CN1719013A

CN1719013A - 一种变容发动机

Info

Publication number: CN1719013A
Application number: CNA2005100001039A
Authority: CN
Inventors: 王希平; 王宏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2005-01-04
Publication date: 2006-01-11
Also published as: US20110192370A1; WO2006072208A1

Abstract

一种变容发动机，与其它定容发动机的最大不同在于：每气缸中有两个互相套装的活塞。内活塞与连杆通过活塞肖相连接，外活塞带有活塞环并用弹簧支撑在内活塞上。其特点是：各冲程的容积变化不同。在排气冲程，外活塞到达气缸最高点，废气的几乎完全排出(理论排气率可达95％～98％)，从而使提高压缩比(≥12)成为可能；在吸气冲程，由于外活塞在进气终点的惯性增容位移，使进气量大于一般定容发动机的进气量，实现自增压作用，改善了燃油经济性和排放。由于外活塞的弹性储能作用，降低了峰值气压和峰值气压的升速，从而降低结构受力，为减轻发动机自重创造条件；并提高运转平稳性。由于峰值气压后移，使输出转矩增加，提高发动机效率。总之变容发动机较定容发动机在性能有很大提高。

Description

一种变容发动机

技术领域：

本发明涉及内燃发动机领域，特别是四冲程点燃式(如汽油)发动机，也适用于柴油或二冲程发动机。

背景技术：

内燃发动机特别是四冲程汽油发动机(包括类似工作的其他燃料)是当今最重要的一种动力源，特别是轻型汽车广泛使用的一种发动机。

经过一百多年的发展，目前四冲程汽油发动机已日趋完善，新技术不断出现，其应用也日见广泛。但至今为止所有发动机均可称为定容发动机，即其四个冲程的行程容积是完全相同的，这就使这类发动机一些固有的矛盾无法彻底解决。

一.压缩比和废气残留量：为避免汽油混合气体发生爆燃现象，目前的压缩比控制在8～11，即是在活塞顶部的燃烧空间容积约为汽缸总容积的1/10左右，而此正是排气行程终点后的废气残留容积。但进气终点时的气压为P_a＝0.07～0.09MP，温度T_a＝400°K左右；而排气终点气压P_b＝1.1MP左右，温度T_b＝1000°K左右；因而残气量比K＝0.07左右。减小K值对提高发动机功率，效率，减少排放污染均有积极意义。采用增压技术可以提高K值，但增压系统复杂并显著增加发动机制造成本。

二.提高作功行程的最高燃气压p_m与平顺性、效率的矛盾：图1是四冲程汽油发动机的示功图，但发动机是以曲柄转矩输出而作功的，因而转矩—容积曲线(M-V)较之气压—容积曲线(P-V)更能准确地表示发动机的示功图。图2是曲柄—连杆机构受力分析图：当曲柄转过α角时的转矩：M＝F*R(sinα+cosα*tanβ)

(当α角较小时，M＝F*Rsinα＝F*R′)

式中：F-燃气对活塞的总推力，F＝P*S；

p-气缸内的气压；

S-活塞顶面积；

R-曲柄半径；

R′-当量半径；R′＝Rsinα

β＝sin(Rsinα/L)

根据上述公式，我们概略地计算出转矩—容积曲线，如图1中曲线(M-V)所示，显然M-V曲线所围成的面积能更准确地表示整个工作循环中单个气缸所作的功。

一般(定容)发动机要求气缸内的最大燃气压力P_m出现在曲柄转角α＝12～15°范围(图1中的d点处)，此时对应的：

M≈F_m*R′＝P_m*S*R′ {当量半径R′＝Rsinα＝(0.2～0.26)R｝{注：当α较小时，此式的近似程度较高}，而并非最大输出力矩M_m，，即P_m产生的压力几乎绝大部分为发动机结构(活塞肖、连杆、曲轴、轴颈、机体)所承受，由于压力P的升速很快，因而对机件的冲击作用也较明显，这就要求用足够强的结构来承受，从而使发动机的进步轻量化受到限制。

