[00112567]一种新型的二行程汽缸活塞式发动机

　　将四行程改成二行程 　　一种新型的二行程汽缸活塞式发动机 　　中国专利号201020286088.5 　　将四行程改成二行程,无疑是内燃机领域的一次革命。本发明一种二行程汽缸活塞式发动机既发扬了二行程汽缸活塞式发动机和四行程汽缸活塞式发动机的优点，又克服了二行程发动机和与四行程发动机技术存在的不足，与四行程发动机技术相比较，重量体积相等，其功率是四行程发动机的两倍。制造同等功率的二行程发动机，重量体积是四行程发动机的二分之一，节省耗材40％以上！此项技术的应用，可以通过部分改变四行程汽缸活塞式发动机的设计方案，制造二行程发动机。 　　四行程汽缸活塞式发动机，曲轴旋转720°做一次功。二行程汽缸活塞式发动机，曲轴旋转360°做一次功。在同一时间内，就其做功行程相比较，二行程比四行程整整多一倍，如果输出功率相等，二行程发动机的体积和重量只有四行程发动机的一半；如果重量体积相等，二行程发动机的功率则等于四行程发动机的两倍,动力更强劲。但是，由于二行程汽缸活塞式发动机的显着特点，一是利用曲轴箱压缩空气，致使其润滑不良，气体不纯；二是以“扫气”的方法“换气”，致使其新鲜气体在换气过程中损失较多，进气不足，废气排放不彻底，混合气体燃烧不尽，排污过大，浪费燃料，三是气孔占据了一部分活塞行程，排气进气时间太短，排气进气不超过150度曲轴转角，做功时能量损失较大。因此，二行程发动机经济性较差。实际上二行程发动机的功率并不等于四行程发动机的两倍，只是1.5～1.6倍左右。可以说，四行程汽缸活塞式发动机的优点衬托出二行程汽缸活塞式发动机的不足，二行程汽缸活塞式发动机具有功率大而体积小的优点反衬出四行程汽缸活塞式发动机体积大而功率小之不足。 　　经过一百多年的研发，四行程汽缸活塞式发动机技术似乎到了极限，被冷漠了多年的二行程汽缸活塞式发动机技术被发动机设计师们重新提到了的日程，研发新型的二行程发动机。为发挥其二行程发动机功率大而体积小的优点，克服上述的的二行程发动机的缺点，另设置一套压缩空气的系统装置为二行程发动机提供压缩空气，用纯空气扫气，加上燃油直喷，“按需供油、分层扫气、富氧燃烧、恒定压缩”已成为当代发动机设计师们研发新型二行程发动机的基本设计思想，虽然各种具体方法不尽相同。 　　但是，这种基本设计思想，在往复式发动机存在的时空矛盾面前，还是无能为力。另设置一套压缩空气的系统装置这一方法，仅仅解决了传统的二行程汽缸活塞式发动机“利用曲轴箱压缩空气”存在的弊端；“用纯空气扫气”，包括“分层扫气”，包括一种新型的叫做“OPOC”的二冲发动机，“直流扫气”，则还是以“扫气”的方法“换气”， 即新鲜的压缩空气与排放的废气没有隔开，排气与进气没有分开，其结果还是新鲜空气在换气过程中损失较多，废气排放不彻底，混合气体燃烧不尽，排污过大，浪费燃料，没有解决气孔占据了一部分活塞行程，排气进气时间太短，排气进气不超过150度曲轴转角的难题。这与传统的二行程汽缸活塞式发动机以“扫气”的方法“换气”相比较，没有实质性的进步。其结构也无法使“按需供油”，“燃料直喷”，“ 恒定压缩”，“ 富氧燃烧”等达到其理想的效果。 　　本发明一种新型二行程汽缸活塞式发动机，既发扬了二行程和四行程发动机的优点，又克服了二行程和与四行程汽缸活塞式发动机技术存在的不足。其原理，下面从分析往复式发动机存在的时空矛盾入手，给予说明。 　　二行程和四行程发动机，可称为往复式发动机，其特点，（1）由于活塞运动，产生压缩空气；（2）在压缩空气中加注燃料直接燃烧，增加压缩空气所带的热能；（3）汽缸内生成的高温高压混和气体推动活塞连杆做有用功。为了使燃料的化学能通过燃烧最后变为机械能，发动机必须经过一系列的连续工作过程，即进气、压缩、做功、排气。