、保养、维修。所述密封板6工作温度较高，可选用耐高温的金属或表面涂布耐热、隔热涂层，也可选用非金属陶瓷材料。

本发明所述安全阀3和单向阀7优选采用下述方案安装：所述安全阀3安装于活塞体2顶端中心位置，所述单向阀7的数量为两个，两个单向阀7分别位于安全阀3两侧。安全阀3布置在密封板6中心位置，是因为公知的发动机点火喷油装置大都布置在气缸中心，该结构可使安全阀靠近可燃油气起燃点，确保安全阀3开启时进入稳压室8的气体是已燃烧过的废气，不影响燃烧室5内未燃油气的完全燃烧。两个单向阀7分别设置在安全阀3两侧，可确保稳压室8向燃烧室泄压排气做功时活塞体受力稳定。

本发明所述安全阀3可采用多种泄压阀结构，其中优选的结构为：所述安全阀3包括稳压孔33，稳压孔33两端分别与稳压室8内部以及活塞体2顶面相通，稳压室8内安装弹性支撑件，弹性支撑件与安全阀阀芯31连接，安全阀阀芯31在弹性支撑件的弹力作用下能够与稳压孔33端部紧密配合、将稳压孔33封闭，当活塞体2顶端气体压力对安全阀芯作用力大于弹性支撑件向安全阀阀芯31提供的弹性支撑力时，安全阀阀芯31能够克服弹性支撑件的弹性支撑力、离开稳压孔33端部，使稳压孔33导通。该结构将安全阀的阀芯及弹性支撑件隐藏在稳压室8内部，避免安全阀的动作及压力控制组件直接暴露在燃烧室的高温环境中。所述弹性支撑件可采用螺旋弹簧32、膜弹簧34等多种弹性部件，可根据稳压室8内部空间、安全阀阀芯31形状等因素灵活选择。

本发明为了避免安全阀阀芯31开启时受到背压影响，可在所述稳压孔33下方的稳压室8底面开设通孔9，通孔9两端分别与稳压室8内部以及活塞体2底面相通，安全阀阀芯31安装在通孔9内，并能够沿通孔9轴向移动，弹性支撑件安装在安全阀阀芯31与稳压室8底面之间。该结构使安全阀阀芯31下部穿过活塞体2，消除安全阀阀芯31开启时受到的背压影响，必要时可在安全阀阀芯31与通孔9之间设置密封件。本发明可设计安全阀芯31截面积大于安全阀进气口33截面积，使开阀时弹性系数平坦，利于快速开阀。

本发明所述安全阀3使用膜弹簧34作为弹性部件时，其中优选的结构为：密封板6底面周圈设置环形折边，环形折边以螺纹方式与活塞体2连接，环形折边底部将膜弹簧34压紧密封，密封板6与膜弹簧34上部形成稳压室8。密封板6中心开有安全阀进气口33，全阀进气口33下方设置安全阀芯31，安全阀芯31由膜弹簧34提供预紧力将安全阀进气口33密封，膜弹簧34下部空间通过通孔9与活塞外部相通。膜弹簧34轴向尺寸较小，弹性系数高，在活塞体2中容易安装布置，膜弹簧34对安全阀芯31提供预紧力，还能密封活塞体2。当稳压室8压力逐步上升起稳压作用时，稳压室8压力对膜弹簧34上表面有一个附加力，加速安全阀芯31的开启。

本发明所述单向阀7可采用多种结构，例如：所述单向阀7包括排压孔36，排压孔36两端分别与稳压室8内部以及活塞体2顶面相通，排压孔36内设置导杆37，导杆37位于稳压室8外部的一端安装阀盖71，阀盖71能够将排压孔36封闭，导杆37位于稳压室8内部的一端安装限位块38，限位块38与稳压室8内壁之间安装复位弹簧72，复位弹簧72对限位块38施加弹性压力使限位块38通过导杆36将阀盖71保持在封闭状态，当稳压室8内部压力大于活塞体2顶端压力时，阀盖71能够克服复位弹簧72的弹力，使排压孔36导通。该结构加工、组装及检修方便，成本相对低廉。为延长使用寿命，本发明所述单向阀还可集成在活塞体2内部，其结构为：所述单向阀7包括排压孔36，排压孔36两端分别与稳压室8内部以及活塞体2顶面相通，排压孔36周壁设置环形台阶39，排压孔36内设置单向阀阀芯73，单向阀阀芯73与复位弹簧72连接，单向阀阀芯73在复位弹簧72的弹力作用下能够与环形台阶39紧密配合、将排压孔36封闭，当稳压室8内部压力大于活塞体2顶端压力时，单向阀阀芯73能够克服复位弹簧72的弹力、离开环形台阶39，使排压孔36导通。该结构对单向阀的阀芯及弹簧保护性更佳，使用寿命相对更长。

本发明所述安全阀阀芯31、单向阀阀芯73优选采用比重较轻的耐热陶瓷材料，既保证热强度又可降低往复质量，所述弹性支撑件、复位弹簧72在选材时也应重点考虑弹性材料的耐热性能。

图中1是汽缸，5是燃烧室。

Claims (10)