从图1可以看出一般(定容)发动机的转矩曲线的峰值M_m并不与气缸内的最大燃气气压峰值P_m重合，这表明一般发动机的气压—容积曲线(P-V曲线)并不是发动机作功的的最佳曲线。

三.活塞结构复杂，工作条件恶劣，工作寿命短：目前所有发动机中活塞的工作条件是极其恶劣的。在每1工作循环中要承受1次高温、高压燃气的作用。既要将燃气压力传递给曲柄作功又要实现汽缸的密封，并要求惯性力小，这些相互关联的要求使活塞几乎毫无例外的采用轻金属材料(如铝合金)制造，在高温、高压作用下变形量也较大；由于活塞肖的支撑结构使活塞质量分布很不均匀，从而加重了温差引起的变形。为减小其影响只能使活塞的形状变得很复杂，因而加工难度也大。此外连杆—曲柄机构使活塞在作功及压缩时存在一种相反的侧向分力，使活塞压向缸壁，从而使活塞的产生不均匀磨损，从而进一步影响了活塞的使用寿命。

以上这些问题虽然多年来汽车界从未停止过改进步伐，从结构、材料、加工等方面进行了许多研究，但上述问题并未彻底解决或基本解决。

发明内容：

为此本发明公开一种新的变容发动机设计，较好的解决上述问题。本发明的目的是这样来实现的：

一种变容发动机，由汽缸、汽缸盖及其上的进排气机构、火花塞、活塞、连杆、曲轴等组成，其与一般定容发动机的最大不同在于：其活塞由外活塞及内活塞组成，外活塞上安装有活塞环；内活塞中带有活塞肖孔，活塞肖及与其相配合的连杆；外活塞内孔直径略大于内活塞外圆直径，即内活塞滑动地套装在外活塞中；外活塞顶面内壁用弹性元件支撑在内活塞上，即在自由状态下外活塞顶面内壁与内活塞顶部间有一可压缩空间。

在外活塞内孔下端制有环槽，槽内装有弹性卡环，卡环内圆直径小于内活塞外圆直径，从而使内活塞不能从外活塞内孔中脱出。

所述弹性元件可以是一个或多个螺旋弹簧、蝶形弹簧、锥形弹簧或不等距弹簧，也可以是不少于两个相互套合的弹簧组，其中内短弹簧的刚度大于外长弹簧的刚度。(外)弹簧高度大于内、外活塞装配后的可移动(压缩)空间高度，以使活塞组装配后在内、外活塞、弹簧、弹性卡环之间不存在自由间隙。

外活塞上无活塞肖孔，其形状呈径向对称结构，消除了因质量分布不均引起的温度变形，这使其内、外表面都可以是正圆形，从而省去了复杂的椭圆面加工。为使从连杆小头油孔喷出的冷却润滑油能充分冷却外活塞，在其顶面内壁中央有突起的分流锥体及相连的导流弧面。

由于内活塞不接触燃气，因而其顶面可以是不封闭的，这使内活塞的结构设计可以充分考虑结构刚度及加工的工艺性，在其上的两活塞肖孔座侧面之间及侧面与内活塞内孔壁之间均有筋板连接，从而显著地降低了内活塞的受力变形。由于内活塞不接触高温燃气，且有冷却润滑油的充分冷却，因而内活塞温升不高，从而可使其上的活塞肖孔直径略小于活塞肖直径，即活塞肖孔与活塞肖实现紧配合，避免了活塞肖孔的磨损，延长了活塞的使用寿命。

为了使外活塞上的油环刮下的润滑油有回流通道，在内活塞外圆面上部制有导油槽，在导油槽下部制有与内活塞内孔相通的回油孔。

为了保证弹簧在活塞往复运动时的稳定性，在内活塞顶板上制有弹簧定位孔，并在孔的底部或侧壁上制有冷却润滑油的回流孔，以使从连杆小头油孔喷出的冷却润滑油能顺畅地流回油池。

