一種用於可變壓縮比和點火位置的汽缸頭的製作方法

2023-06-26 10:38:21 2

本發明涉及汽油發動機，特別是指一種可以根據發動機負載和轉速而改變壓縮比例和點火位置的發動機。

背景技術：

發動機的壓縮比是指做功活塞在汽缸內的行程與燃燒室的比例，壓縮比越高，燃燒效率越好。但是壓縮比越高，發動機的爆震越高，汽缸、活塞越容易敲缸而磨損。尤其是在高負載情況下，發動機的動力反而出現下降。

隨著汽油的標號越做越高，辛烷值的提高就是為了降低因壓縮比高而產生的爆震，但是，其效果有限，其壓縮比以馬自達的創馳藍天技術的發動機其壓縮比也只能控制在13:1，當然同等發動機因地域汽油的提煉和製作工藝也導致創馳藍天技術的發動機供給歐盟國家的壓縮比提高到14:1的高壓縮值，甚至在18年要達到18:1的超高壓縮比以實現壓燃。

而現有為了防止爆震的加劇，通常的做法是在缸頭處安裝爆震傳感器，當CPU檢測到發動機產生爆震後，通過修正點火時間來降低爆震的繼續，然而，爆震已經是發生，現有的手段只是把它控制防止加劇。

經檢索發現，可變壓縮的專利授權量最多的為發明人：維亞內·拉比的電磁閥、螺杆、凸輪等20來件的相關申請；以及日產自動車的10幾件相關申請尤其涉及改變做功活塞的上行位置；和豐田自動車的50幾件相關申請尤其涉及改變膨脹比來減少燃油消耗；福特環球技術公司的2件發明授權主要是以改變連杆長度來實現壓縮比的變化，雖然在這麼多的專利中，該專利的最為簡單，成本也是最低，但是，這樣的設置連杆的受力將是最大的考驗，並且壓縮比的變化是受溫度的變化而變化，實用性不高；而本田公司的6件相關申請也因實用性或其它原因而放棄持有權；奇瑞公司的3件相關專利，其中活塞頭部的位置來實現壓縮比的變化也是比較實用，但是，活塞重量的增加將使慣性力增加，致使動力下降和油耗上升；吉利的2件發明授權與日產改變連杆帶動活塞的位置有著異曲同工之妙。

以上現有技術中壓縮比是隨著轉速和溫度的變化而變化，而不能隨負載變化而變化，更重要的是，火花塞在燃燒室的位置被固化，火花塞的點火時間雖然可以收發動機的轉速而產生一定的變化，但是，火花塞在燃燒室內的位置卻不能變化。因而，迫切需要一種能夠隨著發動機的不同負載和不同轉速的工況下自動調節壓縮比，並根據油門踏板或油門轉把的瞬間加大對壓縮比進行降低和對點火時間進行退後，同時，也需要在不同壓縮比狀態下，火花塞在燃燒室內的點火位置也能跟隨變化，以實現發動機的效能最大化。

技術實現要素：

本發明提出一種可變壓縮比發動機，解決了現有技術中不同發動機負荷的統一壓縮比和點火位置問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種用於可變壓縮比和點火位置的汽缸頭，其特徵是，所述汽缸頭包括一液壓腔，所述液壓腔與一進油嘴和一洩流嘴連接，所述汽缸頭上開有一滑孔於，所述滑孔用於支撐柱的套入，所述支撐柱內設計至少一火花塞座孔，所述火花塞座孔用於安裝火花塞，從而提高燃油的燃燒效率來提升發動機的功率與動力。進而有效延長搖臂、凸輪軸、時規鏈的使用壽命。

