CN117167135A - 预置式扫气循环模式及其两冲程绝热内燃机 - Google Patents

Abstract

预置式扫气循环模式及其两冲程绝热内燃机，属于机械电子领域。所涉结构包括：做功活塞、压缩活塞、燃烧做功气缸、压缩供气气缸、燃烧室、汽缸排气口、汽缸进气口、动力输出轴、气缸通道、隔离气门、支架结构体；建立运行周期相同独立的燃烧做功气缸及压缩供气气缸、扫气过程；且被带有隔离气门的连通管道连通，包括：压燃预置式扫气循环模式和点燃预置式扫气循环模式；建立压缩供气气缸的顶部及盖部加工凸起互相穿插的强冷却构造、压燃预置半膨胀式输气模式，其气缸通道的隔离气门的开关模式是带有延时触发单脉冲或双脉冲模式，适应于高压缩比及深度绝热的内燃机环境，极大的提高了内燃机的工作效率，广泛应用于汽油及柴油机中。

Description

预置式扫气循环模式及其两冲程绝热内燃机

[技术领域]

本发明属于机械、电子技术领域，使用绝热及传热的一对气缸，实现燃烧做功气缸与压缩供气气缸分离；使得在燃烧做功阶段使用燃烧做功气缸，而在吸气及压缩阶段使用压缩供气气缸；适应高压缩比下的绝热运行环境，大大的提高了热机效率。

[背景技术]

关于与本发明类似的技术：增加压缩供气气缸的尝试，国内外早有研究(比如浙江大学约2005年,设计了一款具有独立供气的辅助气缸的4冲程内燃机)；尽管在理论上对绝热的支持将带来效率的提高；但存在诸多缺陷，还无法被采用。

这一思路引到了解决“绝热”内燃机的新的方式；是受益于解决进气的中冷问题的彻底解决；尽管采用压缩供气气缸来单独压缩空气或混合器，进气中冷被充分满足，但由于还坚持4冲程的模式，将使得内燃机的功率密度达不到更大的数值；另一方面，在4冲程方式下，所注入的压缩空气在燃烧做功气缸内将多停留1/4周期的时间，气体将被加热更长的时间，不利于中冷；另外，气门的驱动及结构的复杂性也将是无法避免。

内燃机热效率提高的历史背景：自19世纪诞生以来，内燃机的发展经理整个20世纪，在1930年代，热效率就已经接近了极限(汽油机：30％以上)，从此后就没有显示出巨大的突破！但从1974年以来，在全世界的发动机行业特别是柴油机行业中绝热技术正在蓬勃兴起，采用绝热技术以提高发动机的效率，其遵循的热力学原理是非常令人鼓舞的；根据卡诺循环的热效率可知，在高温热源T1和低温热源T3之间工作的热机，提高T1或降低T2均可以提高卡诺循坏的热效率。对于柴油机(其它类型的内燃机也一样)来讲，这就意味着燃烧室内的温度(高温热源)越高，其热效率相应就越高。在普通的柴油机中，由于燃烧系统的金属材料不可能承受太高的温度，只好采用冷却措施进行降温，结果降低的高温热源的温度，使发动机的热效率降低。如果在燃烧系统中采用既耐高温又隔热的材料如陶瓷等取代金属材料，减少柴油机高温热源的热损失和热传导，则可以提高柴油机高温热源的工作温度，因而就能提高柴油机的循环热效率，从节能的观点来讲，能改善发动机的燃油经济性。采用隔热材料形成低传热，低热损失的发动机即绝热发动机，由于实际上不可能实现“理想绝热”，因此也有“隔热”或“低传热”发动机的说法。另外，在实际应用中，大都采用陶瓷发动机，也有人干脆把这种发动机称为陶瓷发动机，但这并不意味着整个发动机的所有零部件全是用陶瓷材料制成的。