可以看出本变容发动机的弹性支撑双活塞结构(设计合适的弹簧刚度值)使外活塞顶面与气缸盖之间的空间即行程容积将随各工作行程条件而变：

1)在压缩行程上止点位置，由于混合气体的压力使外活塞压缩弹簧，则使外活塞顶面与气缸盖之间的空间，满足所设定压缩比的燃烧条件(压力P、温度T)要求，这是本变容发动机的基础设计之一。(如设定的压缩比ε＝10，此时气缸内的压力约为1MP左右，燃烧室容积约为汽缸总容积的十分之一)；

2)在排气行程终点，气缸内的压力约为0.1MP左右，在弹簧力及惯性力作用下外活塞远离内活塞，使外活塞顶面与气缸盖之间的废气残留空间变得很小，从而使废气残留量明显减少；

3)在进气行程中，由于其起始点(上止点)处，外活塞位于气缸内最高位置，而在终点(下止点)处，此时内活塞停止运动，但外活塞在惯性力作用下继续下移，从而有效地扩大了进气容积。

4)在作功行程中，当混合气体点燃，气体压力急剧上升时，外活塞在此压力作用下克服弹簧(高刚度区)继续少量下移，扩大了燃烧室容积，从而减缓了燃烧速度，即减慢了气体压力上升速度，并使燃气压力曲线峰值右移，如前所述，则可增加输出力矩，即增加了有效功率输出，并改善了发动机各结构部件的受力状态。

附图说明：

图1：发动机示功图；

图2：连杆—曲柄机构受力分析图

图3：本变容发动机活塞结构示意图

(左边是本活塞结构的正视图，右边是本活塞结构的侧视图)

图4：本变容发动机的四个行程中容积变化示意图

图5：本变容发动机外活塞结构示意图

图6：本变容发动机外活塞与气门相对关系结构示意图

图7：本变容发动机内活塞结构示意图

图8：本变容发动机活塞弹簧刚度及结构示意图

图例说明：

1.外活塞：101.顶面 102.气环槽 103.油环槽 104.头部外圆面105.卡环槽 106.内顶面 107内圆面 108 分流锥体109.导流弧面 110.裙部外圆面 111.避阀坑112.减重槽 113.回流孔

2.内活塞：21.上表面 22.弹簧安装孔 23.回流孔24.活塞肖孔座 25.外圆面 26.底面 27.活塞肖孔28.肖孔端面 29.筋板 210.内顶板 211.集油槽212.回油孔 213，减重槽

3.弹簧

4.连杆：41.杆身 42.喷油道 43.连杆小头44.小头肖孔 45.喷油孔

5.肖孔衬套：51.环形油槽 52.油孔 53.衬套外圆面54.衬套内圆面 55.衬套外端面

6.活塞肖：61.外圆面 62.内孔

7.卡环：

8.曲轴

9.汽缸

10.汽缸盖

11.排气阀

12.火花塞

13.进气阀

具体实施方案：

图3所示是本发明“变容发动机”一种实施例示意图，由图可以看出变容发动机的活塞由外活塞1及内活塞2及弹簧3组成。外活塞1头部外圆面104有安装的活塞气环及油环的气环槽102及油环槽103：外活塞1内孔107是圆柱形孔，其下端口处有一卡环槽105，槽105中安装有卡环7，卡环7内径小于内活塞2的外圆面25直径。

内活塞2滑动地安装在外活塞内孔107中，活塞2上加工有活塞肖孔座24，孔中紧配安装有活塞肖6，活塞肖6穿套在连杆4小头孔的轴承套5中，轴承套5压配在连杆4小头孔44中，轴承套5上有油槽51；连杆4小头上部有出油孔43，内活塞2的内顶面210上有弹簧安装孔22，以稳定弹簧位置。外活塞顶表面101，可以是平面、凸面也可以是符合燃烧室要求的凹面形状如碗形等。

该专利结构给发动机带来的最大变化是：四个冲程容积不等，即将原本是定容发动机变成“变容发动机”，虽然内活塞仍是按定容发动机特性工作，但由于外活塞1用弹簧3支撑在内活塞2的上部，从而使汽缸容积和工作特性在四个行程中发生明显的变化请参见图4：