進一步地，其中所述最大壓縮比超過20。

進一步地，其中在發動機啟動運轉時，所述壓縮比低於7.8：1。

進一步地，其中在發動機低速運轉時，所述壓縮比低。

進一步地，其中所述發動機速度越高，則所述壓縮比越高。

進一步地，其中發動機負載瞬間過大時，所述壓縮比低。

進一步地，其中隨著所述發動機負載逐漸變低，所述壓縮比逐漸增大。

進一步地，其中所述壓縮動作開始正時改變機構包括能夠控制可變壓縮活塞伸縮的機構。

進一步地，其中所述壓縮比高時，所述可變壓縮活塞沿汽缸方向伸出。

進一步地，其中所述壓縮比低時，所述可變壓縮活塞沿缸頭方向縮回。

進一步地，所述發動機負載瞬間過大時，點火時間由當前點火時間退後一定的時間。

進一步地，所述發動機負載逐漸變低時，所述點火時間逐漸提前，並逐漸恢復到當前點火時間。

進一步地，所述點火時間的調節，是基於油門位置與發動機轉速的比例。

進一步地，所述點火位置的變化跟隨著壓縮比的變化而變化。

有益效果：

1. 解決了現有技術中壓縮比不能隨負載變化而變化。

2. 壓縮比和點火時間同步工作，將爆震控制在發生之前而不是發生後的防止加劇。

3. 點火位置的變化跟隨著壓縮比的變化而變化，其所產生的作用將實現不同位置對可燃混合氣的點燃作用，協助點火時間的工作，以滿足不同發動機負載和不同發動機轉速時的不同壓縮比與不同點火位置，從而提高燃油的燃燒效率來提升發動機的功率與動力。

4. 提高時規鏈、凸輪軸、搖臂和汽缸、做功活塞的使用壽命，尤其是減少搖臂與凸輪軸接觸面的抖動磨損，以及，做功活塞裙部的震蕩磨損導致支撐力不平衡，致使活塞環異常磨損機油上串而燒機油。

5. 延長蓄電池和啟動馬達的使用壽命。

6. 提高低速扭力，增加中高速功率，並降低燃油消耗。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明的可變壓縮活塞縮回時的處於停機或啟動狀態的超低壓縮比示意圖。

圖2為本發明的可變壓縮活塞伸出時的怠速狀態低壓縮比示意圖。

圖3為本發明的可變壓縮活塞伸出時的高壓縮比示意圖。

圖4為本發明的控制示意圖。

圖5為本發明汽缸頭的示意圖。

圖6為本發明可變壓縮活塞的示意圖。

圖7為密封環的疊合示意圖。

附圖符號說明：

100----汽缸頭

110--- 燃燒室

120--- 汽缸結合面

130----滑孔

200----進氣門

300----可變壓縮活塞

310----掃氣孔

400----密封環

410----滑槽

500----進油嘴

510----液壓腔

520----洩流嘴

530----洩壓閥

600----排氣門

810----火花塞

900----支撐柱。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

一種可變壓縮比和點火位置的發動機，其包括能夠改變機械壓縮比的可變壓縮比機構，和同所述伸縮機構同步做功的火花塞，並且使得發動機低負載運轉時的所述壓縮比與發動機中負載和高負載運轉時的壓縮比和點火位置完全不同，實現滿足不同發動機負載和不同發動機轉速時的不同壓縮比和點火位置。從而提高可燃混合氣的燃燒效率減少積碳，有效延長搖臂、凸輪軸、時規鏈的使用壽命。

其中，所述最大壓縮比超過20。壓縮比的變化，比如說6~20的壓縮比，則做功活塞在汽缸的行程與燃燒室的容積比例為6:1，尤其涉及在發動機的啟動瞬間，壓縮比低於正常工作的7.8:1以下時，啟動馬達的啟動負載將隨之降低最少30%以上，也就是對瞬間工作的啟動電流的降低，啟動馬達運轉後，其需要的啟動電流已經下降，只要藉助低電流就能保證啟動馬達的正常旋轉便能實現發動機的啟動轉速的要求，對蓄電池的啟動容量和電壓的要求也不會那麼苛刻，這樣更有利於延長蓄電池和啟動馬達的使用壽命。

進一步地，當發動機低速運轉時，所述壓縮比低，也就是說，啟動馬達正常運轉後發動機的第一要求就是將壓縮比調節至7.8:1~8:1的範圍內，以滿足發動機工作的正常壓縮比值。

進一步地，當所述發動機速度越高，則所述壓縮比越高，也就是說，隨著油門開度的增加，發動機的轉速在不斷的增加，則，發動機的另一要求就是將壓縮比從7.8:1調節至20:1甚至更高的範圍內，以滿足發動機最高轉速工作的高壓縮比值。在這當中，隨著油門在怠速狀態和高速狀態的不斷變化，發動機的再一要求就是將壓縮比從7.8:1到20:1甚至更高的範圍之間內變化，以滿足不同轉速對不同壓縮比的需求。

