CN104937238A - 可变压缩比活塞*** - Google Patents

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Abstract

用于发动机的可变压缩比活塞***借助于分布在一对腔室之间的液压流体来调整该发动机活塞的压缩比，这一对腔室是在接纳了机械地联接至该发动机活塞上的多个控制活塞的一对孔中形成的。一个控制阀选择性地准许液压流体在该高压缩比管线与该低压缩比管线之间流动。由发动机控制单元控制的一个可变力螺线管优选地控制该控制阀的位置。该滑柱的位置控制着液压流体是否可以流向该第一腔室、流向该第二腔室、或者根本不流动。液压流体的流动是通过将来自惯性的力和作用于曲轴上的来自发动机运行的燃烧力进行交替而致动的。

Description

可变压缩比活塞***
发明背景
发明领域
本发明涉及可变压缩比***的领域。更具体地讲，本发明涉及用于发动机的一种可变压缩比活塞***。
相关技术的说明
在本领域中已知的是可变压缩比(VCR)。如在此使用的压缩比是发动机情况下的汽缸室、或燃烧室处于其最大容量的体积与处于其最小容量的体积之比。用于内燃发动机的VCR***旨在行驶中能够改变这些活塞在其相应发动机汽缸中的压缩比。这允许了通过响应于运行过程中发动机上的变化的负载来改变压缩比而获得增大的燃料效率。虽然VCR发动机的研究可以追溯到几十年前并且许多汽车制造商当前正致力于VCR发动机的设计，但是当前市售的汽车均没有VCR发动机。在控制这些***参数以提供所希望的改进方面的机械复杂性和困难迄今为止已经相当大地阻碍了这项技术在汽车中的商业化。
Rabhi的并且在2010年7月1日公开的题为“用于闭环驱动可变压缩比发动机的控制插孔的电动液压装置(Electrohydraulic Device forClosed-Loop Driving the Control Jack of a Variable Compression RatioEngine)”的美国专利申请公开号2010/0163003披露了用于控制可变压缩比发动机的压缩比的电动液压装置。在第一实施例中，在每个控制插孔的入口和出口处提供了两个电阀，每个电阀备有一个止回阀。在第二实施例中，提供了单一的电阀并且该电阀包括具有两个入口和两个出口的一个电控制的滑柱。在第三实施例中，提供了单一的二通电阀。该电阀能够足够快速地打开和关闭从而允许控制架的移动而仅获得该曲轴的几度的角移动。应注意的是，这些位置中的一个位置看起来允许该控制插孔的上部腔室与下部腔室之间的再循环。
Simpson的并且在2009年12月31日公开的题为“用于可变压缩致动器***的控制方法(Control Method for a Variable Compression ActuatorSystem)”的美国专利申请公开号2009/0320803披露了一种用于可变压缩比发动机的调整装置的控制***，该控制***包括：一个插孔头部、一个插孔活塞、一个链轮、一个可移动传动构件以及一个控制阀。该插孔活塞被接收在该插孔头部的、限定了第一流体腔室和第二流体腔室的一个腔室内。该控制阀控制该第一流体腔室与第二流体腔室之间的流体流动。基于该控制阀的位置，流体从第一流体腔室流到第二流体腔室，反之亦然，从而使得将插孔活塞连接至链轮上的控制架移动。该链轮的往复运动调整了发动机汽缸的位置。
特此将上述参考文献通过引用结合在此。
FEV公司(密歇根州奥本山(Auburn Hills，MI))制造了一种两步可变压缩比(VCR)***。FEV研发的2步VCR机构在杆长度中包括多个小的变化，这些小的变化是通过使用气体和质量力进行致动而实现的。因此实现了在商业柴油版本的情况下从14∶1-17∶1以两步可变的压缩比。这确保了在不使用昂贵的动力致动器的情况下快速且准确的致动。该***的多个版本可用于汽油发动机和柴油发动机两者并且可以应用于具有低至70mm的孔直径的几乎所有的现有发动机。除了增大的发动机效率之外，该***还提供了排放相关的益处，这取决于被应用于汽油发动机还是柴油发动机。其他潜在的益处包括改善的冷启动性和在使用替代的燃料而同时优化性能的潜力。该***由于携带活塞和销钉设计可以整合到现有的发动机设计中。
发明概述
