阅读说明：本技术 一种可变压缩比的组合活塞 (Combined piston with variable compression ratio ) 是由 唐为民 于 2020-03-20 设计创作，主要内容包括：一种可变压缩比的组合活塞,它通过相对于活塞本体可以上下移动的活塞盖,改变在最大燃烧压力下燃烧室的容积,从而达到调控最大燃烧压力的目的。与本活塞匹配使用的还有按全密封原理设计的封气环和可以直接形成润滑油膜的布油环。在活塞内部还设有润滑、冷却油路。因此,使用本发明的组合活塞的发动机,适用更高的压缩比,热效率高,燃油耗、机油耗、排污值低,工作寿命长,可望与发动机等寿命。(A combined piston with variable compression ratio features that the piston cover can move up and down relative to piston body to change the volume of combustion chamber under maximal combustion pressure, so regulating the maximal combustion pressure. The piston is matched with an air sealing ring designed according to the full-sealing principle and an oil distributing ring capable of directly forming a lubricating oil film. And a lubricating and cooling oil path is also arranged in the piston. Therefore, the engine using the combined piston is suitable for higher compression ratio, high in heat efficiency, low in fuel consumption, engine oil consumption and pollution discharge value, long in service life and capable of being used as an engine and the like.)

一种可变压缩比的组合活塞

所属技术领域：

本发明的可变压缩比的组合活塞，适用于往复活塞式自然吸气或增压发动机。

背景技术：

压缩比是发动机的一个重要结构参数，提高压缩比可提高发动机的热效率，但压缩比的提高受到最大燃烧压力的约束。因此，利用可变压缩比技术，调控最大燃烧压力，将最大燃烧压力降到安全使用范围内，就有可能采用更高的压缩比，获得更高的热效率。

发明内容

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本发明的可调控最大燃烧压力的技术方案是提供了一种组合活塞，它通过在最大燃烧压力下可移动的活塞盖，改变燃烧室的容积，从而达到调控最大燃烧压力的目的。同时，为了降低活塞组件在实际运行中的热负荷，运行阻力，降低燃油耗、机油耗和排污值，提高发动机的工作寿命，本发明的组合活塞匹配使用了两项专利，一项是按全密封原理设计的组合气环(专利申请号：ZL201810774351.6)，另一项是可以直接形成工作油膜的布油环(专利号：ZL201520195817.9)，与上述专利配套使用的是在组合活塞内部设有润滑和冷却油路。

本发明的组合活塞的活塞盖，主要有三个功能。1、它以弹性支承置于组合活塞的本体之上。由于它的位移量直接导致燃烧室的容积在活塞排量不变的情况下，由一个小的燃烧室容积变成一个相对较大的燃烧室容积，从此时可能产生最大燃烧压力的最大压缩比变成一个实际更小的压缩比，最大燃烧压力相应降低，从而规避了由最大燃烧压力可能造成的各种不利影响，实现调控最大燃烧压力的主要目的。由于发动机，特别是做为移动工具的发动机，在最大功率的情况下，运转的时间较少，一般持续的时间也不长，所以在将最大燃烧压力降至一个安全使用范围的前提下，采用更高的压缩比，更有利于发挥发动机的综合效能。另外，一方面，支承活塞盖的弹簧，在最大压缩压力下不会产生压缩变形，只有在燃烧压力大于最大压缩压力后才依据实际的燃烧压力产生相应的压缩变形，直至达到最大燃烧压力，活塞盖被压缩到与活塞本体重叠到一起。组合活塞的这种实际工作状态，使发动机始终在一个高的压缩比下工作，输出功率高。另一方面，支承弹簧还起储能作用。当支承弹簧被最大燃烧压力压缩后，其最大燃烧压力的一部分压力能就存储在支承弹簧中，这部分存储的能量，在活塞的膨胀行程中又被释放出来，这等于是增长了活塞的等压膨胀过程，从而增加了发动机的循环效率。2、活塞盖上设锥顶，锥顶将统一式燃烧室变成环形燃烧室。燃烧中心被分散，最高工作温度相对较低。同时，由于火焰的传播距离短，整个燃烧过程可在上止点后一个更小的曲轴转角内完成，因而热效率高，生成NOx的量少。3、活塞盖对活塞本体有屏蔽保护作用，它能够有效地阻止燃烧室的高温燃气通过直接接触的形式将大量的热量传给活塞本体，加之活塞体内设有冷却油腔，这些技术措施使活塞组能够在一个更加安全的温度场下工作，活塞组的气密性和布油性能更好。当发动机在低负荷运转时，活塞盖与支承弹簧呈轻度接触，通过活塞盖下传的热量小，对冷起动和低速运转有利。随着负荷的增加，活塞盖、支承弹簧和活塞本体之间压得越紧，直接接触的面积增加，传出的热量相应增加，加之活塞盖内设有冷却油腔，所以活塞盖用耐热性更好，强度更高的钢材制作，不会有过热之忧。

