一种可变油腔活塞和具有该可变油腔活塞的发动机的制作方法

1.本发明涉及发动机设备技术领域，具体涉及一种可变油腔活塞和具有该可变油腔活塞的发动机。


背景技术：

2.如今，发动机的排放、可靠性要求日趋严格，同时追求最优配置下的经济性。高质量的燃烧性能是降低发动机排放的有效途径，可变压缩比发动机可以增加调整空燃比的维度，实现更大范围的最优燃烧条件，从而降低燃油耗和排放。但同时，高质量的燃烧性能会加剧发动机的高温和高压环境，需要在此前提下稳定实现发动机的可变压缩比。
3.因此，如何提供一种在保证冷却的前提下稳定实现发动机可变压缩比的结构是本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种可变油腔活塞和具有该可变油腔活塞的发动机，可在确保冷却的前提下稳定实现发动机的可变压缩比，提升发动机性能。
5.为实现上述目的，本发明提供一种可变油腔活塞，用以设置在发动机内部，包括活塞顶和安装在活塞顶下方的活塞裙，活塞顶和活塞裙之间设置有油腔和用以保证配合间隙的弹簧；
6.油腔连通有油管，油管用以传输冷却油冷却油腔；活塞顶与活塞裙可通过进行相对趋近和相对远离的运动，改变油腔的容积，从而实现发动机的可变压缩比。
7.可选地，油腔设置为环形，油管对称连通在油腔的两端。
8.可选地，活塞顶和活塞裙之间夹设有密封装置，密封装置用以防止油腔漏油。
9.可选地，油管包括：进油管和出油管，进油管和出油管均与油腔连通。
10.可选地，进油管与出油管上均设置有单向阀。
11.可选地，进油管与出油管的底端均与油箱连通，进油管的底端设置有滤油器。
12.本发明还提供一种发动机，包括上述任一项的可变油腔活塞，可变油腔活塞设置在发动机内部。
13.相对于上述背景技术，本发明包括设置在发动机内部的可变油腔活塞，可变油腔活塞包括活塞顶和活塞裙，上述活塞顶设置在活塞裙上方且二者之间设置有弹簧，装配之后弹簧处于压缩状态，从而保证上述活塞顶与上述活塞裙之间存在一定的配合间隙；上述活塞顶部分凹陷配合上述活塞的部分凸起，在二者之间形成油腔，且油腔连通有油管，油管用于向油腔输送冷却油。在服役状态下，活塞顶的顶面受到发动机缸内气压以及自身的惯性力，加之弹簧压缩产生的弹力，上述几个力相互作用，即可实现活塞顶与活塞裙之间进行相对趋近和相对远离的运动，从而改变上述油腔的容积，最终通过简单稳定的可变油腔活塞实现发动机的可变压缩比，与此同时，上述油管向油腔内部持续循环输送冷却油，防止油腔因压缩做功过热，最终提升发动机的性能。
14.本发明提供的具有上述可变油腔活塞的发动机，具备上述有益效果，本文不再展开。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
16.图1为本发明实施例所提供的可变油腔活塞的结构示意图；
17.图2为本发明实施例所提供的活塞顶的结构示意图；
18.图3为本发明实施例所提供的活塞裙的结构示意图；
19.图4为本发明实施例所提供的可变油腔活塞外部连接油箱的结构示意图。
20.其中：
21.1-活塞顶、2-活塞裙、3-螺栓、4-弹簧、5-油腔、6-油管、61-进油管、62-出油管、7-密封装置、8-单向阀、9-油箱、10-滤油器。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