用于发动机的可变压缩比活塞***借助于被分布在一对腔室之间的液压流体来调整该发动机活塞的压缩比，该对腔室在接收机械地联接至该发动机活塞上的控制活塞的一对孔中形成。一个控制阀选择性地准许液压流体在该高压缩比管线与该低压缩比管线之间流动。被发动机控制单元控制的一个可变力螺线管优选地控制该控制阀的位置。该控制阀的位置控制液压流体可以流向该第一腔室、或该第二腔室、或者不流向这两个腔室。液压流体的流动是通过使来自惯性的力和作用于曲轴上的来自发动机运行的力进行交替而致动的。
可变压缩比活塞***包括至少一个发动机活塞组件。每个发动机活塞组件包括一个发动机活塞、一个第一控制活塞、一个第二控制活塞、一个高压缩比管线以及一个低压缩比管线。该可变压缩比活塞***还包括一个控制***。该发动机活塞可滑动地接纳在发动机的发动机汽缸中。该第一控制活塞机械地联接至该发动机活塞上并且在第一控制活塞孔中致动。该第一控制活塞和该第一控制活塞孔限定了第一腔室。该第二控制活塞机械地联接至该发动机活塞上并且在第二控制活塞孔中致动。该第二控制活塞和该第二控制活塞孔限定了第二腔室。该低压缩比管线将液压流体供应至该第一腔室并且将液压流体从该第一腔室排出。该高压缩比管线将液压流体供应至该第二腔室并且将液压流体从该第二腔室中排出。该控制***包括至少一个控制阀并且选择性地准许液压流体在该低压缩比管线与该高压缩比管线之间流动。
当该控制阀处于第一位置中时，准许第一净流量的液压流体通过该高压缩管线、该控制阀以及该低压缩管线从该第二腔室流到该第一腔室而使得该第一净流量抬高该第一控制活塞孔中的第一控制活塞并且降低该第二控制孔中的第二控制活塞从而降低该发动机活塞，从而将该发动机活塞的压缩比朝向低压缩比状态减小。当该控制阀处于第二位置中时，准许第二净流量的液压流体通过该低压缩管线、该控制阀以及该高压缩管线从该第一腔室流到该第二腔室而使得该第二净流量抬高该第二控制活塞孔中的第二控制活塞并且降低该第一控制孔中的第一控制活塞从而抬高该发动机活塞，从而将该发动机活塞的压缩比朝向高压缩比状态增大。
一种用于改变被接收在发动机的发动机汽缸中的至少一个发动机活塞的压缩比的方法包括：测量该发动机上的负载、基于该发动机上的负载来计算针对该至少一个发动机活塞的压缩比状态、调整该控制阀以准许该可变压缩比活塞***朝向该压缩比状态移动、并且在该可变压缩比活塞***达到该压缩比状态时将该控制阀调整至第三位置。该可变压缩比活塞***进一步包括机械地联接至该发动机活塞上并且在第一控制活塞孔中致动的一个第一控制活塞。该第一控制活塞和该第一控制活塞孔限定了一个第一腔室。机械地联接至该发动机活塞上的一个第二控制活塞在第二控制活塞孔中致动。该第二控制活塞和该第二控制活塞孔限定了第二腔室。一条低压缩比管线将液压流体供应至该第一腔室并且将液压流体从该第一腔室中排出，并且一条高压缩比管线将液压流体供应至该第二腔室并且将液压流体从该第二腔室中排出。一个控制***包括该控制阀并且选择性地准许液压流体在该低压缩比管线与该高压缩比管线之间流动。当该控制阀处于第三位置中时，该控制***借助于该低压缩管线、该控制阀以及该高压缩管线来防止液压流体在该第一腔室与该第二腔室之间的流动，由此维持该发动机活塞的压缩比。
附图的简要说明
图1a示出了控制***处于第一位置中时第一实施例的双位置压缩比***的示意图。
图1b示出了控制***处于第二位置中时图1a中的***的示意图。
图2示出了控制***处于第一位置中时并且具有偏置弹簧的第二实施例的双位置压缩比***的示意图。
图3示出了第一实施例中的可变压缩比***的示意图。
图4a示出了可变压缩比活塞的示意图，其中控制***处于第一位置中。
图4b示出了图4a中的活塞的示意图，其中该控制***处于第二位置中。
图4c示出了图4a中的活塞的示意图，其中该控制***处于第三位置中。
图5a示出了处于中间压缩比状态的活塞的示意图。
图5b示出了图5a中的活塞处于低压缩比状态下的示意图。
图5c示出了图5a中的活塞处于高压缩比状态下的示意图。
图6示出了图4a的具有调压控制***(RPCS)的可变压缩比活塞的示意图。
图7示出了图4a的具有差压控制***(DPCS)的可变压缩比活塞的示意图。
图8示出了图4a的具有在滑柱中作为该控制***的一部分的止回阀的可变压缩比活塞的示意图。
图9示出了图8的滑柱中的止回阀的分解图。
发明的详细说明