1.活塞式发动机稳压储能方法，其特征在于：在发动机气缸燃烧室内安装设置了稳压室的活塞，设定气缸燃烧室内安全压力值为P₁，设定燃烧室内压力值P小于安全压力值P₁且稳压室内压力值P₂小于燃烧室内压力值P时，燃烧室与稳压室是两个分别独立的腔室；设定燃烧室内压力值P大于或等于安全压力值P₁且安全压力值P₁大于稳压室内压力值P₂时，燃烧室向活塞内的稳压室泄压；设定燃烧室内压力值P小于稳压室内压力值P₂且稳压室内压力值P₂小于安全压力值P₁时，稳压室向燃烧室内泄压。

2.根据权利要求1所述的活塞式发动机稳压储能方法，其特征在于：所述活塞式发动机为汽油机时，所述安全压力值P₁为燃烧室内开始发生爆震的临界压力值P₀的67％-99.99％。

3.根据权利要求1所述的活塞式发动机稳压储能方法，其特征在于：所述活塞式发动机为柴油机时，所述安全压力值P₁设置为同排量、同燃料传统柴油发动机正常工作时最大压力值P_Z的1.0-1.3倍。

4.如权利要求1、2或3任一项所述活塞式发动机稳压储能方法中使用的带有稳压室的活塞，其特征在于：包括活塞体(2)，活塞体(2)内开设稳压室(8)，稳压室(8)上端设置安全阀(3)和单向阀(7)，安全阀(3)和单向阀(7)关闭时将稳压室(8)封闭，设定活塞顶端压力值大于或等于安全阀(3)的开启压力值时，安全阀(3)开启、稳压室(8)上端与外部相通，所述单向阀(7)设定的气体流通方向为稳压室(8)内部向稳压室(8)外部方向流通。

5.根据权利要求4所述的带有稳压室的活塞，其特征在于：所述活塞体(2)顶面开设凹槽，活塞体(2)顶部安装密封板(6)，密封板(6)与活塞体(2)的凹槽之间形成稳压室(8)，所述安全阀(3)和单向阀(7)均安装在密封板(6)上。

6.根据权利要求4所述的带有稳压室的活塞，其特征在于：所述安全阀(3)位于活塞体(2)顶端中心位置，所述单向阀(7)的数量为两个，两个单向阀(7)分别位于安全阀(3)两侧。

7.根据权利要求4、5或6任一项所述的带有稳压室的活塞，其特征在于：所述安全阀(3)包括稳压孔(33)，稳压孔(33)两端分别与稳压室(8)内部以及活塞体(2)顶面相通，稳压室(8)内安装弹性支撑件，弹性支撑件与安全阀阀芯(31)连接，安全阀阀芯(31)在弹性支撑件的弹力作用下能够与稳压孔(33)端部紧密配合、将稳压孔(33)封闭，当活塞体(2)顶端压力大于弹性支撑件向安全阀阀芯(31)提供的弹性支撑力时，安全阀阀芯(31)能够克服弹性支撑件的弹性支撑力、离开稳压孔(33)端部，使稳压孔(33)导通。

8.根据权利要求7所述的带有稳压室的活塞，其特征在于：所述稳压孔(33)下方的稳压室(8)底面开设通孔(9)，通孔(9)两端分别与稳压室(8)内部以及活塞体(2)底面相通，安全阀阀芯(31)安装在通孔(9)内，并能够沿通孔(9)轴向移动，弹性支撑件安装在安全阀阀芯(31)与稳压室(8)底面之间。

9.根据权利要求4、5或6任一项所述的带有稳压室的活塞，其特征在于：所述单向阀(7)包括排压孔(36)，排压孔(36)两端分别与稳压室(8)内部以及活塞体(2)顶面相通，排压孔(36)内设置导杆(37)，导杆(37)位于稳压室(8)外部的一端安装阀盖(71)，阀盖(71)能够将排压孔(36)封闭，导杆(37)位于稳压室(8)内部的一端安装限位块(38)，限位块(38)与稳压室(8)内壁之间安装复位弹簧(72)，复位弹簧(72)对限位块(38)施加弹性压力使限位块(38)通过导杆(36)将阀盖(71)保持在封闭状态，当稳压室(8)内部压力大于活塞体(2)顶端压力时，阀盖(71)能够克服复位弹簧(72)的弹力，使排压孔(36)导通。

10.根据权利要求4、5或6任一项所述的带有稳压室的活塞，其特征在于：所述单向阀(7)包括排压孔(36)，排压孔(36)两端分别与稳压室(8)内部以及活塞体(2)顶面相通，排压孔(36)周壁设置环形台阶(39)，排压孔(36)内设置单向阀阀芯(73)，单向阀阀芯(73)与复位弹簧(72)连接，单向阀阀芯(73)在复位弹簧(72)的弹力作用下能够与环形台阶(39)紧密配合、将排压孔(36)封闭，当稳压室(8)内部压力大于活塞体(2)顶端压力时，单向阀阀芯(73)能够克服复位弹簧(72)的弹力、离开环形台阶(39)，使排压孔(36)导通。

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