并且因此增大了扭矩和功率輸出。在實施過程中，翻倍的壓縮比并不可行，因為其導(dǎo)致“輕微爆震”。然而，示出該曲線以提供與壓縮曲線C的比較。
[0085]B.常規(guī)活塞的壓縮曲線，該常規(guī)活塞具有正常的壓縮比并且節(jié)氣門處于一半打開位置。
[0086]C.活塞I的壓力曲線，該活塞I具有彈簧調(diào)節(jié)的壓縮比并且節(jié)氣門處于一半打開位置。
[0087]D.曲柄轉(zhuǎn)向臂。
[0088]E.示出了具有正常壓縮比的常規(guī)活塞在節(jié)氣門處于一半打開位置的扭矩的曲線。
[0089]F.示出了具有彈簧調(diào)節(jié)壓縮比的活塞I在節(jié)氣門處于一半打開位置的扭矩的曲線。
[0090]通過比較曲線B和曲線C，可以看出活塞I在TDC后約40°具有增大的壓力，并且因此導(dǎo)致實質(zhì)上更大的扭矩。這是因為曲柄臂處于更有利的(即)更大角度以產(chǎn)生更多扭矩。此外，通過比較曲線E和曲線F，可以看出活塞I確實比常規(guī)活塞產(chǎn)生更大的扭矩。
[0091]從該曲線圖還可以看出，通過能夠在節(jié)氣門處于一半打開位置時運行活塞I能夠節(jié)省大量燃料，這在開始時必須通過“節(jié)氣門關(guān)閉”螺釘或ECU調(diào)節(jié)來設(shè)置。
[0092]盡管上述儲能活塞形成內(nèi)燃機的一部分，但是這將是顯而易見的:在其他裝置例如用于冰箱或泵的壓縮機中能夠有利地使用上述儲能活塞。往復(fù)式壓縮機的動作是這樣的，壓縮沖程是工作沖程，并且通常通過電動機來輸入能量。例如，在空氣壓縮機中，最大做功在TDC前大約80°至100°處完成，即，在曲柄臂相對于連桿大致垂直時。在這個位置，壓縮氣體的壓力相對較低(低于最大值的50%)，因為壓縮室的體積仍然較高。然而，當(dāng)活塞靠近TDC時，其做功的能力大大降低，但是壓力和溫度都處于最大值。壓縮機的輸出閥門會在TDC之前打開，但是能量在此時會以熱量形式散發(fā)到汽缸壁。
[0093]然而，如果具有上述類型彈簧的合理設(shè)計的儲能活塞安裝在該壓縮機中，能量會在TDC前大約80°至100°存儲在彈簧中，從而降低氣體的溫度和壓力，并且因此減少以熱量形式散發(fā)到汽缸壁和貯存器的能量損失。當(dāng)曲柄臂的壓縮運動最小時，彈簧會通過在TDC前后推動氣體到貯存器中而釋放其能量。
[0094]此外，可以看出，與(飛輪、曲柄等的)旋轉(zhuǎn)慣性質(zhì)量結(jié)合做功的這些彈簧將具有它們共振的轉(zhuǎn)速。通過使驅(qū)動電動機的轉(zhuǎn)速與共振轉(zhuǎn)速匹配，，組件將以比標(biāo)準(zhǔn)壓縮機的最高效率高至少30%的最高效率運行。
[0095]顯而易見，可以對活塞I進行修改。例如，使用橡膠金屬并不是必需的，因為可以使用具有所需楊氏模量和拉伸彈性極限強度的任何其他合適的β鈦合金。還可行的是，活塞頂處的空間允許使用兩對或更多對彈簧6。還可以通過任何合適的方法來制造彈簧6。
【主權(quán)項】
1.一種包含彈簧裝置的活塞，所述彈簧裝置在使用中在所述活塞與相連的連桿之間作用以使所述連桿偏置遠離所述活塞的活塞頂，所述彈簧裝置大致位于所述活塞頂?shù)膮^(qū)域中，所述彈簧裝置以允許所述活塞的活塞頂相對于所述連桿軸向運動的方式加以設(shè)置，其中所述彈簧裝置是由具有75GPa或更小的楊氏模量，以及700MPa或更大的拉伸彈性極限強度的材料制成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其中所述彈簧材料是β鈦合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的活塞，其中所述β鈦合金是橡膠金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3的任一項所述的活塞，其中所述彈簧裝置由兩個淚滴狀環(huán)形彈簧構(gòu)成，所述淚滴狀環(huán)形彈簧由超彈性材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活塞，其中各所述彈簧具有外部大致半球形邊緣部分，所述邊緣部分通過平表面朝著內(nèi)部大致半球形邊緣部分漸狹。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的活塞，其中所述兩個彈簧的所述外部大致半球形邊緣部分彼此滾動嚙合，并且所述內(nèi)部大致半球形邊緣部分分別與設(shè)置在所述活塞的活塞頂內(nèi)的第一和第二支撐構(gòu)件滾動嚙合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任一項所述的活塞，進一步包括位于所述活塞內(nèi)的支架，所述支架可滑動地安裝在所述活塞內(nèi)用于相對于所述活塞軸向運動，并且與所述連桿以使得所述彈簧裝置允許所述支架相對于所述活塞的活塞頂軸向運動的方式連接。