柴油机采用绝热以后，使得发动机的热损失得到重新分布，即排气热量大大增加，特别是限制了壁部热量传递，而使燃烧室壁部的传热显著减少，从而大大地减少了冷却循环所带走的热量。在这种情况下，就可以减少冷却循环系统的尺寸和重量，减小水泵功率和风扇尺寸，甚至可以取消冷却系统，这是绝热柴油机的一大优点。采用绝热后，使燃烧室壁面温度迅速提高，从而改善了冷起动条件，降低了碳烟和碳氢化合物的排放量，同时也缩短了着火延迟并降低了噪音，这是绝热柴油机的又一大优点。

但是，令人失望的是，并不像所预期的那样，绝热对发动机热效率的影响并不大，分析表明绝热给燃油消耗率仅带夹很小的影响。非增压柴油机采用绝热后，其燃油消耗率比传统的水冷式发动机没多大改善，而且随着发动机绝热程度的提高，输出功率则急剧下降。中冷增压发动机采用绝热后，与不绝热的发动机相比，功率虽有所提高，但燃油消耗率却改善甚少。上述现象的根本原因在于采取绝热措施后节省下来的能量并不能直接转化为活塞动力。对于这种现象，不少人用进气被加热而容积效率降低来解释。然而对传入活塞顶面热流量的测量结果表明：与铝合金相比，陶瓷材料在膨胀初期放热大，这只能认为是由于传热率的增大而导致的结果。同样还测量了排气门表面的热流量，得到的结论是：传入高温固体表面的热流量不能用常规的办法来预测。即使是陶瓷发动机，想利用提高表面温度把冷却热直接转换成活塞动力来输出都是不可能的。因此，通过底部循环回收绝热所节省下来的能量被认为是提高绝热发动机的功率和燃油经济性的一种最终手段。关于排气热量的回收有以下几点：燃气从气缸排出直至涡轮前，最大可损失50％的有效能量，所以排气系统的绝热对于排气能量的回收是很重要的。涡轮复合方法用于一般发动机可提高燃油经济性高达10％，而用于绝热发动机则可达13％左右。兰肯底循环用于绝热发动机可使热效率高达63％，功率增加22％左右。

绝热涡轮增压柴油机排气中的多余热能还可采用所谓的兰肯底循环予以回收。即通过余热锅炉产生蒸汽，驱动蒸汽涡轮，以回收更多的排气余热。这种发动机的燃油消耗率可达166g/kW·h，兰肯循环是由两个等压过程(加热和冷却)及两个绝热过程(膨胀和压缩)组成的最简单的蒸汽动力循环，所用工质一般为水蒸气，这种循环可使柴油机的功率和燃油经济性得到大幅度的提高。凡是不受体积和重量限制的场合，如发电、船船和机车等附加兰肯底循环，均能收到明显的经济效益。法国280CV型增压中冷柴油机采用绝热涡轮复合装置和绝热兰肯循环时热能利用率进行了比较，可以看出：如果发动机燃烧室壁面需热损失减少30％(包括机油和中冷的热损失)，则发动机总的热损失相应地可减少15～20％。如果用涡轮复合装置来回收排气能量，可使燃油消耗率下降约8％；而采用兰肯循环来回收排气能量，则可使燃油消耗率下降约15％。如果燃烧室壁面热损失减少60％，则发动机总的热损失相应地减少40～50％，已经证明，在这种情况下，采用兰肯循环可降低燃油消耗率20％。

但实验测量结果表明：绝热对发动机的自身循环的效率收益仅仅为1.0％。通过循环模拟计算，对绝热发动机热效益收益不大所做出的解释是：为了减少冷却损失，即使把燃烧室壁面换成传热率低的材料，但由于壁的热容量大，导致壁面温度上升而高位(高温度区间)循环；其结果并不能太大的降低绝热缸壁的吸热数量，热量仍然缓存在高温缸壁内，排气冲程时又释放出去了；其结果是：缸压的增加不明显，但排出的热量大大的增加了；造成缸壁只能“隔热”而不能“绝热”。而在燃挠室内壁温度上升情况下，进气、压缩冲程中的气体被更热的壁面加热，导致压缩功增大。由于膨胀功的增加部分是与此相反的，所以热效率几乎没有提高，其结果是排气损失热量明显增大。