如圖1、2、3所示，其中，所述壓縮動作開始正時改變機構包括能夠控制可變壓縮活塞300伸縮的機構。可變壓縮活塞300的直徑越大，N伸出值越小，可變壓縮活塞300的直徑越小，N伸出值越大。所述可變壓縮活塞300的周邊開有至少一個環槽410和一從內面凸出一支撐柱900，支撐柱900內設計一火花塞座孔，所述火花塞座孔用於安裝火花塞810，所述支撐柱900插入汽缸頭100內，所述支撐柱900起到對可變壓縮活塞300與汽缸頭100運動時的相互垂直作用，防止可變壓縮活塞300受燃燒室110爆燃的壓炸力引起的可變壓縮活塞300傾斜。所述可變壓縮活塞300安裝在汽缸頭100燃燒室110的位置，所述可變壓縮活塞300與汽缸頭100之間所形成的空腔叫做液壓腔510，所述液壓腔510與一進油嘴500和一洩流嘴520連接，所述進油嘴500經油管與一電子油泵連接，所述洩流嘴520與洩壓閥530連接，所述電子油泵的工作油直接來自於發動機的潤滑油，電子油泵和洩壓閥的工作受車載ECU的控制而工作，所述進油嘴500向所述液壓腔510用於潤滑油的注入來實現可變壓縮活塞300的伸出，所述洩壓閥530將所述液壓腔510內潤滑油洩流到發動機內，其中，可變壓縮活塞300的縮回是當潤滑油洩流後，可變壓縮活塞300受做功活塞的壓縮汽體的推回而收縮，這樣的設計可以免去復位彈簧而實現可變壓縮活塞的回縮。可變壓縮活塞300伸出後，液壓腔510的壓力受電子油泵的轉子密封而保持。所述環槽用於安裝密封環400，所述密封環400有兩大特點：第一，防止燃燒室110的氣體上串跑到液壓腔510內，第二，防止液壓腔510內潤滑油被吸入燃燒室110參與燃燒引起燒機油，第三，將燃燒室的熱量經汽缸頭快速的傳遞出去。其中，所述火花塞810是安裝在可變壓縮活塞300的支撐柱900內，火花塞810的位置將隨著可變壓縮活塞300位置移動而同步改變火花塞810的點火位置，這樣設計的好處將使得可變壓縮活塞300下的弧形第二燃燒室的點火位置一直保存在中心點，以利於提高可燃混合氣的點火效率。在這當中將電子油泵的進油孔設計比原發動機機油泵的進油孔高，這樣的設計可以優化潤滑系統的保護，當發動機的潤滑油消耗一定量的時候，因為電子油泵的進油孔比機油泵的進油孔高，在保證發動機的潤滑條件下電子油泵受油量的減少而無法正常工作，此時的液壓腔因沒有油迫使可變壓縮活塞退回原位導致壓縮比降低實現降低發動機轉速和動力，提前防患發動機因失油導致的發動機異常磨損。

圖4進一步地表明出可變壓縮與點火受油門和發動機轉速的變化而變化，所述壓縮比低時，所述可變壓縮活塞300沿汽缸頭100方向縮回，發動機負載瞬間過大時，所述壓縮比低，所述負載瞬間過大的判斷是基於油門踏板或油門轉把的瞬間加大變化，所述油門位置1大於發動機轉速1時（所述油門位置1與發動機轉速1，其中的1是油門信號與轉速信號轉換成車載ECU識別的符號值，以實現車載ECU對油門位置和發動機轉速的對比，這裡的油門位置可以是10，而發動機轉速是3，表明油門加的比較大，而發動機的轉速相對不是很高，兩者的落差比較大，此時，車載ECU將對可變壓縮活塞的縮回調節至3，可變壓縮活塞的位置是基於位置傳感器的阻值變化的單位所給出的車載ECU的判斷，位置傳感器安裝在汽缸頭100元可變壓縮活塞300之間或者安裝在支撐柱900上用來檢測支撐柱900的升降高度來判斷可變壓縮活塞300的伸出值。也就是說，油門位置、發動機轉速和可變壓縮活塞的壓縮值三者的關係是以數字的其分和比例得以實現），或者當油門位置1不變而處於坡道時，發動機轉速1降低小於油門位置1時，可變壓縮活塞300縮回汽缸頭100內以降低壓縮比值，增加發動機動力。其中所述壓縮比高時，如圖3所示，所述可變壓縮活塞300沿汽缸方向伸出，隨著所述發動機負載逐漸變低，所述壓縮比逐漸增大，所述發動機轉速逐漸上升至1與油門位置1一致時，所述可變壓縮活塞300伸出汽缸頭100往汽缸結合面120移動減少燃燒室110的空間實現提高壓縮比以達到降低燃料增加功率的作用。