设计的出发点是保证作功行程(III行程)的初始状态：点燃被压缩混合气体所需的燃烧的温度T_C及压力P_C，即控制合适的压缩比，其要点是弹簧刚度的控制，使发动机在压缩行程(II行程)终点时(上止点)，外活塞顶部101与汽缸盖10间形成的燃烧室容积V_C符合设计的压缩比要求。例如选取压缩比ε＝10，在压缩终点汽缸内压力P_c＝1MP左右，外活塞在压力P_c作用下下移l₂距离，使形成的燃烧室容积V_c约为汽缸9总容积Vo的1/10左右。(在本发明中汽缸总容积V_o定义为：在压缩行程下止点处，外活塞1顶面以上的汽缸容积。因为在此行程初始状态时，内活塞2位于下止点处，由于汽缸内压力P约等于大气压，因而外活塞1在弹簧3作用下处于自由状态；此时汽缸容积与定容发动机基本相当)。

本专利结构的变容发动机的压缩比ε还受到外活塞1惯性力的影响。由于往复运动的活塞具有运动惯性，在发动机不同转速下外活塞1的惯性力是不相同的，在低速时(如怠速状态)，由于活塞惯性力小，因惯性力引起的压缩空间变化也较小，即压缩比ε也略小；而在高速时由于外活塞1惯性力增大，则由此引起的附加压缩量也略有增加，即增大了压缩比，从而改善了高速时的燃烧条件，而这正是目前定容发动机努力解决的技术问题。

在排气冲程(IV行程)，排气阀11打开，高压、高温废气迅速外排；随即活塞上移实现强排，这与定容发动机相同。但在排气行程终点A₄位置(内活塞2位于上止点处)由于此时残气压力P_r很低(略大于0.1MP)，在惯性力和弹簧力作用下外活塞1将继续上移(与内活塞2在轴向相距最远)，使外活塞1与汽缸盖10之间的残留空间V_r最小。这表明本变容发动机在排气终点其汽缸内的废气残留量远小于定容发动机的残留量。

进入吸气冲程(I行程)时，进气阀13打开，在曲柄连杆的拉动下活塞下行，吸入新鲜混合气，当内活塞2移至下止点B₁时，外活塞1由于惯性力将压缩弹簧3而继续下移l₁行程，则由于外活塞1惯性力引起的增容

V₁＝l₁*S(S-外活塞1顶面积，近似等于汽缸9的截面积)而l₁(V₁)的大小正比于发动机的转速：即低速时活塞往复速度小，即外活塞1惯性力小，l₁(V₁)也较小；高速时外活塞1惯性力大，因而l₁(V₁)也增大。即高速时进气容积大于低速时的进气容积，从而较好地补偿了发动机高速时充气不足的问题。例如设：外活塞直径D＝7cm，质量m＝1kg，工作行程L0＝10cm，压缩比ε＝10；当发动机转速n＝3000rm时，可以计算出：可以l₁≈l₂即V₁≈V_C；)。

可以看出该变容发动机有很高的充气效率：

1)由于外活塞1在排气行程终点时的惯性上移压缩废气残留空间，可以达到95％～98％的废气排放效率，因而废气残留量大大低于定容发动机。

2)外活塞1在吸气行程终点的惯性下移行程l₁增加了汽缸的吸气容积(V₁)，即本变容发动机吸气容积大于相同往复行程量的定容发动机。可以看出本变容发动机的充气效率η远大于定容发动机的0。7～0。8的数值，即本变容发动机具有自增压作用。

另外由于高温残气量大幅度减少，因而吸入的新鲜混合气体的温升也减小(进气终了温度下降)，例如：设废气排放效率为96％，即废气残留量约为总进气量的二十五分之一(而定容发动机约为十分之一或更大)，则废气对新进混合气体的加热作用明显减小，计算表明进气终点的气体温度将下降30°～50°K，这给提高压缩比ε创造了条件，即可以将压缩比ε提高到12或更高，而不致引起爆然现象，从而提高了发动机效率；并由于废气量的减少，使燃烧条件得到改善，从而提高了输出功率、转矩，使变容发动机有很好的动力性，燃油经济性及更好的排放性能。