本发明的组合活塞所配用的组合气环，它用全密封原理取代了传统活塞的多环迷宫式节流密封原理，有效地改善了一环的润滑条件，保持了油膜润滑的均匀性、连续性，根除了在环口处存在的干摩擦和半干摩擦现象，封气性好，活塞的漏气量少，不仅提高了发动机的功率，还有效地减轻了泄漏气体对机油的重度污染，显著地提高了机油的润滑质量，大幅度地延长了机油的更换周期。本发明配用的组合气环，封气性能优越，可以实现一环封气，活塞组的结构尺寸和往复惯性质量大幅降低，加之有良好的润滑条件相配合，活塞组的摩擦损失与传统活塞比较，也将大幅降低。本发明的组合活塞的润滑，冷却条件好，配用的组合气环在磨损后有一定的自补偿功能，所以使用本发明的组合活塞，可望取得与发动机等寿命的理想效果。

本发明的组合活塞配用的布油环，用它取代刮油环，利用活塞的往复运动，在活塞和气缸壁之间直接形成保证活塞组正常运行的润滑油膜，不仅根除了传统发动机存在的窜机油烧机油现象，而且润滑质量更好，活塞组的运行阻力更低。在此基础上，还可进一步优化油膜厚度，从而大幅度降低机油耗和由机油耗损造成的排污值和颗粒物。

附图说明：

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明的组合活塞做进一步说明。

图1是本发明的可变压缩比的组合活塞的主视图，表达其结构形式。

图2是活塞盖的仰视图。

图3是通过回油槽孔22轴线的剖视图。

图4是冷却活塞顶锥的油路。

图标说明：

1、可变压缩比的组合活塞；2、活塞盖；3、碟形弹簧；4、支承垫；5、活塞上体；6、轴向溢气孔；7、径向溢气孔；8、布油环道回油孔；9、活塞下体；10、环形冷却油腔；11、活塞杆；12、中心油管；13、机油流向标；14、环形回油道；15、分油管；16、环形冷却油腔的进油孔；17、布油环道进油口；18、下组合气环；19、布油环；20、布油环道；21、上组合气环；22、环形冷却油腔的回油槽孔；23、活塞盖内置冷却油腔；24、喷油口。

具体实施方式：

如图1所示，本发明的可变压缩比的组合活塞1，由活塞盖2、活塞上体5和下体9、活塞杆11、中心油管12、分油管15、一至数个碟形弹簧3、支承垫4、布油环19、上下组合气环21和18组成。它的活塞上体5以螺纹将活塞下体9和活塞杆11连接成一体，并在活塞上下体内组合成环形冷却油腔10。它的活塞盖2通过碟形弹簧3和支承垫4支承在活塞上体5的顶上，活塞盖2在气缸压力的作用下，产生的位移量等于碟形弹簧的变形量。当燃烧压力大于活塞的最大压缩压力后，碟形弹簧依据实际的燃烧压力产生相应的压缩变形，直至达到最大燃烧压力，如图2所示，碟形弹簧迭入活塞盖2的配对凹坑中，活塞盖2被压缩到与活塞上体5的上顶面重叠到一起。由于活塞盖的位移使燃烧室的容积由小变大，燃烧室的压力相应降低，从而达到调控最大燃烧压力的目的。支承垫4是由铜和石墨粉制做的圆垫，起向下传热和减磨的作用。它的分油管5依次穿过活塞下体一侧的布油环槽，将活塞下体9、活塞杆11、活塞盖2、中心油管12串成一体，并搭接到活塞下体的另一侧上。上述组合件与布油环19、上下组合气环21和18一起，在如图1所示的组合装配状态下，在活塞内部分别形成润滑油道和冷却油道。起润滑和冷却双重作用的机油从中心油管12引入组合活塞1，然后通过分油管15分成几路。一路进入润滑油道，机油从布油环道的进油孔17进入布油环环背的布油环道20，在流往布油环道回油孔8的过程中，给布油环19供油布油，布油环19通过活塞的往复运行，在活塞与气缸壁之间直接形成保证活塞组件正常工作的工作油膜。多余的机油经布油环道回油孔8流入环形冷却油腔10，成为冷却活塞的总机油量的一部分。对于卧式发动机，布油环道的进油孔17和回油孔8一般布设在直径方向的两端，并且进油孔17布设在垂直于地面的下端方向。进入环形冷却油腔10的机油，除润滑油路的回油外，还通过环形冷却油腔的进油孔16进油，环形冷却油腔10内的机油在对上下活塞体和活塞环区进行冷却后，经由图3所示的环形冷却油腔的回油槽孔22回油，其中回油的一部分进入活塞盖2的内设冷却油腔23，对活塞盖2进行冷却。最后，全部回油通过中心油管12和活塞杆11之间的环形回油道14流回曲轴箱。对于带有中心锥体的活塞盖，因位于活塞中心，工作温度高；同时，对于移动式发动机，因活塞的工作不是固定在水平位置，故可按图4专辟一冷却油路，通过喷嘴24喷射机油，从活塞盖2的内腔对锥体进行冷却。机油的流动方向由机油流向标13标示。鉴于活塞组在运行过程中，总是存在工质的泄漏现象，并且在磨合期和封气环有较大磨损后，泄漏量更大，为了保证布油环的布油控油效果，使机油不被污染或泡沫化，在布油环19和上下组合气环21和18之间的环岸上钻有径向溢气孔7，并与通向活塞上体5顶部的轴向溢气孔6相通。