其中，所述發動機負載瞬間過大時，點火時間由當前點火時間退後一定的時間。所述發動機負載瞬間過大時，所述負載瞬間過大的判斷是基於油門踏板或油門轉把的瞬間加大變化，所述油門位置1大於發動機轉速1時，或者當油門位置不變而處於坡道時，發動機轉速1降低小於油門位置1時，車載ECU調節點火線圈的點火時間使之當前的狀態下退後點火，也就是推遲點火，防止發動機產生爆震，增加發動機動力。

進一步地，當所述發動機負載逐漸變低時，所述點火時間逐漸提前，並逐漸恢復到當前點火時間。隨著所述發動機負載逐漸變低，所述發動機轉速逐漸上升至1與油門位置1一致時，車載ECU調節點火線圈的點火時間使之在當前的狀態下提前點火，以實現增加發動機功率。進一步地，所述點火時間的調節，是基於油門位置與發動機轉速的比例。而原有基於爆震的檢測必然是在產生以後，因而，有必要在油門位置的變化是先於爆震的設定，這樣有利於延長凸輪軸、搖臂、時規鏈和汽缸、活塞的使用壽命。

如圖5所示，一種可以壓縮比的汽缸頭，所述汽缸頭包括一液壓腔510，所述液壓腔510與一進油嘴500和一洩流嘴520連接，所述汽缸頭上開有一滑孔130，所述滑孔用於支撐柱900的插入，實現可變壓縮活塞與汽缸頭的運動軌道的平衡。所述液壓腔靠近燃燒室110的位置用於安裝可變壓縮活塞，也就是說可變壓縮活塞300安裝進汽缸頭100後，可變壓縮活塞300與汽缸頭100之間的空腔就是液壓腔510。

如圖6所示，一種可變壓縮活塞300，所述可變壓縮活塞300的狐面與汽缸頭100的燃燒室110的狐面呈弧形，所述可變壓縮活塞300的狐面構成第二燃燒室，所述第二燃燒室與汽缸頭100的第一燃燒室110共同做功。所述可變壓縮活塞300的周邊開有至少一個環槽410和一從內面凸出一支撐柱900，支撐柱900內設計有一火花塞座孔，所述火花塞座孔用於安裝火花塞810，所述第二燃燒室的狐面至少兩邊開有通至進氣門側和排氣門側的掃氣孔310，所述兩邊是指進氣門200和排氣門600與第二燃燒室相對應的位置。尤其是在啟動狀態下，如圖1所示，所述可變壓縮活塞300在第二燃燒室的狐面低於第一燃燒室110與所述所述可變壓縮活塞300的結合面，也就是說，所述可變壓縮活塞300縮於汽缸頭100內，這樣的設計非常利於啟動時，在做功活塞的推動下，可燃混合氣被集結在所述可變壓縮活塞300的狐面內，即第二燃燒室內，提高第二燃燒室的混合比濃度，使冷機更好啟動。而在發動機啟動後的怠速狀態下，如圖2 所示，所述可變壓縮活塞300的第二燃燒室的狐面與第一燃燒室110結合面平衡，所述可變壓縮活塞300的第二燃燒室310狐面與汽缸頭100的第一燃燒室110的狐面呈弧形，在這種狀態下，可燃混合氣沿整個燃燒室也可形成一個球面形或錐面形，使可燃混合氣的推動性更平穩，利於怠速的穩定性。如圖3、6所示，所述掃氣孔310當所述可變壓縮活塞300在伸出第一燃燒室110的狐面的時候，在中高速做功活塞下行時，進氣門200打開，氣體經掃氣孔310進入所述可變壓縮活塞300的第二燃燒室內，再經掃氣孔310進入排氣門側，使第一燃燒室和第二燃燒室內的混合氣較為均衡，並當在排氣門600打開時，做功活塞上行將殘留氣體從掃氣孔310推向排氣門600，使第二燃燒室內更加乾淨為下次儲存新鮮混合氣做準備，從而提高中高速的功率和節省燃油。環槽410用於安裝密封環400，所述密封環400的開口優選梯形口或W形口，當密封環裝入汽缸頭100後，密封環400的開口在上述梯形或W形的設計下成密封狀態，密封后的疊合口不會產生垂直縫隙口，可有效減少液壓腔510內潤滑油經密封環400的消耗，如圖7所示。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。