在压缩行程(III行程)起始点(下止点)，由于缸内气压约为0.1MP左右外活塞1在弹簧3作用下回复到自由位置，即处于压缩行程开始的B2位置，由于此时进、排气阀门13、11均关闭，随着内活塞2上升，外活塞1逐渐压缩混合气体，缸内压力P上升；同时受P的作用，外活塞1也逐渐压缩弹簧3。当内活塞2行至上止点A2位置时，此时燃烧室内被压缩的混合气体的压力P上升至发动机要求的初始燃烧条件(P_C、T_C)。在此压强P_C作用下，外活塞1压缩弹簧3下移l₂，形成必要的燃烧空间V_C(弹簧的刚度设计可以满足上述的要求)。但本发明的变容发动机在压缩行程终点形成的燃烧空间V_C并不是定值，除上述条件外，V_C还受到外活塞1惯性影响：在高速时，外活塞1惯性力大，造成的惯性压缩量也增大，即在高速时燃烧空间V_C将略有减小，即提高了压缩比；相反低速时外活塞1惯性力小，燃烧空间V_C将稍有增大，即压缩比变小。而这正好满足了发动机高、低速运行时对压缩比变化的需要，实现了自变压缩比的功能。

在作功行程(III行程)时，由于压缩比控制在设定范围内，因而点燃压缩混合气的条件与定容发动机基本相同。但由于变容发动机充气效率高，残气比低，因而燃烧条件更好。随着气缸内压力P₃迅速上升，外活塞在P₃作用下压缩弹簧3而下移(如图中l₃)，从而扩大了燃烧室空间，减缓了燃烧速度，降低了气压的上升速度，即略为降低了峰值气压P_m和峰值温度T_m，并使变容发动机的峰值压力P_m右移，如图1中的P′-V′曲线。由于发动机输出功率正比于转速n和转距M，而转距M又正比例于气体压力P和曲轴有效半径R′(R′＝Rsinα)，由于变容发动机的峰值压力P_m右移，即P′-V′曲线右移，峰值压力P_m对应的转角α较大，因而R′明显增大，也就使变容发动机的输出M增大，即变容发动机的输出转距较大，在相同转速下，输出功率也越大，如变容发动机的转距—容积曲线(M′-V′)所示(从能量守衡原理也能解释这种变化)。这说明变容发动机有更好的容积效率，同时由于降低了缸内气压P的上升速度和峰值压力P_m，使发动机结构(活塞、连杆、轴承、曲轴、机体等)受力情况有较大的改善，因而可以将这些受力另、部件结构设计得更轻巧些，从而可减轻发动机的重量，有利于整车的油耗降低并使发动机运转更为平稳，其使用寿命更长。

为了不使燃烧条件变化过大，因而外活塞1在P₃作用下位移量l₃不能过大，即要求弹簧3此时的的刚度很高(在压缩行程，外活塞1在P₂作用下位移量l₂时，要求弹簧3的刚度较低)，故本专利中弹簧3是采用变刚度弹簧(如组合弹簧、锥形弹簧或变距弹簧)。

可以看出，双活塞结构把原来由单一活塞要承受的恶劣工作条件(承受高温、高压燃气及高速传递动力)分别由内、外活塞分担：如外活塞1只承受高温、高压燃气压力并实现与汽缸间的密封，但汽缸的压力由外活塞1通过弹簧3传递给内活塞2；内活塞2将此压力经活塞肖6---连杆4---曲柄8而变成发动机的动力输出。所以虽然内活塞2结构及受力与单活塞(定容)发动机基本相似，但内活塞2基本上不承受高温作用(特别在采用强制油冷却时)，和承担汽缸密封，因而活塞的热变形小；同时便于采用合理受力结构以减少应力变形，从而极大地改善了结构复杂的内活塞的工作条件。在定容发动机中活塞外圆必须加工成椭圆形，及上小下大的锥形或其他复杂形状，至使加工难度大，活塞寿命短。而变容发动机的双活塞结构中，上述问题几乎不存在，外活塞1由于可采用简单的圆柱结构，因而加工容易；加之在往复运动时由于压缩、作功行程中交替存在的侧面压力，会使外活塞1发生自转，这样可使外活塞1的磨损均匀化，有效地延长了活塞寿命，而定容发动机活塞的偏磨是不可避免的。