由如上的讨论可知到目前为止，尽管国内外不少人都正在探索柴油机绝热这一复杂的问题，但据目前情况来看，绝热柴油机真正能否付诸实践仍需一段较长时间的验证，这就需要通过内燃机工作者以及有关人士的不懈努力来完成这一任务。目前，绝热发动机的研制设计工作搞得较为活跃的除了美国的寇明斯等公司外，日本的一些公司也正在积极地从事绝热发动机方面的有关研究工作，并已成功地制造出了陶瓷活塞、气门导管，甚至还加工出了陶瓷镀层的凸轮轴等。国内也曾一度打算进行此方面的研究工作，但由于种种原因，该项计划进展不快。据估计，人们正在拭目以持，盼望一场发动机新技术革命的到来。

对于4冲程汽油机的绝热研究，相比柴油机来说，国内外学者多持有否定态度：因为压缩循环的末期会导致更高的温度，易于导致汽油的爆震的突发燃烧，这也是汽油机无法承受超过15:1的压缩比的主要原因。

为抑制4冲程汽油机的爆震问题，目前普遍采用“中冷”技术：中冷技术就是：在对混合气体的进入气缸燃烧前的中间过程的冷却技术：中冷绝热内燃机通过在汽缸上的缸盖内设置燃烧室，在缸盖的底面设置通气口和压缩空气出口，并分别经所设的控制阀与中间冷却器相连通，在压缩过程后期介入了中间冷却过程，拉低了压缩过程终点时的温度和压力，实现了内燃机的卡诺循环，让发动机效率得到大幅度提高。由于进入燃烧室的压缩空气是被冷却了的低温工质，对燃烧室、缸盖底面和活塞顶面设置隔热层进行绝热时，并不会恶化燃烧室内的油气雾化，又进一步减少了发动机的散热损失。在进行中间冷却过程后，由于降低了压缩终点时空气的温度和压力、也相应减少了活塞所消耗的压缩功，有利于提高机械效率。在普通柴油机进行中冷涡轮增压时，增压空气温度经中冷器每降低10℃，柴油机的效率提高约0.5％。中冷绝热内燃机采用16:1的压缩比后，中冷后的压缩空气温度降幅可达到550℃，中间冷却所具有的效率提高潜力便可达到27％。虽然燃烧室内的高温燃气在流经通气口时有一定的冷却损失，但中冷降低了最高燃烧温度、会让冷却损失相应减少，而在燃烧室内壁、缸盖底面和活塞顶面所设置的隔热层又全面降低了冷却散热损失，所以中冷绝热内燃机的热效率仍会大幅度提高。中冷绝热内燃机的热效率比普通柴油机提高了19％。此效率提高值小于普通柴油机进行中冷涡轮增压时，增压空气温度经中冷器每降低10℃、柴油机效率提高约0.5％的比值，这是因为增压中冷也降低了散热损失并让机械效率相应提高，而对中冷绝热内燃机进行卡诺效率计算时并未考虑减少散热损失及机械效率增加方面所带来的收益，也没有计入因对燃烧室及汽缸隔热而减少的散热损失。在综合各项收益之后，因中间冷却而让中冷绝热内燃机的效率提高幅度还会超过19％。

[发明内容]

本发明目的：就是克服目前行业汽油机、柴油机绝热的原理性的技术难题：由于绝热的实施导致了气缸工作温度大幅的增高，中冷技术起到了部分缓解作用；在强制绝热下，表现为爆震频繁；杜绝“爆震”除采取中冷措施外，降低“压缩比”也不得已而为之；而这又与燃油的效率的提高背道而驰！因而“绝热”因素还无法有效应用，自身陷入矛盾运行环节中。增加压缩供气气缸的尝试，国内外早有研究(比如浙江大学约2005年)；尽管在理论上对绝热的支持将带来效率的提高；但存在诸多缺陷，还无法被采用。行业的最新的研究表明：采用压缩供气气缸来单独压缩空气或混合器，也是被研究者严究过的手段，目的也是满足进气中冷，但由于还坚持4冲程的模式，将使得内燃机的功率输出达不到更大的数值；另一方面，压缩供气气缸所注入的压缩空气在燃烧做功气缸内将多停留1/4周期的时间，气体将被加热更长的时间，不利于中冷。不足之处，针对4冲程的汽油机、柴油机进行本质性“可以更替环境：季差”的既绝热，而又传热的结构改造，实现在燃烧及做功阶段气缸为高“保温”环境，而在吸气及压缩阶段下为相对“低温”环境；实现高压缩比下的绝热运行，来大幅度提高压缩比及做功过程的绝热保压；来大大的增加燃油效率。

