[发明专利]内燃机改进型可变压缩比活塞

说明书

技术领域

本发明涉及对公开号为CN101900056A、发明名称为内燃机可变压缩比活塞的优化设计，具体地指一种内燃机改进型可变压缩比活塞。

背景技术

气缸压缩比对内燃发动机的性能有较大影响。可变压缩比技术是指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。目前，按照压缩比随发动机工况变化的响应速度划分，可变压缩比技术主要有以下两类：

一、压缩比随发动机工况缓慢变化的状况

压缩比随发动机工况较缓慢变化的典型例子包括：1、萨博(SAAB)公司在2000年开发的一款可变压缩比发动机，其压缩比能在8～14之间连续调节。这种发动机分离了气缸盖与机体，通过改变气缸头与引擎本体的相对倾斜角度，使活塞位于上止点时燃烧室容积发生变化，从而改变发动机的压缩比。2、法国MCE-5发动机和德国FEV公司的VCR发动机，其采用曲轴偏心机构，使曲轴中心与气缸盖的相对位置发生改变，从而抬高或降低活塞上止点的位置，达到改变压缩比的目的。3、Gomecsys公司提出的一种移动曲柄销以改变上止点位置时活塞冲程的可变压缩比技术，这种技术的核心是改变曲柄销位置的偏心机构，它用环形齿轮驱动偏心机构来实现压缩比的改变，其工作原理与FEV公司的VCR发动机相似。4、Ford汽车公司提出了一种通过第二气门机构实现压缩比改变的设想，这种设想是在气缸盖上另外增加一个气门用于调节余隙容积，该气门用液压或者其他方式控制，配合电控单元以实现发动机压缩比随负荷的改变。5、瑞典Lurd学院提出的第二活塞机构与Ford汽车公司的第二气门机构有异曲同工之意，只是将气门换作一个活塞，以改变缸内的余隙容积。6、日产公司设计了一种四连杆机构以实现气缸压缩比的改变，此外美国专利申请US6705255提出了一种可以改变内燃机压缩比的曲轴、US6679203提出了一种可以改变内燃机压缩比的液压装置、US6668768提出了一种可以改变内燃机压缩比的连杆装置、US6510821提出了一种内燃机可变压缩比装置，这类装置大多设有一个偏心连接部位，可以反馈活塞对连杆的不同冲击力，并通过控制活塞行程来改变气缸压缩比。但是，以上这些可变压缩比技术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，由于其压缩比随发动机工况变化较为缓慢，一般仅能用于船舶等大型发动机，并不适用于汽车等发动机工况变化较快的场合。

二、压缩比随发动机工况快速变化的状况

压缩比随发动机工况较快速变化一般是通过改变气缸内活塞高度实现的。密歇根大学提出了一种缸内压力激励活塞，该活塞结构允许活塞头部根据缸内压力而自行偏转，随着活塞头部的偏转，缸内的余隙容积也随之增大，这样缸内的有效压缩比就会下降，缸内的爆发压力也就随之下降。公告号为CN2718232Y的中国实用新型专利说明书提出了一种内燃机弹性活塞，其将活塞分为活塞顶和活塞体两部分，在活塞顶和活塞体之间的空腔内布置弹性元件，通过活塞顶感受缸内的压力，当压力大于弹性元件的预紧力时，弹性元件变形使活塞高度减少，从而实现缸内压缩比的改变。此外，英国内燃机研究协会(BICERA)和中国奇瑞汽车股份有限公司提出的可变压缩比活塞都是将活塞分为上、下两部分，在上、下两部分之间的空腔内充入高压油，通过液压补偿或者液压与弹簧的组合方式来改变压缩比。以上可变压缩比技术的关键在于液压变形机构和/或弹性变形元件的结构设计，该结构应满足在气缸内压力未达到预紧力时其刚度较大，而在气缸内压力超过预紧力之后其刚度能够迅速下降，即具有较快的弹性变形能力。针对液压变形机构而言，由于发动机实际燃烧时的压力很高，这给液压机构及其控制系统提出了很高的要求，现有液压机构存在结构复杂、高温密封性能较差、使用寿命较短、响应速度较慢等缺陷，导致活塞变形后的快速复位较为困难。针对弹性变形元件而言，现有的弹性变形元件往往采用普通的压簧，而普通压簧的刚度是无法随气缸内负荷状况而迅速发生较大变化的，并且在活塞上、下两部分之间的狭小空间内布置一个承受巨大气体压力的压簧，对其性能要求是非常高的，目前也未见能够满足上述要求的压簧，可见弹性变形元件的选取同样也很困难。

本申请人在公开号为CN101900056A的中国发明专利申请公开说明书中介绍了一种内燃机可变压缩比活塞，其较好地解决了现有可变压缩比活塞中弹性变形元件所存在的缺陷，其压缩比能够随发动机工况作快速适应性变化，但它仍然有继续优化设计的必要。

发明内容