下面进一步讨论功能参数及结构特征间的关系：

从图3可以看出外活塞1与内活塞2之间的最大的轴向间隙是l₀，为了使排气行程终点时能将废气尽可能多的排出，外活塞顶面101位于汽缸最高位置(由于排气终点汽缸内气压约等于大气压，外活塞1在弹簧3的作用下与内活塞顶部21间相距为最大间隙是l₀)；而在压缩终点处又必须控制外活塞顶部与汽缸盖之间的空间予设的压缩比(ε)范围，由于此时汽缸内的气压为P_C，则作用于外活塞2上的气体压力：

F_C＝P_C*S(S-外活塞顶面积)

此F_C力压缩弹簧3使外活塞2下降l₂距离，

l₂＝F_C/K₂＝P_C*S/K₂(K₂——弹簧3此段的刚度)

即使外活塞顶面101与汽缸盖10之间形成的空间容积V_C，符合在设定的压缩比ε下燃烧室的空间容积要求。如：取压缩比为ε，ε＝V_C/V₀(V₀——汽缸总容积V_o定义为：在压缩行程下止点处，外活塞1顶面以上的汽缸容积)。设弹簧3此段的刚度为K₂，则可以解出：

K₂＝ε(S*P_C/V₀)

如前所述，为达到适当减慢燃烧速度，以降低燃烧峰值气压P_m及减慢燃气压力P上升速度的目的，则要求外活塞1在燃烧气压p₃作用下继续下降l₃以适当扩大燃烧空间，由于P_m≥P_C，为不使燃烧条件变化过大而影响正常燃烧过程，必须控制l₃值的大小，一般可取l₃≤l₂，即此时弹簧3的刚度：K₃≥K₂(P_m/P_C)

从结构上讲，这表明弹簧3必须具有变刚度特征，如采用螺旋弹簧与多片蝶形弹簧套装来满足上述要求，如图8(I)所示，此外也可以采用锥形弹簧、不等距弹簧来满足上述要求，如图8(II、III)所示。

图5是外活塞1的结构示意图.由于其上无活塞肖孔，因此气环槽102距顶面106及相互间距离可以更远一些，这可以减少经活塞环切口的泄流量及热变形量。其头部104(气环槽102以上部分)直径略小于裙部直径，以补偿接触高温引起的热变形，其顶面101形状主要决定于汽缸盖设计(燃烧室结构、气阀布置，火花塞位置等)，图6是一种对称倾斜气门、中置火花塞的一种半球形燃烧室布局。为使废气尽可能排尽，外活塞1在排气终点十分贴近汽缸盖，为避免气门与外活塞顶面101相碰，在顶面101上加工出与气门数相同的避阀坑111，如图6所示。

外活塞1顶部内表面106中部有冷却润滑液分流锥108及导流弧面109，以使由连杆小头43喷出的润滑油能很好地冷却外活塞1的整个顶部内表面106，防止外活塞顶面101的温升过高。为提高冷却效果内表面106可用喷砂处理，以使其表面粗糙。内表面106在对应于接触弹簧3位置应是平面，以便与弹簧3的上表面良好的接触。外活塞内孔107下端有槽105用以安装弹性卡环7，以阻止内活塞2从外活塞内孔107中脱出。可以看出由于活塞肖不与外活塞1相连，因而外活塞1可以制成厚度均匀的轴对称结构，这样避免了因质量分布不均而引起的不均匀热变形，即不必将外圆面104，109加工成椭圆形，这样使外活塞的加工变的简单容易，即显著地降低加工成本，并且由于无不均匀热变形，使外活塞工作条件得以改善，不但有助于改善汽缸工作条件也减轻了磨损，延长了活塞及缸套的使用寿命，为减轻重量和减少精加工面，可将外活塞裙部109中间部分直径减小。

