CN111577454A - 具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，属于发动机技术领域。本发明解决了现有发动机对燃料要求过高、发动机爆震、压缩比难调节、二冲程发动机机油和燃油混合燃烧、排放污染严重、四冲程发动机工作效率不高的缺陷等问题。具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机其特征是：特殊活塞大端面同步压缩的高压气体，经过压缩气通道，存储在独立燃烧室，燃料在独立燃烧室里燃烧，燃烧后膨胀的高温高压气体，做功于特殊活塞的小端面。本发明具备在现有相同条件下，发动机功率增加一倍以上（或是节约燃料一倍以上），发动机热效率到达50%以上，燃烧效果佳，节能等诸多优点，具有良好的经济效益及广阔的市场前景。

Description

具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体为一种具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机。

背景技术

按照完成一个工作循环所需的冲程数，发动机可分为四冲程发动机和二冲程发动机。在四冲程发动机中，曲轴每旋转两圈(720度)，活塞往复移动两次，发动机完成一个工作循环，即每个冲程完成一个工作循环。而在二冲程发动机中，曲轴每旋转一圈(360度)，活塞往复移动一次，发动机完成一个工作循环，即每两个冲程完成一个工作循环。

现有四冲程发动机有一个吸气冲程和压缩冲程，它的存在从根本上降低了发动机的工作效率，增加了负荷，爆发性难以得到有效提高。

现有二冲程发动机曲轴每旋转一圈，就有一个做功冲程，因此，在转速、进气条件等因素相同的条件下，理论上二冲程发动机所能产生的功率应该等于相同工作容积四冲程发动机产生功率的两倍。但因二冲程发动机废气排出不完全，且扫气口先于排气口关闭而产生额外排气，而且气压难以提高；实际上二冲程发动机的性能并不理想，而且有油未经燃烧就排了出去，造成浪废和污染。

现有发动机压缩室与燃烧室在同一空间，为了避免爆震的产生，不同压缩比的发动机对于燃料要求很高，对于喷油提前角度要求很高，还有复杂的点火系统，即使这样，还是不能完全避免爆震的产生。

现有发动机的压缩室与燃烧室在同一个空间，因此有限的燃烧后的高温高压气体，只能做功于同一活塞端面，无法将热能最大化转为动力而损失资源。

克服现有多冲程发动机的缺陷，发挥二冲程发动机的优势即是本发明的切入点。

发明内容

本发明的目的是，让燃料在高温高压的独立燃烧室里面充分燃烧，减少废物排放，消除爆震的危害，降低对燃料的要求，使相同容量燃烧后的高温高压气体，作用于小面积的活塞端面，就能增加成倍的动力输出，在现有相同条件下，使同样的燃料能成倍增加输出的动力，反之，在现有输出动力不变的情况下，可以成倍节约燃料的损耗，尽量降低发动机的无功工作和无效负荷，极力提高发动机的工作效率和动力性能，提高燃油效率；本发明二冲程发动机由特殊活塞同步提供高压气体，燃料在独立的燃烧室里面燃烧，将进气和做功合并到一个做功冲程，将压缩和排气合并到一个排气冲程，这样两个冲程就完成了发动机的一个工作循环，从而达到提高工作效率，提升动力性能，增强爆发性的目的。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，特殊活塞同步提供高压压缩气体，将进气和做功合并到一个冲程，再加上一个排气冲程，这样两个冲程就完成了发动机的一个工作循环。

进一步地，由具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，包括曲柄连杆机构、润滑系统、冷却系统、起动系统、燃料供给和控制系统、配气机构，其特征是：曲轴上连接有联杆，所述联杆上端与大活塞连接，所述大活塞在大气缸内壁做上下相对运动，与所述曲轴同步，吸入的气体在压缩室内被压缩，所述大活塞上有大活塞环，所述大活塞与小活塞是一个整体，行程一致，内部有润滑相通，所述小活塞上有小活塞环，所述大气缸上面连接的是小气缸，所述小活塞在所述小气缸内壁做上下相对运动，所述小气缸侧壁有进气通道，所述小气缸内有压缩气通道，所述压缩气通道里有下单向阀、上单向阀，所述小气缸里有进气门的过孔，所述小气缸的中间是工作室，所述小气缸上面连接缸盖，所述缸盖中有独立燃烧室，所述缸盖上面安装有高压喷嘴，所述高压喷嘴外接高压共轨，喷油量由ECU控制，给燃烧室喷燃料，所述缸盖里面有中间气门，所述缸盖里面有进气门的过孔，所述缸盖里面有排气门，所述缸盖上方安装有凸轮轴，所述凸轮轴上安装有中间气门凸轮、进气门凸轮、排气门凸轮，所述进气门通过所述进气门凸轮控制，所述下单向阀通过弹簧和气压控制，所述上单向阀通过弹簧和气压控制，所述中间气门通过所述中间气门凸轮控制、所述排气门通过所述排气门凸轮控制。