24.参考说明书附图1，附图1为本发明实施例所提供的可变油腔活塞的结构示意图，包括：设置在发动机内部的可变油腔活塞，可变油腔活塞包括活塞顶1和活塞裙2，上述活塞顶1通过竖直设置的螺栓3设置在活塞裙2上方，上述螺栓3的外部套设有弹簧4，装配之后弹簧4处于压缩状态，从而保证上述活塞顶1与上述活塞裙2之间存在一定的配合间隙；上述活塞顶1部分凹陷配合上述活塞裙2的部分凸起在二者之间形成油腔5，且活塞裙2内部贯穿设置有用于给上述油腔5传输冷却油的油管6；上述油管6用于向油腔5内部传输冷却油，冷却上述可变油腔活塞，提高可变油腔活塞的可靠性；并且，上述油管6与油腔5之间配合形成的冷却结构取代了现有技术中的发动机喷油冷却装置，降低了发动机运行过程中的能量损耗，从而提升发动机的净功率和功率重量比。
25.在服役状态下，上述活塞顶1的顶面受到发动机缸内气压以及自身的惯性力，加之弹簧4压缩产生的弹力，上述几个力相互作用，即可实现活塞顶1与活塞裙2之间往复进行相对趋近和相对远离的运动，从而改变上述油腔5的容积，最终通过可变油腔活塞实现发动机的可变压缩比。总体来看，此结构通过可变油腔活塞实现了发动机可变压缩比，即增加了发动机调整空燃比的维度，实现了更大范围的最优燃烧条件，从而降低了发动机的燃油消耗和排放；与此同时，可变油腔活塞结构也是自动泵送冷却油的冷却结构；自动泵油冷却结构取代了现有技术中外置喷油系统的做法，消除了原本外置喷油系统带来的配件多、成本高、
故障率高、捕集率低等缺点；并且，降低了发动机原本用于冷却的功率损耗，从而提升发动机的净功率和功率重量比；本技术提供的可变油腔活塞结构集成上述优点为一体，使用价值显著。
26.上述活塞顶1与活塞裙2之间不仅限于使用螺栓3连接，根据需求，任意满足稳固安装条件且可在其外部套设弹簧4的连接件均可实现同等效果，此处不再过多举例。
27.进一步地，参考说明书附图2和附图3，附图2为本发明实施例所提供的活塞顶的结构示意图；附图3为本发明实施例所提供的活塞裙的结构示意图，包括：上述活塞顶1部分凹陷配合上述活塞裙2的部分凸起在二者之间形成环形的油腔5，环形油腔5易于冷却油的流通且利于冷却油冷却活塞；上述油管6对称设置在环形油腔5对称的两端，一侧的冷却油进入将流经环形油腔5的两侧通路，最终回流进入另一侧的端口，使整体油腔5的冷却效果均匀完整。
28.上述油腔5不仅限于设置为环形，根据需求可任意选择油腔5的腔体形状，均可实现上述效果即可。
29.上述油管6不仅限于对称连通在油腔5两端，根据需求可更换油管6的设置位置和设置数量，只需要保证可实现油腔5的冷却即可，本文不再过多举例。
30.进一步地，上述活塞顶1和活塞裙2配合的侧壁上夹设有密封装置7，上述密封装置7设置在油腔5的两侧防止油泄露，避免冷却油浸入配合间隙之中，保证油路流向固定，稳定冷却油腔5。
31.上述配合间隙预留配合间隙决定了油腔5容积可变的阈值，预留配合间隙由弹簧4的初始压缩弹力决定。初始状态下，弹簧4的初始压缩弹力要大于活塞顶1的重力。
32.发动机瞬态压缩比εs与活塞瞬态压缩高有关，活塞瞬态压缩高与瞬态缸内压力pq、活塞瞬态加速度a、油腔5机油瞬态压力py有关：活塞瞬态压缩高hs＝f(pq,a,py)；发动机瞬态压缩比εs＝f(hs)。
33.进一步地，上述油管6包括；进油管61和出油管62，进油管61和出油管62均与上述油腔5连通。在服役状态下，上述进油管61首先泵油进入油腔5一端，流经整个油腔5内部进行冷却，最终从出油管62中被泵出；在服役状态下，上述过程往复循环进行，保证冷却油持续流通。现有技术中采用外置喷油系统对活塞头部进行喷油冷却，喷油嘴喷射至活塞内冷油腔的补给率较低，因此存在配件多、成本高、故障率高、捕集率低等问题，同时冷却效果不佳。相比之下该发明利用了简单稳定的结构实现了活塞冷却，降低了成本和故障率，并保证了抗干扰性。