液压***允许内燃发动机的压缩比改变。更确切地说，一个滑阀液压地联接至控制活塞腔室上并且根据需要将流体通过再循环排放或供应至这些腔室以便改变该压缩比。这些***使用了一个机械机构来捕获一个连接杆上的交替的力以便移动活塞。这些交替的力是惯性和曲轴上的燃烧力的总和。在该活塞的顶部处的一个偏心轴承/枢转件连接至允许该活塞上下移动的一个机械联动装置上。来自该联动装置的这些杆在该连接杆的两侧上从该活塞的顶部延伸至该底部。每个杆的底部处的一个控制活塞坐在该连接杆本体中的一个孔内。通过该控制阀和止回阀将油供应至这些控制活塞孔底部处的液压通路。
这些液压通路类似于用于调节凸轮轴相对于曲轴或另一个凸轮轴的相对角位置的凸轮扭矩致动(CTA)式相位器来工作；来自这些交替的力的能量被用于致动该活塞/联动装置上下，由此改变活塞总高度。用于这个特定***的这些交替的力是来自惯性和曲轴上的燃烧力。该***中的油是通过使用多个止回阀和一个控制阀在这两个控制活塞之间来回地可控制地再循环的。由于该***能够使油在这些控制活塞腔室之间再循环，与通过使用油压来抬高或降低这些控制活塞进而抬高或降低该活塞从而改变该压缩比的常规可变压缩比***相比，降低了该***的油消耗。为了在常规***中移动这些控制活塞，这些控制活塞腔室之一中的油取决于改变方向而需要被排放至曲轴箱/储存器中，而来自曲轴箱/储存器的油被泵送至相对的腔室中。
一个致动器控制该控制阀的位置。该致动器可以是：可变力螺线管(VFS)、差压控制***(DPCS)、调压控制***(RPCS)、步进马达、空气致动器、真空致动器、液压致动器、或具有力或位置控制的任何其他类型的致动器。在一些实施例中，VFS被定位在该控制阀的前方并且在对VFS施加电流时移动该阀。在一些实施例中，该控制阀是滑阀。在一些实施例中，该控制阀是滑柱中的止回阀。该滑柱的相反侧上是一个弹簧，该弹簧始终提供对VFS提供反力并且在供给VFS的电流降低至低于弹簧力时将该滑柱推到一个基底位置。该控制阀的位置决定了活塞的位置(即，低压缩或高压缩)。在本发明的精神范围内可以使用若干种不同的构形。在一些实施例中，DPCS在该滑柱的相反两端上使用油差压来控制该控制阀位置，同时一对相反的弹簧将该滑柱和该活塞朝向彼此偏置。在其他实施例中，RPCS在一端上使用油压而另一端具有弹簧，以控制该控制阀位置。
在双位置***中，一个位置产生高压缩比状态并且第二位置产生低压缩比状态。替代地，这些位置可以被翻转成使得位置一是低压缩并且位置二是高压缩，这取决于策略。在一些双位置***中，存在一个控制阀、一个控制阀弹簧、两个高压止回阀、一个供应止回阀以及一个VFS。一个机械联动装置***连接每个活塞。在位置一(默认位置)中，该控制阀完全向外延伸而在该控制阀弹簧上具有最小负载，并且VFS完全缩回。取决于原始设备制造商(OEM)的策略，这是高压缩状态或低压缩状态。一旦对VFS施加电流，则VFS将该控制阀推入第二位置，由此改变该液压回路中的流动路径，这致使该活塞移动至相反位置。在一些实施例中，该双位置***包括多个偏置弹簧。在一些实施例中，这些偏置弹簧在该***处于低扭转能量下时将该***朝向低压缩比状态偏置。在其他实施例中，这些偏置弹簧在该***处于低扭转能量下时将该***朝向高压缩比状态偏置。
在可变位置***中，发动机上的每个活塞具有其自身的控制***，该控制***包括一个控制阀、一个控制阀弹簧、两个高压止回阀、一个供应止回阀、一个VFS、一个机械联动装置***以及一个燃烧传感器。由于每个活塞具有其自身的控制***，该压缩比可以改变到该联动装置的机械范围内的任何值。为了精确地预测该机构的移动，在每个汽缸中使用了一个燃烧传感器来保持其被适当地控制。该传感器允许该***中的每个独立活塞被设定成一个具体的压缩值，由此帮助补偿可能导致汽缸到汽缸的结构差异的层叠或制造缺陷。
在一些实施例中，该可变位置***包括被添加在该控制活塞与控制活塞孔之间以用于将该联动装置推动至默认或起始位置或用于平衡该***的平均扭矩的一个偏置弹簧。