上述具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机的工作方法，包括以下步骤：

S1，以所述大活塞在上止点1为起点，所述曲轴这时为0度，所述中间气门已开启，来阐述工作过程，所述曲轴从0度开始，顺时针旋转，带动所述大活塞从上止点1向下止点1运动，所述独立燃烧室与所述工作室联通，所述进气门开启，空气被吸入所述压缩室；

S2，空气被吸入所述压缩室，所述曲轴旋转到179度位置，所述排气门打开，所述曲轴旋转到180度位置，所述大活塞下行至下止点1位置，所述进气门关闭，所述曲轴旋转到220度位置附近，所述下单向阀打开，所述曲轴旋转到280度位置附近，所述中间气门关闭，所述曲轴旋转到324度位置附近，所述上单向阀打开，所述排气门关闭，所述曲轴旋转到359度位置，所述上单向阀关闭，此时、所述独立燃烧室里面的温度在700度左右，所述高压喷嘴开始喷燃料，燃料开始自燃，所述曲轴旋转到360度位置，所述下单向阀关闭，所述中间气门打开，所述独立燃烧室与所述工作室联通，高温高压的燃烧气体推动所述小活塞向下运动，通过所述大活塞、所述连杆使所述曲轴旋转做功，至所述小活塞到达下止点2时做功结束；

S3，在压缩行程开始后，废气在自身剩余压力和在所述活塞推动下，被排出所述小气缸里面的工作室，所述曲轴旋转到324度附近时，所述排气门关闭，排气结束，所述小活塞继续上行，将废气压缩到一定程度，用于弥补空隙，减小气压差，迎接下一次的做功开始。

本发明的有益效果为：

1，二冲程发动机较四冲程发动机少了两个冲程，动力性能更好，效率更高，爆发力得到大幅度增强，且结构简单，体积小，重量轻；

2，与传统发动机相比，不需要提前点火，燃烧在独立燃烧室里进行，消除了爆震现象，避免了不完全燃烧和污染，燃烧效率大幅度提高，降低了对燃料的要求；

3，在独立燃烧室燃烧后的高温高压气体，作用于活塞的小端面上，根据压强公式计算可得，相比于传统的活塞面积小多少，动力就增加多少，成反比例，极大的提高了相同燃料的动力输出，在现有相同的动力输出条件下，极大的减轻了发动机的重量，节约了燃料消耗。

附图说明

图1是具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机有2个压缩气通道和1个高压喷嘴的结构示意图；

图2是具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机有1个压缩气通道和1个高压喷嘴的结构示意图；

图3是具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机有2个压缩气通道和2个高压喷嘴的结构示意图；

图4是具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机的特殊活塞结构示意图。

Claims (10)

1.具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，其特征在于，特殊活塞同步提供高压气体，燃料在独立的燃烧室里面燃烧，将进气和做功合并到一个做功冲程，将压缩和排气合并到一个排气冲程，这样两个冲程就完成了发动机的一个工作循环。

2.具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，包括曲柄连杆机构、润滑系统、冷却系统、起动系统、燃料供给和控制系统、配气机构，其特征在于：曲轴(1)上连接有联杆（2），所述联杆（2）上端与大活塞（4）连接，所述大活塞（4）在大气缸（3）内壁做上下相对运动，与所述曲轴（1）同步，吸入的气体在压缩室（5）内被压缩，所述大活塞（4）上有大活塞环（20），所述大活塞（4）与小活塞（17）是一个整体，行程一致，内部有润滑相通，所述小活塞（17）上有小活塞环（18），所述大气缸（3）上面连接的是小气缸（15），所述小活塞（17）在所述小气缸（15）内壁做上下相对运动，所述小气缸（15）侧壁有进气通道（7），所述小气缸（15）内有压缩气通道（8），所述压缩气通道（8）里有下单向阀（6）、上单向阀（9），所述上单向阀（9）与独立燃烧室连接，所述小气缸（15）里有进气门（19）的过孔，所述小气缸（15）的中间是工作室（16），所述小气缸（15）上面连接缸盖（11），所述缸盖（11）中有独立燃烧室（10），所述缸盖（11）上面安装有高压喷嘴（12），所述高压喷嘴（12）外接高压共轨，给所述独立燃烧室（10）喷燃料，所述缸盖（11）里面有中间气门（14），所述缸盖（11）里面有进气门（19）的过孔，所述缸盖（11）里面有排气门（24），所述缸盖（11）上方安装有凸轮轴（26）， 所述凸轮轴（26）上安装有中间气门凸轮（13）、进气门凸轮（22）、排气门凸轮（23），所述进气门（19）通过所述进气门凸轮（22）控制，所述下单向阀（6）通过弹簧和气压控制，所述上单向阀（9）通过弹簧和气压控制，所述中间气门（14）通过所述中间气门凸轮（13）控制、所述排气门（24）通过所述排气门凸轮（23）控制。