每完成一次这一系列的连续工作过程，称为一个工作循环。活塞往复四个行程完成一个工作循环、曲轴旋转720°做一次功，称为四行程发动机。这四个行程中只有一个行程是做功的，其它三个行程是消耗动力为做功做准备的行程。为了减少消耗动力的行程，于是产生了二行程发动机，即现在公认的二行程发动机。可以称之为传统的二行程发动机。即在同一汽缸这个特定的空间内需要四个行程即曲轴旋转720°（时间）才能完成的进气、压缩、做功、排气这一系列的连续工作过程，由二个行程即曲轴旋转360°（时间）来完成。显然，二行程发动机，活塞在汽缸内“下行做功”与四行程发动机活塞在汽缸内“下行做功”这一个行程完全相同，不同的是二行程发动机的活塞在汽缸内上行这一个行程的时间内，要完成四行程发动机由四个行程中的其它三个行程完成的“排气→进气→压缩”，这在时间和空间上确实发生了矛盾。显然，汽缸内的废气的排出，与组织新鲜空气和燃料混合燃烧之间存在着矛盾，这个矛盾可以称之为往复式发动机的时空矛盾。是制约二行程发动机技术发展的瓶颈。传统的二行程解决时空矛盾的方法弊端太多，上已说明。 　　如何突破传统的二行程发动机技术以“扫气”的方式解决二行程发动机“换气”存在的时空矛盾的方法，克服传统的以“扫气”的方法“换气”存在的种种弊端，用二个行程来实现需要四个行程完成的做有用功的目的？达到象四行程发动机那样的效果？是突破传统的二行程发动机技术的关键。当代发动机设计师们研发新型二行程发动机的基本设计思想，还是没有解决上述的往复式发动机的这个时空矛盾。 　　那么，采用怎样的方法，能够行之有效地解决二行程发动机存在的时空矛盾，克服传统的二行程发动机存在的弊端， 　　本发明一种二行程发动机所采用的技术方案是：压缩的时间由增设的空间来补偿。下面以将单缸四行程改造成二行程为例，具体说明本发明以增设空间来补偿压缩的时间的方法。 　　其一，设置一个汽缸盖，密封汽缸的顶部。在其汽缸盖内设置一个可以适时密封的燃烧室：活塞上行，推动气缸内的废气排出的同时，正时偏心轮推动汽泵内的压缩空气携带燃料进入密封的燃烧室储存；活塞到达上止点的瞬间，令火花塞将燃烧室内的混合气体点燃，由此产生高温高压气体推动活阀上行的同时从高温高压气体喷射孔喷出推动活塞下行做功。在其汽缸盖内设置一个可以适时密封的燃烧室，是克服传统的二行程发动机以新鲜空气替换废气即"扫气"、"换气"的方法所导致的弊端，具有唯一性的方法！其汽缸盖的实施方法有多种可选择； 　　其二，设置一个汽缸底，密封汽缸的汽缸底部。在汽缸底上设置有一个新鲜空气的进气口和一个压缩空气的出气口。其压缩空气的出气口与气泵联通；汽缸底的设置，使活塞将其汽缸分隔成可密封的上气室和下气室：活塞在上气室上行排气，下行作功；活塞在下气室上行吸进空气，下行压缩空气； 　　其三，设置一个活塞杆。其活塞杆穿过汽缸底将气缸内的活塞与传统的连杆连接。活塞杆使活塞在气缸内的上下运动是真正的直线运动； 　　其四，设置一个汽缸体。其汽缸体的顶部安装汽缸盖，其汽缸体的底部安装汽缸底；原四行程发动机的汽缸体只是作为二行程样机的机座被利用； 　　其五，设置一个气泵和一个正时偏心轮；气泵的进气口与汽缸底上的压缩空气的出气口与气泵联通，气泵的出气口与可密封的燃烧室的压缩空气的进气口联通； 　　将上述设置组装成一个整体，替换四行程发动机的汽缸盖，至此四行程已被改成二行程。即利用四行程的连杆、曲轴、曲轴箱、汽缸体、活塞等部件，作为二行程发动机的机座，将四行程改成二行程，制造二行程样机。其二行程发动机的工作原理及工作过程是： 　　活塞在汽缸内由下止点开始上行。