图1a示出了控制***处于第一位置中的一个四缸双位置可变压缩比***10。每个活塞包括：可旋转地连接至偏心轴承12、22、32、42和连接杆13、23、33、43上的一个发动机活塞11、21、31、41；将该发动机活塞联接至第一控制活塞15、25、35、45上的一个第一链接杆14、24、34、44，该第一控制活塞被滑动地接收在第一控制活塞孔16、26、36、46中；以及将该发动机活塞联接至一个第二控制活塞18、28、38、48上的一个第二链接杆17、27、37、47，该第二控制活塞被滑动地接收在第二控制活塞孔19、29、39、49中。这些发动机活塞在发动机汽缸(未示出)中致动。
这些发动机活塞11、21、31、41的压缩比同时由单一的控制***控制。一个致动器51与一个控制阀弹簧52相组合来控制滑柱54在控制阀53的控制阀孔中的位置。穿过该控制阀本体通向大气的通风口53′在滑柱54在该滑阀孔中来回移动时将该滑阀孔后端中的气压波动最小化。一个发动机控制单元(ECU)8控制该致动器51。当致动器51是可变力螺线管时，发动机控制单元(ECU)8将可变力螺线管51通电以控制该滑柱54在控制阀53内的位置。图1a中示出了处于第一位置中的控制阀53的滑柱54。在控制阀53处于第一位置时，滑柱54将高压缩比管线57连接至中央管线9而滑柱54的第一凸台将低压缩比管线58与中央管线9阻断。第一高压止回阀55准许液压流体从中央管线9流到低压缩比管线58，如箭头所指示的，而第二高压止回阀56和滑柱54防止液压流体对应地流到高压缩比管线57以及从低压缩比管线58中流出。这个回路实现了减小由第二控制活塞18、28、38、48形成的腔室中的液压流体的量并增大由第一控制活塞15、25、35、45形成的腔室中的液压流体的量这一净效应，由此将控制活塞和发动机活塞11、21、31、41朝向低压缩比位置移动。供应管线60中的一个供应止回阀59准许液压流体流入该***中并且防止该液压流体流回至液压流体源以维持该***中的液压压力。
图1b示出了图1a中的四缸双位置压缩比***10，其中控制***处于第二位置。图1a中示出了处于第一位置中的控制阀53的滑柱54。在控制阀53处于第二位置时，滑柱54将低压缩比管线58连接至中央管线9上而滑柱54的第二凸台将高压缩比管线57与中央管线9阻断。第二高压止回阀56准许液压流体从中央管线9流到高压缩比管线57，如箭头所指示的，而第一高压止回阀55和滑柱54防止液压流体对应地流到低压缩比管线58以及从高压缩比管线57中流出。这个回路实现了减小由第一控制活塞15、25、35、45形成的腔室中的液压流体的量并增大由第二控制活塞18、28、38、48形成的腔室中的液压流体的量这一净效应，由此将这些控制活塞和发动机活塞11、21、31、41朝向高压缩比位置移动。这同样是当VFS 51未通电时滑柱54的默认位置。
图2示出了控制***处于第一位置时的四缸双位置可变压缩比***110。图2的***类似于图1a和图1b的***来工作，但是在这个***中，第二控制活塞18、28、38、48被控制活塞偏置弹簧20、30、40、50向上偏置。第二控制活塞18、28、38、48上的控制活塞偏置弹簧20、30、40、50将发动机活塞11、21、31、41朝向高压缩比状态进行偏置。
图3示出了针对于这四个活塞11、21、31、41中的每个活塞具有单独控制***的四缸可变压缩比***210。如同在图1a和图1b的***中，每个活塞包括：可旋转地连接至偏心轴承12、22、32、42和连接杆13、23、33、43上的一个发动机活塞11、21、31、41；将该发动机活塞联接至第一控制活塞15、25、35、45上的一个第一链接杆14、24、34、44，该第一控制活塞被滑动地接收在第一控制活塞孔16、26、36、46中；以及将该发动机活塞联接至第二控制活塞18、28、38、48上的一个第二链接杆17、27、37、47，该第二控制活塞被滑动地接收在第二控制活塞孔19、29、39、49中。
这些发动机活塞11、21、31、41的压缩比是独立地被多个单独控制***控制的。对每个活塞而言，一个致动器61、71、81、91与一个控制阀弹簧62、72、82、92相组合来控制该控制阀63、73、83、93的位置。穿过每个控制阀本体通向大气的通风口63′、73′、83′、93′在滑柱64、74、84、94分别在该滑阀孔中来回移动时将该滑阀孔后端中的气压波动最小化。单一的发动机控制单元优选地控制所有的致动器61、71、81、91，但是在本发明的精神范围内可以针对每个致动器使用一个单独的发动机控制单元。用于第二发动机活塞21的控制阀的滑柱74被示为处于第一位置中。分别用于第一发动机活塞11和第四发动机活塞41的这些控制阀的滑柱64、94被示为处于第二位置中。用于第三发动机活塞31的控制阀的滑柱84被示为处于第三位置中。
