[实用新型]带有泄压功能的活塞

说明书

带有泄压功能的活塞：包括活塞体，活塞体上开设泄压孔，泄压孔两端分别与活塞体的顶端面和底端面相通，泄压孔内安装安全阀的启闭执行组件，活塞体顶端压力小于安全阀的开启压力时，安全阀关闭，泄压孔不导通；活塞体顶端压力大于安全阀的开启压力时，安全阀开启，使活塞体顶端与底端通过泄压孔相互连通。本实用新型的优点在于：它能够稳定活塞式发动机缸内压力，避免发动机缸内压力超过设定的安全值，能够使发动机的缸内压力接近爆震压力，使发动机工作中不产生爆震的压力，在提高压缩比的同时又能够限定突变工况过高的气缸压力，不仅能够改善低负荷工况的燃油经济性，还能全面提高各种负荷工况的燃油经济性。

技术领域

本实用新型涉及活塞式发动机，具体的说是一种带有泄压功能的活塞。

背景技术

往复活塞式发动机是指活塞在汽缸内作往复直线运动，通过曲柄连杆功率传输机构，将活塞的直线运动转变为曲轴旋转运动的活塞式发动机。活塞的主要作用是承受汽缸中的燃烧压力、保证发功机工质的可靠密封。往复活塞式发动机通常普遍使用的是汽油机和柴油机。汽油抗爆性差，混合气容易产生爆燃使机体爆震，故一般使用点燃着火方式，目前公知汽油机的压缩比普遍在9～12之间，最大可以达到14，正常工作最高燃烧压力5MPa左右；柴油自燃点低、比汽油抗爆性好，所以柴油机都使用压燃着火方式。公知柴油机的压缩比目前普遍为12～22之间，最大可达到25，因设计转速不同、用途不同正常工作最高燃烧压力7～23MPa：柴油机的爆震一般称之为工作粗暴，可由压缩比改变、供油时间过早、供油量过大、超负荷运转等引起。

由发动机技术发展的历史看，发动机从压缩比为零的煤气发动机，经过不断进化，压缩比逐渐提高，发动机热效率提高到今天的汽油机热效率一般为30％-40％，柴油机热效率一般为40％-50％左右。另一方面，发动机的排放物会造成环境污染，排放的有害物质主要有：硫氧化物(主要为二氧化硫SO₂)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳氢化合物(HC)、颗粒物(PM)、臭气(主要为各种不完全燃烧的产物，如各种醛类)、二氧化碳(CO₂)等，还有噪音污染。

发动机的发展是一个不断追求提高热效率的进程，主要手段是提高压缩比，但带来了排放污染和有害氮氧化物(NOx)污染物增多，更为严重的是较大的压缩比会导致燃烧更加剧烈，并产生高温高压，容易产生爆燃，甚至发生爆轰，从而出现爆缸损害发动机。

汽车爆缸会严重损坏引擎，使发动机报废，行驶中的汽车发生爆缸危害性更大，可引起汽车起火、以及交通事故等造成人员的危害。船用柴油机或发电站的柴油机，特别是二冲程大型柴油机上，负荷输出较为稳定，压缩比相对较高，发动机强化程度较大，热效率是活塞发动机中较高的。过去也曾发生过爆缸损坏和对操作人员的危害。

车用发动机尤其是车用汽油机，在做几何压缩比设计时，一般会考虑适用于大负荷输出时不爆燃且有较高的热效率。在车辆正常行驶负荷功率不大时，发动机的进气量小，实际的压缩比小于几何压缩比，故发动机热效率比设计值更低。

由上述可知，解决爆震问题，通常的技术方案是采用可变压缩比，使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，防止爆震提高热效率。但是可变压缩比是基于发动机工况的压缩比控制，无法消除较低负荷条件下可能出现汽缸压力突然增加导致的爆燃现象；更有可能进一步减小高负荷工况时较低压力循环的汽缸压力，导致动力性和经济性的下降。可变压缩比技术有多种方案，但是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，由于其压缩比变化较慢，不能很好的在汽车等发动机循环工况变化的瞬间做出及时响应，无法杜绝汽缸压力瞬间上升的情况，因此为避免爆震现象的发生，本领域技术人员将内燃机的工作压力设置的较为保守，以家用汽车上使用的汽油发动机为例，通常将发动机正常工作压力设定为开始产生爆震时压力的60％左右，才能有效避免发动机在车辆负荷变化、燃油品质及进气温度和压力等因素影响下出现汽缸压力瞬间上升并引发爆震的情况，而这明显限制了现有发动机压缩比的提升，使现有发动机的热效率较难进一步提高。