34.进一步地，上述进油管61和出油管62上均设置有控制冷却油定向流通的单向阀8，上述单向阀8在发动机服役状态下持续工作，保证冷却工作持续进行。当活塞冷却油腔5容积变大时，上述进油管61的单向阀自动打开，进油管62的单向阀自动关闭，实现从油箱9中自动吸油进入活塞冷却油腔5；同理，当活塞冷却油腔5容积变小时，上述进油管62的单向阀自动打开，进油管61的单向阀自动关闭，实现从活塞冷却油腔5挤出油回油箱9。
35.进一步地，参考说明书附图4，附图4为本发明实施例所提供的可变油腔活塞外部连接油箱的结构示意图，包括：上述进油管61和出油管62的底端连通有油箱9，其中进油管61的底端入口安装有滤油器10，上述滤油器10用于保证进油的质量。
36.本技术还提供了一种发动机，包括上述的可变油腔活塞，可变油腔活塞设置在上
述发动机内部，发动机的设置方式和使用方法可参考现有技术，本文将不再赘述。
37.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
38.以上对本发明所提供的可变油腔活塞和具有该可变油腔活塞的发动机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种可变油腔活塞，用以设置在发动机内部，其特征在于，包括活塞顶和安装在所述活塞顶下方的活塞裙，所述活塞顶和所述活塞裙之间设置有油腔和用以保证配合间隙的弹簧；所述油腔连通有油管，所述油管用以传输冷却油冷却所述油腔；所述活塞顶与所述活塞裙可通过进行相对趋近和相对远离的运动，改变所述油腔的容积，从而实现所述发动机的可变压缩比。2.根据权利要求1所述的可变油腔活塞，其特征在于，所述油腔设置为环形，所述油管对称连通在所述油腔的两端。3.根据权利要求2所述的可变油腔活塞，其特征在于，所述活塞顶和所述活塞裙之间夹设有密封装置，所述密封装置用以防止所述油腔漏油。4.根据权利要求3所述的可变油腔活塞，其特征在于，所述油管包括：进油管和出油管，所述进油管和出油管均与所述油腔连通。5.根据权利要求4所述的可变油腔活塞，其特征在于，所述进油管与所述出油管上均设置有单向阀。6.根据权利要求5所述的可变油腔活塞，其特征在于，所述进油管与所述出油管的底端均与油箱连通，所述进油管的底端设置有滤油器。7.一种发动机，其特征在于，包括上述权利要求1-6任一项所述的可变油腔活塞，所述可变油腔活塞设置在所述发动机内部。

技术总结
本发明公开了一种可变油腔活塞和具有该变油腔活塞的发动机，变油腔活塞设置在发动机内部，包括：活塞顶和活塞裙，活塞顶设置在活塞裙上方且二者之间设置有弹簧，装配之后弹簧处于压缩状态，从而保证活塞顶与活塞裙之间存在一定的配合间隙；上述活塞顶部分凹陷配合上述活塞的部分凸起，在二者之间形成油腔，且油腔连通有油管，油管用于向油腔输送冷却油。在服役状态下，活塞顶的顶面受到发动机缸内气压以及自身的惯性力，加之弹簧压缩产生的弹力，几个力相互作用，即可实现活塞顶与活塞裙之间进行相对趋近和相对远离的运动，从而改变上述油腔的容积，最终通过简单稳定的可变油腔活塞实现发动机的可变压缩比，提升发动机的性能。提升发动机的性能。提升发动机的性能。


技术研发人员：赵喆 黄祖东 代凌峰 谭清雅 余中荣 胡忆明
受保护的技术使用者：湖南江滨机器（集团）有限责任公司
技术研发日：2021.12.03
技术公布日：2022/3/8