图7是内活塞2的结构图，可以看出内活塞2与常规活塞有一个很大的不同：是内活塞2的采用轴向开放式结构，这是由于内活塞2不接触汽缸内的高温，高压气体，这使得内活塞2的结构的设计和制造变的容易：通过设置加强筋29，使内活塞2的径向刚度得到很大提高，这可使内活塞2在传递动力时的侧向压力引起的不均匀变形减至很小；同时由于内活塞2离高温气体，而且又采用强制喷油冷却润滑故使热变形也减小，从而使内活塞2的外圆面25也不用加工成椭圆形，这不但简化了加工，而且也提高了内、外活塞的配合精度。凹槽22是用以安装弹簧3，其底部或侧面的孔23是上述冷却外活塞1内表面的润滑油的回流通道。由于内活塞温开较小，活塞肖座23上的活塞肖孔27的直径略小于活塞肖6外圆直径，因而活塞肖6是紧压在活塞肖孔27中的，从而可以有效延长内活塞的寿命。外圆缩颈211是为收集从外活塞1的油环槽103中刮下来的润滑油，并经孔212回流到油池中，下部的缩颈是为了减少精加工面及改善内外活塞的配合精度而加工。

总上所述可以看出本变容发动机的内，外活塞结构与定容发动机活塞在结构上有很大差异，其结构及加工工艺性有很大改善，

可以看出采用弹性双活塞变容发动机有如下优点：

1.减少废气残留量，增加进气量，使废气残留比大大降低，充气效率显著增加，使发动机的燃烧状况得以改善，并可以将压缩比ε提高到12或更高，从而提高了发动机效率；燃油经济性及尾气排放均得到改善；

2.由于进气行程具有增压作用，加之有效输出转矩增加，因而提高了升功率比，在相同功率输出条件下，减轻发动机重量，从而进一步降低油耗。

3.由于作功行程时发动机结构受力改善，则可以减小内活塞、活塞肖、连杆、轴承、曲轴、机体的结构尺寸，从而使发动机轻量化，更有利于进一步减小整车的燃油消耗。

4.由于弹性活塞系统具有的的缓冲、吸能作用，使气缸内燃气压力上升不致过快，因而使发动机工作更平稳，使发动机工作状态得到进一步改善.

5.由于内，外活塞的工作条件有很大改善，使其结构工艺性也有很大改善，从而降低了制造成本，延长了使用寿命。

总之变容发动机从原理到结构与定容发动机相比都有很大的变化和改进，值得进一步研究和推广。

Claims

1.一种变容发动机，由汽缸、汽缸盖及其上的进排气机构、火花塞、活塞、连杆、曲轴等组成，其特征在于：其活塞由外活塞及内活塞组成，外活塞上安装有活塞环；内活塞中带有活塞肖孔、活塞肖及与其相配合的连杆；外活塞内孔直径略大于内活塞外圆直径；外活塞顶面内壁用弹性元件支撑在内活塞上。

2.根据权利要求1所述的变容发动机，其特征在于：在所述外活塞内孔下端制有环槽，槽内装有弹性卡环，卡环内圆直径小于内活塞外圆直径。

3.根据权利要求1所述的变容发动机，其特征在于：所述弹性元件可以是一个或多个螺旋弹簧、蝶形弹簧、锥形弹簧、不等距弹簧等或其组合；也可以是不少于两个相互套合的弹簧组。

4.根据权利要求1所述的变容发动机，其特征在于：所述外活塞形状呈径向对称结构，其顶面内壁中央有突起的冷却润滑油分流锥体及相连的导流弧面。

5.根据权利要求1所述的变容发动机，其特征在于：所述内活塞的顶面是不封闭的，内活塞上的两活塞肖孔座侧面之间及侧面与内活塞内孔壁之间均有筋板连接；内活塞上的活塞肖孔直径略小于活塞肖直径。

6.根据权利要求5所述的变容发动机，其特征在于：所述内活塞外圆面上部制有导油槽，在导油槽下部制有与内孔相通的回油孔。

7.根据权利要求5所述的变容发动机，其特征在于：所述内活塞顶板上制有弹簧定位孔，在孔的底部或侧壁上制有冷却润滑油的回流孔。