本发明特点：以独立的预置压缩构造，来建立两冲程的柴、气油的内燃机循环结构；使得热平衡的过程更适合于绝热，热力学循环更为合理。

本发明的2(两)冲程包括：进气扫气冲程及做功冲程。(完全类似于传统的2冲程内燃机，只不过使用压缩供气气缸来代替传统2冲程内燃机的正压力曲轴箱)。有关导致本发明构造节能贡献的热力学说明：与已有技术--压缩供气气缸来单独压缩空气或混合器的思路及构造，类似；都是单独使用“冷气缸”来满足吸气及压缩阶段下为相对低温要求(强制中冷)，来增加绝热保压下燃油效率；而本发明最为独特的创造性在于：采取了可以共用同一动力输出轴的曲轴及气缸侧壁的进排气孔的成熟形式，以排气门开启时的“扫气”来填充排挤，清除已有废气。与已有的独立供气气缸的技术不同，本发明的预置式扫气循环模式包括2种模式：压燃预置式扫气循环模式和点燃预置式扫气循环模式：

压燃预置式扫气循环模式：

首先，工作气缸分为独立的：燃烧做功气缸及压缩供气气缸，且两个气缸活塞的运行周期相同，且被带有隔离气门的连通管道连通；当燃烧做功气缸中的做功活塞向气缸顶部运动接近顶部附近时(活塞离顶部约70度相位角内)，由深入气缸顶部的柴油喷油嘴向燃烧室内的高温的压缩空气喷油，而扩散燃烧；高温高压下的燃烧混合气体将随着做功活塞而对活塞不断做功；在做功活塞退行到下止点附近时，加工在气缸侧壁上的汽缸排气口就不再被活塞阻挡而暴露出来，进行排气；或者打开设置在燃烧室器壁上的排气门(常规的电控或同步凸轮驱动)，进行排气；同时具有相同运行周期的压缩供气气缸的活塞也到达上止点附近，气缸顶部的压缩空气已经处于最大的压缩状态；紧接着，连通燃烧做功气缸及压缩供气气缸的隔离气门随即被打开(打开方式：常规的电控或同步凸轮驱动或是安装在活塞顶部直接触发)，压缩空气将由压缩供气气缸喷入燃烧做功气缸，先是“扫气”排除燃烧做功气缸内的残留气体，随即就充满气缸；随着压缩供气气缸的活塞离开上止点，隔离气门随即被关闭，此时压缩供气气缸的供气活塞正由下止点向上止点运行，燃烧室内的空气被不断压缩，直至做功活塞接近气缸顶部附近时，柴油喷油嘴再次向燃烧室内的高温压缩空气喷油燃烧，如此循环往复；在热平衡处理方面：对分立的燃烧做功气缸与压缩供气气缸进行不同的散热、隔热处理：对燃烧做功气缸进行高隔热的绝热处理，而对于压缩供气气缸则进行强散热处理包括：水冷缸套、风冷手段，尤其是在供气活塞及压缩供气气缸的顶部及盖部加工可以相互穿插的柱状凸起构造，用以增加对压缩供气气缸中气体的散热接触面积。