在控制阀73处于第一位置时，高压止回阀75、76准许液压流体通过高压缩比管线77和低压缩比管线78、在箭头所指示的方向上从由第二控制活塞28形成的腔室朝向低压缩位置流到由第一控制活塞25形成的腔室中。在控制阀64、94处于第二位置时，高压止回阀65、66、95、96准许液压流体通过高压缩比管线67、97和低压缩比管线68、98、在箭头所指示的方向上从由第一控制活塞15、45形成的腔室朝向高压缩位置流到由第二控制活塞18、48形成的腔室。在控制阀84处于第三位置时，控制阀84和高压止回阀85、86防止液压流体通过高压缩比管线87和低压缩比管线88在由第一控制活塞35形成的腔室与由第二控制活塞38形成的腔室之间流动以维持当前的压缩位置。供应管线100中的供应止回阀69、79、89、99准许液压流体流入该***中并且防止该液压流体流回至液压流体源中以维持该***中的液压压力。在这个***中，每个控制***具有其自身的独立供应止回阀69、79、89、99，但是替代地，可以在上游使用单一的供应止回阀以用于所有这四个控制***。
虽然没有关于图1a、图1b和图2的***而示出，但是控制阀54可以类似于图3中的控制阀84被保持在第三位置中，使得控制阀54和高压止回阀55、56防止液压流体通过高压缩比管线57和低压缩比管线58在由第一控制活塞15、25、35、45形成的腔室与由第二控制活塞18、28、38、48形成的腔室之间流动以维持当前的压缩位置。
图4a、图4b和图4c示出了被分别处于第一位置、第二位置和第三位置中的独立控制***控制的单一的活塞***310。在这些***中，第二控制活塞18被一个控制活塞偏置弹簧20向上偏置。第二控制活塞18上的控制活塞偏置弹簧20将发动机活塞11朝向高压缩比状态进行偏置。
图5a、图5b和图5c分别示出了处于中间压缩比状态、低压缩比状态和高压缩比状态中的单一的活塞***410，其中该独立控制***在处于第三位置中时防止液压流体通过高压缩比管线67和低压缩比管线68在由第一控制活塞15形成的腔室与由第二控制活塞18形成的腔室之间流动。仅出于清晰考虑，未在图5a、图5b和图5c中示出致动器。在图5a中，这两个控制活塞15、18均在其相应的控制活塞孔16、19中处于中间位置。这将发动机活塞11定位在其汽缸(未示出)中针对中间压缩比状态的上止点处的一个中间高度处。在图5b中，第一控制活塞15在其控制活塞孔16中处于顶部位置，并且第二控制活塞18在其控制活塞孔19中处于底部位置。这将发动机活塞11定位在其汽缸(未示出)中针对低压缩比状态的上止点处的一个最小高度处。在图5c中，第一控制活塞15在其控制活塞孔16中处于底部位置，并且第二控制活塞18在其控制活塞孔19中处于顶部位置。这将发动机活塞11定位在其汽缸(未示出)中针对高压缩比状态的上止点处的一个最大高度处。在这个***中，第一控制活塞15被一个控制活塞偏置弹簧20向上偏置。第一控制活塞15上的控制活塞偏置弹簧20将发动机活塞11朝向高压缩比状态进行偏置。
虽然图1a、图1b、图2和图3中的***被示出为四缸/四活塞***并且图4a、图4b、图4c、图5a、图5b和图5c中的***被示出为一缸/一活塞***，但在本发明的精神之内，本发明的可变压缩比***可以具有任意数量的汽缸/活塞。所披露的任何***都可以具有任意数量的汽缸/活塞，包括但不限于一个、两个、三个、四个、五个、六个和八个。
虽然图1a至图5c的***是与带有以可变力螺线管作为致动器进行控制的双凸台滑柱并且在每条液压管线中具有止回阀的液压控制***一起描述的，但在本发明的精神之内可以使用其他控制***。其他致动器包括但不限于差压控制***(DPCS)、调压控制***(RPCS)、步进马达、空气致动器、真空致动器、液压致动器、或具有力或位置控制的任何其他类型的致动器。