8.根據(jù)從屬于權(quán)利要求6的權(quán)利要求7所述的活塞，其中所述第一支撐構(gòu)件壓配到所述活塞的活塞頂上，并且所述第二支撐構(gòu)件形成所述支架的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的活塞，其中所述支架由鋁制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的活塞，其中所述支架涂有減小摩擦的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的活塞，其中所述減小摩擦的材料是等離子體放電氧化鍍膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11的任一項所述的活塞，其中所述支架可滑動地安裝在所述活塞的圓柱形壁的大致整個長度內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12的任一項所述的活塞，其中所述彈簧材料是用于將其保持在預(yù)定的工作條件溫度范圍內(nèi)的材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的活塞，其中所述預(yù)定溫度范圍是大致從-25°C到至少300。。。
15.根據(jù)權(quán)利要求2，或者從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求3至14的任一項所述的活塞，其中所述β鈦合金大致是鈦、鈮、鉭、鋯和氧的混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求7，或者從屬于權(quán)利要求7的權(quán)利要求8至15的任一項所述的活塞，進一步包括形成在所述支架的外周部分的一對垂直間隔的油室，各油室由所述支架的一部分和所述活塞的內(nèi)圓柱形壁限定，所述油室通過形成在所述支架中的多個孔互連，所述油室之一在所述彈簧被壓縮時具有最大體積并且當(dāng)所述彈簧解壓縮時具有最小體積，并且另一個油室在所述彈簧被壓縮時具有最小體積并且在所述彈簧解壓縮時具有最大體積，由此油隨著所述支架相對于所述活塞頂上下運動而在所述油室之間泵送以潤滑所述活塞的內(nèi)部。
17.根據(jù)權(quán)利要求2，或者從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求3至16的任一項所述的活塞，其中各所述彈簧通過以下方式形成: (a)將所述β鈦合金轉(zhuǎn)換成粉末； (b)將粉末形式的所述β鈦合金倒入淚滴狀模具中； (C)將所述粉末狀鈦合金熱等靜壓成所需形狀； (d)冷加工所述壓縮的β鈦合金；并且 (e)機加工成所需形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的活塞，進一步包括對冷加工后的各所述彈簧進行熱處理。
19.一種包含彈簧裝置的活塞，所述彈簧裝置在使用中在所述活塞與相連的連桿之間作用以使得所述連桿偏置遠離所述活塞的頂，所述彈簧裝置大致位于所述活塞頂?shù)膮^(qū)域中，且所述彈簧裝置以允許所述活塞的活塞頂相對于所述連桿軸向運動的方式加以設(shè)置，其中所述彈簧裝置由兩個淚滴狀環(huán)形彈簧構(gòu)成，所述兩個彈簧由β鈦合金制成。
20.—種參考所述附圖大致如上所述的，且由所述附圖表示的活塞。
21.一種具有多個活塞的內(nèi)燃機，各所述活塞根據(jù)權(quán)利要求1至20的任一項所述。
22.一種制造用于權(quán)利要求2，或者從屬于權(quán)利要求2的權(quán)利要求3至20的任一項所述的活塞的彈簧的方法，包括以下步驟: (a)將所述β鈦合金轉(zhuǎn)換成粉末； (b)將粉末形式的所述β鈦合金倒入淚滴狀模具中； (c)將所述粉末狀鈦合金熱等靜壓成所需形狀； (d)冷加工所述壓縮的β鈦合金；并且 (e)機加工成所需形狀。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，進一步包括對冷加工后的所述彈簧進行熱處理的步驟。
【專利摘要】一種活塞(1)，包括一對淚滴形彈簧(6)，這對淚滴形彈簧在使用中在該活塞的頂(2)與相連的連桿(4)之間作用以使所述連桿偏置遠離該活塞頂(2)。這些彈簧(6)由支撐構(gòu)件(7和8)支撐，這些彈簧大致位于活塞頂(2)的區(qū)域中。支架(5)位于該活塞(1)內(nèi)，該支架可滑動地安裝在該活塞內(nèi)用于相對于該活塞軸向運動，并且與連桿(4)以使得這些彈簧(6)允許支架(5)相對于活塞頂(2)軸向運動的方式連接。這些彈簧(6)由β鈦合金例如橡膠金屬制成。
【IPC分類】F02F3-00
【公開號】CN104838124
【申請?zhí)枴緾N201380061111
【發(fā)明人】喬治·弗里德里克·高爾文
【申請人】喬治·弗里德里克·高爾文
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2013年9月3日
【公告號】EP2900994A2, US20150252750, WO2014049309A2, WO2014049309A3