活塞由下止点上行的过程中，活塞的顶部将汽缸的上气室的废气从设置在密封的燃烧室的室外的排气通道直接排出，活塞的底部将新鲜空气从新鲜空气的进气口吸进到汽缸内的下气室；真空泵在主轴转动45°的时间内将密封的燃烧室抽成真空，接着由设置在主轴上的正时偏心轮推动气泵将压缩空气（携带燃料）压缩进入密封的燃烧室，由此混合气体在密封的燃烧室内生成、储存； 　　活塞到达上止点，汽缸的下气室的负压消失，在汽缸底上设置的新鲜空气的进气口在弹簧的作用下自动关闭；活塞到达上止点，汽缸的上气室的废气已经排出干净；活塞到达上止点，储存在密封的燃烧室内的混合气体被点燃，由此生成高温高压气体；其高温高压气体，瞬间推动废气排气口单向阀自动关闭废气排气口的同时，从燃烧室的高温高压气体喷射孔喷出在上气室推动活塞下行做功； 　　活塞由上止点下行即做功。活塞在由上止点下行做功的同时，活塞的底部压缩储存在下气室的新鲜空气，推动压缩空气的出气口单向阀，到气泵内储存。 　　活塞到达下止点，作功行程结束，压缩空气完成；活塞到达下止点，压缩空气的出气口单向阀在其弹簧的作用下回位，制动关闭其压缩空气的出气口；活塞到达下止点，汽缸内的上气室的压力降低，在燃烧室内的高温高压气体的推动下自动关闭废气排气口的单向阀在其弹簧的推动下回位，使废气排气通道自动开启，废气开始排出；活塞再由下止点上行，汽缸的下气室的产生负压，使新鲜空气的进气口开启……如此循环往复。 　　由此可见，活塞的顶部在汽缸的上气室，进行 "做功→ 排气→ 做功→ 排气" 这二个行程的循环，曲轴旋转 360°做一次功；活塞的底部在汽缸的下气室进行 "进气、压缩、进气、压缩" 这二个行程的循环，为燃烧室生成混合气体提供所需的压缩空气：活塞上行即进气，活塞下行即压缩空气，即将其空气压缩进气泵。其间的进气、排气由单向阀在其弹簧和气压的相互作用下自动控制，废除其四行程发动机的进气门和排气门及其传动装置。 　　按上述设置的空间结构，将四行程改成二行程，即以增设空间的方法来补偿压缩的时间，从而彻底解决了传统的二行程汽缸活塞式发动机“利用曲轴箱压缩空气”和汽缸“换气”存在的时空矛盾。既发扬了二行程汽缸活塞式发动机和四行程汽缸活塞式发动机的优点，又克服了二行程汽缸活塞式发动机和与四行程汽缸活塞式发动机技术存在的不足，这种将压缩的时间由增设的空间来补偿这一方法具有唯一性。 　　由其可以密封的燃烧室的设置，汽缸内的废气在密封的燃烧室的室外直接排出的同时，混合气体可以在密封的燃烧室内生成、储存； 　　由其汽缸底的设置，活塞上行将汽缸内的废气排出的同时，新鲜空气能够进入汽缸内储存，并且将储存在气泵内的压缩空气压缩进入燃烧室，活塞下行做功的同时，能够将新鲜空气压缩到气泵内储存； 　　由其活塞杆的设置，使活塞在汽缸内的上下往复运动，不再是摆动式的上下往复运动，而是真正的直线式上下往复运动； 　　由其汽泵的设置，使在汽缸内的下气室生成的压缩空气经过汽泵的这个中转站再进入燃烧室，即由汽泵这一空间补偿将四行程压缩成二行程的所压缩的时间； 　　本发明一种新型二行程汽缸活塞式发动机技术，可以通过部分修改四行程的设计而应用。本发明一种二行程汽缸活塞式发动机与四行程发动机技术相比较，制造同等功率的二行程发动机节省耗材40％以上！或者说重量体积相等，二行程发动机的功率则等于四行程发动机的两倍；不仅如此，还具有以下优点：1，燃烧室可抽成真空，不象四行程汽缸活塞式发动机燃烧室内还有残留的废气，进入燃烧室的新鲜空气充足、纯净，空气与燃料混合充分，混合气体燃烧完全；2，汽油、柴油、乙醇、天然气等不同燃料能够同机通用，不用改变其机械结构；3，可根据不同燃料的性质，对进入燃烧室的空气压缩比和空气燃料比分别进行调控，使发动机在不同工况下，燃烧室内的空气压缩比和混合气体的空气燃料比同时保持热能效率所要求的最佳比值； 　　本发明一种新型二行程汽缸活塞式发动机的工作过程及部件结构如下图所示。 　　本文作者：黄有文　2013．5．8