在一些实施例中，使用调压控制***(RPCS)，如在辛普森(Simpson)等人的并且在2008年6月12日公开的题为“正时相位器控制***(TimingPhaser Control System)”的美国专利申请公开号2008/0135004中披露的，该专利申请通过引用结合在此。图6示出了在控制阀563处于第一位置时由RPCS 520控制的单一活塞***510。穿过该控制阀本体通向大气的通风口563′在滑柱64在该滑阀孔中来回移动时将该滑阀孔后端中的气压波动最小化。RPCS 520基于一个设定点从一个控制单元508接收信号而致使一个调压控制阀或直接控制压力调节阀561将输入油压调整到偏置通道560中的经调节的控制油压，该偏置通道将该控制阀563的滑柱64的末端与该信号和主油道中的压力成比例地进行偏置。控制阀563的滑柱64的另一末端优选地被一个弹簧62在相反方向上偏置。虽然仅在图7的实施例中示出了RPCS，但是在此所披露的任何一个实施例中都可以使用RPCS作为阀控制***。
在一些实施例中，使用差压控制***(DPCS)，例如在辛普森(Simpson)的于2005年4月26日公布的题为“用于减小发动机轴向长度的相位器安装式DPCS(差压控制***)[Phaser Mounted DPCS(Differential Pressure Control System)to Reduce Axial Length of the Engine]”的美国专利号6,883,475中所披露的，该专利通过引用结合在此。图7示出了在控制阀663处于第一位置时由螺线管DPCS 620控制的单一活塞***610。控制阀663的滑柱64的位置受到由发动机供给油压622的螺线管DPCS 630的影响。螺线管DPCS 630由一个控制单元608控制。该螺线管DPCS 630利用发动机油压来控制一个活塞632抵靠在滑柱64末端上的位置，而第二管线624中的油压反抗该活塞632。活塞632被一个活塞弹簧634朝向滑柱64偏置并且滑柱64被一个滑柱弹簧62朝向活塞632偏置以维持在低油压下该活塞632与滑柱64之间的接触。第二管线624中的油压优选地是未经调节的发动机油所处的发动机油压，但可替代地可以调节该油压。螺线管636优选由施加给线圈的电流响应于优选直接来自发动机控制单元608的控制信号进行控制。虽然仅在图7的实施例中示出了DPCS，但是在所披露的任何一个实施例中都可以使用DPCS作为阀控制***。
在一些实施例中，使用控制滑阀中的止回阀，例如在普卢塔(Pluta)等人的于2012年10月4日公开的题为“使用扭转能量使致动器移动[UsingTorsional Energy to Move an Actuator]”的PCT专利公开号WO 2012/135179中所披露的，该专利通过引用结合在此。图8示出了带有包含多个止回阀的一个控制阀763(通常称为控制滑阀中的止回阀)代替之前的图中所示的控制阀的单一活塞***710。穿过该控制阀本体通向大气的通风口763′在滑柱729在该滑阀孔中来回移动时将该滑阀孔后端中的气压波动最小化。在图9的阀组件720的分解视图中，止回阀728a、728b是可见的。在图9中还示出了致动器活塞762。虽然仅在图8的实施例中示出了滑柱中的止回阀，但是在此所披露的任何一个实施例中都可以使用滑柱中的止回阀作为控制阀。
止回阀组件720包括滑柱729，该滑柱带有通过中央心轴740分开的两个凸台729a和729b。在每个凸台729a和729b中有插塞737a和737b，这些插塞接纳止回阀728a和728b。每个止回阀728a、728b包括一个圆盘731a、731b和一个弹簧732a、732b。可以使用其他类型的止回阀728a、728b，包括但不限于带式止回阀、球式止回阀以及锥体型。滑柱729被一个弹簧736从该控制轴向外偏置。一个由控制单元708控制的致动器761控制该控制阀763的位置。在所示位置中，流体从高压缩比管线67流到第二端口738b、流经中央心轴740的中央心轴孔洞740a、流经第一凸台729a、流经第一止回阀728a、并且流经第一端口738a到达低压缩比管线68。第二止回阀728b防止反方向的流体流动。这些止回阀728a、728b消除了对中央管线9和对中央管线9与高压缩比管线67和低压缩比管线68之间的流动进行控制的止回阀65、66的需要。
因此，应当理解在此说明的本发明的这些实施例仅仅是对本发明原理的应用的说明。在此提及的所说明的实施例的细节无意限制权利要求的范围，这些权利要求本身引述了被认为对于本发明必不可少的那些特征。

Claims (21)

1.一种可变压缩比活塞***，包括：
