往复式发动机的时空矛盾及解决方法

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往复式发动机的时空矛盾及解决方法
中国专利号201020286088.5
往复式发动机，（1）由于活塞运动，气缸内产生压缩空气；（2）在气缸内的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）气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，其他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。即在同一气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。用二个行程如何实现需要四个行程完成的做有用功的目的？显然，二行程发动机，活塞在气缸内“下行做功”与四行程发动机活塞在气缸内“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气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。这个矛盾可以称之为往复式发动机的时空矛盾。
传统的二行程发动机解决往复式发动机的时空矛盾的方法是怎样的？一是利用曲轴箱压缩空气，二是利用新鲜空气在气缸内以“扫气”的方法“换气”， 即利用新鲜空气驱除气缸内的废气。这种方法的弊端太多。于是一些设计师想出了种种不同的方法。如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，“分层扫气”、 “用纯空气扫气”、“燃料直喷”等，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。尽管其各种具体方法不尽相同。
但是，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气缸活塞式发动机“利用曲轴箱压缩空气”存在的弊端；且不说另设置一套压缩空气的系统装置存在增大体积的弊端。而“分层扫气”、 “用纯空气扫气”， 即还是以“扫气”的方法“换气”， 这与传统的二行程发动机以“扫气”的方法“换气”相比较，没有实质性的进步。其结果，还是没有解决其排气进气不分开，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，且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。还是没有达到四行程气缸活塞式发动机那样用直接排出的方法将废气排出干净的效果。由此“燃料直喷”的优势被大大削减。
显然，气缸内的废气的排出，与新鲜空气和燃料的混合燃烧之间存在的时空矛盾，是制约二行程发动机技术发展的瓶颈。也由此可见，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，达到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。
那么，采用怎样行之有效的方法，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，达到象四行程发动机那样的效果？
本发明一种二行程发动机所采用的技术方案是，其一，在气缸盖内设置一个可密封的燃烧室，其二在气缸的底部设置一个可密封气缸的气缸底，气缸内的活塞将其气缸分隔成上气室和下气室。气缸内的活塞通过增设的活塞杆与传统的连杆连接。由此，使混合气体的生成和点火燃烧在密封的燃烧室的室内进行，而气缸内的废气在密封的燃烧室的室外直接排出，活塞的顶部在气缸内的上气室进行 "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；活塞的底部在气缸内的下气室进行 "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。活塞在气缸内上行排气的180°转角内，气泵内的压缩空气由增设的偏心凸轮推动气泵压缩进入密封的燃烧室，其间携带燃料进入密封的燃烧室。其可密封的燃烧室，由一个活阀与设置在气缸盖内的活阀槽构成。其燃烧室有一个与气缸相通的高温高压气体喷射孔。燃烧室内的可燃混合气体燃烧产生的高温高压气体推动其活阀离开高温高压气体喷射孔的同时从高温高压气体喷射孔喷射进入气缸推动活塞下行做功。设置其可密封的燃烧室的具体实施办法有若干个。本发明一种二行程发动机的进气、排气由单向阀调控，废除其四行程发动机的进气门和排气门及其传动装置。
本发明设计的巧妙的空间结构，彻底解决了传统的二行程气缸活塞式发动机“利用曲轴箱压缩空气”和气缸“换气”存在的时空矛盾。克服了以 "扫气"的方法"换气"存在的弊端。由四行程改成二行程，压缩的时间由空间来补偿。其方法具有唯一性。
本发明一种二行程气缸活塞式发动机既发扬了二行程气缸活塞式发动机和四行程气缸活塞式发动机的优点，又克服了二行程气缸活塞式发动机和与四行程气缸活塞式发动机技术存在的不足，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：
由设置的可密封的燃烧室，1，燃烧室可抽成真空，燃烧室内没有残留的废气，不象四行程气缸活塞式发动机燃烧室内还有残留的废气，进一步提高了混合气体的品质；2，氢气、气油、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；4，气缸内的废气在密封的燃烧室的室外直接排出，与燃烧室进气可同时进行，进入燃烧室的新鲜空气纯净，进气充足，与燃料混合充分，混合气体燃烧充分，燃烧完全；5，由设置的活塞杆，使活塞在气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；
本发明一种新型二行程气缸活塞式发动机原理性样机的制造，可以通过改造现在通用的四行程气缸活塞式发动机来实现，即利用四行程的连杆、曲轴、曲轴箱、气缸体、活塞、气缸套等部件，作为二行程发动机的机座，将四行程改成二行程；最佳方案是利用2缸四行程发动机改造成2缸二行程发动机。通过改造现在通用的 2 缸四行程气缸活塞式发动机〈 缸径×行程(毫米) 100×106〉，利用其四行程的发动机座及其连杆、曲轴、曲轴箱，制造二行程原理性样机，需加工的主要零部件共28个。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　2012．3．6
电话：15072409706   cccfw@163.com

全新的总体设计组装

制造二行程原理性样机，需加工的主要零部件共28个

一种新型的二行程汽缸活塞式发动机工作过程示意图-2

一种新型的二行程汽缸活塞式发动机工作过程示意图-1