3.一种如权利要求1或2所述的具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机的工作方法，包括以下步骤：

S1，以所述大活塞（4）在上止点1为起点，所述曲轴（1）这时为0度，来阐述工作步骤，所述曲轴（1）从0度开始，顺时针旋转，带动所述大活塞(4)从上止点1向下止点1运动，所述中间气门（14）已开启，所述独立燃烧室（10）与所述工作室（16）联通，所述进气门(19)开启，空气被吸入所述压缩室（5）；

S2，空气被吸入所述压缩室（5），所述曲轴（1）旋转到179度位置，所述排气门（24）打开，所述曲轴（1）旋转到180度位置，所述大活塞(4)下行至下止点1位置，所述进气门(19)关闭，所述曲轴（1）旋转到220度位置附近，所述下单向阀（6）打开，所述曲轴（1）旋转到280度位置附近，所述中间气门（14）关闭，所述曲轴（1）旋转到324度位置附近，所述上单向阀（9）打开，所述排气门（24）关闭，所述曲轴（1）旋转到359度位置，所述上单向阀（9）关闭，此时、所述独立燃烧室（10）里面的温度在700度左右，所述高压喷嘴（12）开始喷燃料，燃料开始自燃，所述曲轴（1）旋转到360度位置，所述下单向阀（6）关闭，所述中间气门（14）打开，所述独立燃烧室（10）与所述工作室（16）联通，高温高压的燃烧气体推动所述小活塞（17）向下运动，通过所述大活塞（4）、所述连杆（2）使所述曲轴(1)旋转做功，至所述小活塞（17）到达下止点2时做功结束；

S3，在压缩行程开始后，废气在自身剩余压力和在所述活塞(17)推动下，被排出所述小气缸（15）里面的工作室（16），所述曲轴（1）旋转到324度附近时，所述排气门（24）关闭，排气结束，所述小活塞（17）继续上行，将废气压缩到一定程度，用于弥补空隙，减小压差，迎接下一次的做功开始。

4.根据权利要求1，2，所述的具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，其特征在于：所述的大活塞、小活塞是一个整体，大活塞、小活塞的尺寸，大活塞、小活塞的行走行程，根据需要而设计，数目为1个独立或多个。

5.根据权利要求1，2，所述的具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，其特征在于：所述的大气缸、小气缸的数目为1个独立或多个排列。

6.根据权利要求1，2，所述的具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，其特征在于：所述的独立燃烧室可以设计成不同形状放在适当位置，高压喷嘴与独立燃烧室配合安放，高压喷嘴数量和喷油次数根据需要决定，喷油量和时间都通过ECU控制。

7.根据权利要求1，2，所述的具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，其特征在于：所述的进气通道、进气门、压缩气通道、中间气门、排气门、排气通道、凸轮轴、凸轮的数目为1个或多个，可以设计成不同形状放在适当位置。

8.根据权利要求1，2，所述的具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，其特征在于：所述的气门和单向阀的控制方法可以是凸轮、弹簧、气压、也可以是电磁铁，全部采用电磁铁，就可以取消凸轮轴和凸轮，也可配合使用。

9.根据权利要求1，2，所述的具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，其特征在于：所述的燃料包含但不限于柴油、汽油、乙醇，对于自燃温度太高的燃料，增设点火装置。

10.根据权利要求3，所述的具有独立燃烧室、特殊活塞和同步增压的二冲程发动机，其特征在于：其可以应用现有四冲程发动机上的连续可变气门正时机构，通过改变凸轮轴的角度从而改变凸轮轴上的进气门凸轮、中间气门凸轮、排气门凸轮的相位来控制其驱动的进气门、中间气门、排气门的开启、闭合的正时，进而可以改变发动机的压缩比和膨胀比，能够使发动机实现从等膨胀模式到多种超膨胀模式之间的多模态连续转换。

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