发动机的至少一个发动机活塞组件，每个发动机活塞组件包括：
被滑动地接纳在该发动机的发动机汽缸中的一个发动机活塞；
机械地联接至该发动机活塞上的一个第一控制活塞，该第一控制活塞在一个第一控制活塞孔中致动，该第一控制活塞和该第一控制活塞孔限定了一个第一腔室；
机械地联接至该发动机活塞上的一个第二控制活塞，该第二控制活塞在一个第二控制活塞孔中致动，该第二控制活塞和该第二控制活塞孔限定了一个第二腔室；
将液压流体供应至该第一腔室并且将液压流体从该第一腔室中排出的一条低压缩比管线；以及
将液压流体供应至该第二腔室并且将液压流体从该第二腔室中排出的一条高压缩比管线；以及
一个控制***，该控制***包括至少一个控制阀以及控制该控制阀的位置的至少一个致动器，该控制***选择性地准许液压流体在该高压缩比管线与该低压缩比管线之间流动；
其中，当该控制阀处于第一位置中时，准许第一净流量的液压流体通过该高压缩管线、该控制阀以及该低压缩管线从该第二腔室流到该第一腔室而使得该第一净流量抬高该第一控制活塞孔中的第一控制活塞并且降低该第二控制孔中的第二控制活塞以便降低该发动机活塞，从而将该发动机活塞的压缩比朝向低压缩比状态减小；并且
其中，当该控制阀处于第二位置中时，准许第二净流量的液压流体通过该低压缩管线、该控制阀以及该高压缩管线从该第一腔室流到该第二腔室而使得该第二净流量抬高该第二控制活塞孔中的第二控制活塞并且降低该第一控制孔中的第一控制活塞以便抬高该发动机活塞，从而将该发动机活塞的压缩比朝向高压缩比状态增大。
2.如权利要求1所述的可变压缩比活塞***，其中，当该控制阀处于第三位置中时，该控制***防止液压流体通过该高压缩管线、该控制阀以及该低压缩管线在该第一腔室与该第二腔室之间流动，由此维持该发动机活塞的压缩比。
3.如权利要求1所述的可变压缩比活塞***，其中，该致动器是联接至该控制阀上的一个可变力螺线管，该控制***进一步包括：
用于控制该可变力螺线管的通电状态的一个发动机控制单元；
一个第一止回阀，该第一止回阀准许液压流体流到该高压缩比管线但是防止液压流体从该高压缩比管线中流出；
一个第二止回阀，该第二止回阀准许液压流体流到该低压缩比管线但是防止液压流体从该低压缩比管线中流出；以及
一条中央管线，该中央管线准许液压流体从该控制阀流到该第一止回阀和该第二止回阀。
4.如权利要求3所述的可变压缩比活塞***，其中，该控制阀进一步包括：
一个控制阀本体，该控制阀本体接收来自液压流体源的液压流体并且具有一个控制阀孔；
一个滑柱，该滑柱滑动地接纳在该控制阀孔中并且包括一个第一凸台和一个第二凸台；以及
一个控制阀弹簧，该控制阀弹簧使该滑柱从该控制阀孔向外偏置。
5.如权利要求4所述的可变压缩比活塞***，其中，当该控制阀处于该第一位置中时，该第一凸台阻挡液压流体从该低压缩比管线流到该中央管线而使得通过该高压缩流体管线从该第二腔室流到该第一腔室、流到该控制阀、流到该中央管线、流到该第一止回阀、流到该低压缩比管线的一个净流量的液压流体抬高该第一控制活塞孔中的第一控制活塞并且降低该第二控制孔中的第二控制活塞以便降低该发动机活塞，从而将该发动机活塞的压缩比朝向该低压缩比状态减小。
6.如权利要求4所述的可变压缩比活塞***，其中，当该控制阀处于该第二位置中时，该第二凸台阻挡液压流体从该高压缩比管线流到该中央管线而使得通过该低压缩流体管线从该第一腔室流到该第二腔室、流到该控制阀、流到该中央管线、流到该第二止回阀、流到该高压缩比管线的一个净流量的液压流体抬高该第二控制活塞孔中的第二控制活塞并且降低该第一控制孔中的第一控制活塞以便抬高该发动机活塞，从而将该发动机活塞的压缩比朝向该高压缩比状态增大。
7.如权利要求4所述的可变压缩比活塞***，其中，当该控制阀处于第三位置中时，该第一凸台和该第一止回阀阻挡液压流体从该低压缩比管线流出，并且该第二凸台和该第二止回阀阻挡液压流体从该高压缩比管线流到该中央管线，由此防止从该第一腔室和该第二腔室的流动以便维持该发动机活塞的压缩比。
8.如权利要求1所述的可变压缩比活塞***，进一步包括位于该第一腔室中、用于使该可变压缩比活塞***朝向该低压缩比状态偏置的一个控制活塞偏置弹簧。
9.如权利要求1所述的可变压缩比活塞***，进一步包括位于该第二腔室中、用于使该可变压缩比活塞***朝向该高压缩比状态偏置的一个控制活塞偏置弹簧。
10.如权利要求4所述的可变压缩比活塞***，进一步包括一个入口止回阀，该入口止回阀位于该控制阀与该液压流体源之间、用于准许液压流体从该液压流体源流到该控制阀但是防止液压流体从该控制阀流到该液压流体源。
11.如权利要求1所述的可变压缩比活塞***，其中该至少一个发动机活塞组件包括多个发动机活塞组件。
12.如权利要求11所述的可变压缩比活塞***，其中该至少一个控制阀包括单一的控制阀。
13.如权利要求11所述的可变压缩比活塞***，其中该至少一个控制阀包括数量与该多个发动机活塞组件相等的多个控制阀，每个发动机活塞由该多个控制阀中的一个控制阀控制。
14.如权利要求1所述的可变压缩比活塞***，其中每个发动机活塞组件进一步包括：
具有该第一控制活塞孔和该第二活塞孔的一个连接杆；
将该连接杆联接至该发动机活塞上的一个偏心轴承；
将该第一控制活塞联接至该偏心轴承上的一个第一链接杆；以及
将该第一控制活塞联接至该偏心轴承上的一个第二链接杆。
15.如权利要求1所述的可变压缩比活塞***，其中液压流体的流动是通过来自惯性的力和作用于曲轴上的来自该发动机的运行的燃烧力进行交替而致动的。
16.如权利要求1所述的可变压缩比活塞***，其中该致动器是一个调压控制***。
17.如权利要求1所述的可变压缩比活塞***，其中该致动器是一个差压控制***。
18.如权利要求1所述的可变压缩比活塞***，其中，该控制阀进一步包括：
一个控制阀本体，该控制阀本体接收来自液压流体源的液压流体并且具有一个控制阀孔；
滑动地接收在该控制阀孔中的一个滑柱，该滑柱包括一个第一凸台和一个第二凸台并且在该滑柱的第一端中具有一个第一插塞且在该滑柱的与该第一端相反的第二端中具有一个第二插塞；
被接收在该滑柱的第一插塞中的一个第一止回阀；
被接收在该滑柱的第二插塞中的一个第二止回阀；以及
使该滑柱从该控制阀孔向外偏置的一个控制阀弹簧。
19.一种用于改变在可变压缩比活塞***中的发动机的发动机汽缸中所接纳的至少一个发动机活塞的压缩比的方法，该可变压缩比活塞***进一步包括：机械地联接至该发动机活塞上的一个第一控制活塞，该第一控制活塞在一个第一控制活塞孔中致动，该第一控制活塞和该第一控制活塞孔限定了一个第一腔室；机械地联接至该发动机活塞上的一个第二控制活塞，该第二控制活塞在一个第二控制活塞孔中致动，该第二控制活塞和该第二控制活塞孔限定了一个第二腔室；将液压流体供应至该第一腔室并且将液压流体从该第一腔室中排出的一条低压缩比管线；将液压流体供应至该第二腔室并且将液压流体从该第二腔室中排出的一条高压缩比管线；以及包括至少一个控制阀的一个控制***，该控制***选择性地准许液压流体在该低压缩比管线与该高压缩比管线之间流动，该方法包括以下步骤：
a)测量该发动机上的负载；
b)基于该发动机上的负载来计算针对该至少一个发动机活塞的压缩比状态；
c)调整该控制阀以准许该可变压缩比活塞***朝向该压缩比状态移动；并且
d)在该可变压缩比活塞***到达该压缩比状态时将该控制阀调整至第三位置；
其中，当该控制阀处于第一位置中时，准许第一净流量的液压流体通过该高压缩管线、该控制阀以及该低压缩管线从该第二腔室流到该第一腔室而使得该第一净流量抬高该第一控制活塞孔中的第一控制活塞并且降低该第二控制孔中的第二控制活塞以便降低该发动机活塞，从而将该发动机活塞的压缩比朝向低压缩比状态减小；
其中，当该控制阀处于第二位置中时，准许第二净流量的液压流体通过该低压缩管线、该控制阀以及该高压缩管线从该第一腔室流到该第二腔室而使得该第二净流量抬高该第二控制活塞孔中的第二控制活塞并且降低该第一控制孔中的第一控制活塞以便抬高该发动机活塞，从而将该发动机活塞的压缩比朝向高压缩比状态增大；并且
其中，当该控制阀处于第三位置中时，该控制***防止液压流体通过该低压缩管线、该控制阀以及该高压缩管线在该第一腔室与该第二腔室之间流动，由此维持该发动机活塞的压缩比。
20.如权利要求19所述的方法，其中步骤c)包括将一个可变力螺线管通电以调整该控制阀的位置的一个子步骤。
21.如权利要求19所述的方法，其中液压流体的流动是通过将来自惯性的力和作用于曲轴上的来自该发动机的运行的燃烧力进行交替而致动的。
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