而点燃预置式扫气循环模式存在两种构造：燃烧做功气缸顶部侧壁附近排气孔构造及燃烧做功气缸底部侧壁附近排气孔构造(此种构造与上述压燃式类似，不再复述)：

对于燃烧做功气缸顶部侧壁附近排气孔构造(也叫点燃、压燃预置半膨胀式输气模式)：工作过程类似，其气缸通道的隔离气门的开关是单脉冲的或带有延时触发的双脉冲机构，差别在于：在压缩供气气缸内安装有汽油喷油嘴，在燃烧做功气缸内将柴油喷油嘴替换成火花塞，工作气缸也分为：燃烧做功气缸及压缩供气气缸，且两个气缸的活塞的运行周期也是相同，但工作相位与压燃式有所不同，且也同样被带有隔离气门的连通管道连通；当压缩供气气缸的做功活塞向气缸顶部运动接近顶部附近时，隔离气门被打开，而压缩供气气缸内的汽油喷嘴暂时保持不喷油状态；向燃烧做功气缸内注入高压空气；此时，做功活塞顶部刚好到达在接近上止点位置处的燃烧做功气缸侧壁上的所开有的气缸壁前移排气孔及侧壁排气阀，而在做功活塞由底部下止点处向上运动的过程中，侧壁排气阀一直处于打开状态；随着而压缩供气气缸内的压缩空气的前端气流的进入，瞬间就对燃烧室内的残留气体进行扫气清理，接着汽油喷嘴开始喷油，后续的压缩供气气缸中的混合气体被压入燃烧做功气缸中，同时侧壁排气阀被完全关闭。由于半膨胀输气需要增加额外的受控排气门，尽管进一步改善了进气的中冷条件，但也就需要增加相应的凸轮或电控气门机构，就增加了机械的复杂性及成本，运行可靠性也将相对下降。

特别指出：对于(点燃预置式)燃烧做功气缸底部侧壁附近排气孔构造与相同，特别差别在于：在压缩供气气缸内安装有汽油喷油嘴，在燃烧做功气缸内将柴油喷油嘴替换成火花塞，是汽油喷油嘴在压缩供气气缸进气过程中一直喷油，或是先不在压缩供气气缸进气过程中喷油，而是汽油喷油嘴在隔离气门被打开的初期瞬间不喷油，则是在压缩供气气缸内的压缩空气的前端气流的进入，瞬间就对燃烧室内的残留气体进行扫气清理之后的瞬间才开始喷气油，同时燃烧做功气缸的由下止点向上运动了一定位移，恰好也遮蔽了燃烧做功气缸底部侧壁附近排气孔，避免油气混合气体进入高温的排气道，所导致的爆燃回火！点火提前角也与传统技术一致。压缩供气气缸的进气门是设置在气缸底部的气缸壁上(利用真空负压来吸气)，或是设计在气缸底部的气缸盖附近(利用常规的凸轮、电控等方式，来控制气门的开关，进行吸气，但增加了机构的复杂性，但减小了功耗)。

进一步：凸起互相穿插的强冷却构造：是在供气活塞及压缩供气气缸的顶部加工凸起的、且可以相互穿插的柱状物，用以增加对压缩供气气缸中气体的散热接触面积；满足对被高度压缩的压缩供气气缸内的气体进行强制散热；因为热力学原理支配着高压缩气体激烈升温，高温的压缩气体将有利于在吸热的金属表面排除热量，这种排热就起到了预先排热的作用，进一步起到了中冷的作用。

进一步：点燃预置式半膨胀输气，对于燃烧做功气缸顶部侧壁附近排气孔构造：工作过程类似压燃式，而点燃式的差别在于工作相位与压燃式有所不同，且也同样被带有隔离气门的连通管道连通；当燃烧做功气缸中的做功活塞向气缸顶部运动接近顶部附近时，隔离气门被打开，而压缩供气气缸向燃烧做功气缸内注入高压空气；此时，做功活塞顶部刚好到达在接近上止点位置处的燃烧做功气缸侧壁上的所开有的排气孔洞及侧壁排气阀，而在做功活塞由底部下止点处向上运动的过程中，侧壁排气阀一直处于打开状态；随着而压缩供气气缸内的压缩空气的前端气流的进入，瞬间就对燃烧室内的残留气体进行扫气清理，后续的压缩供气气缸中的混合气体被继续被压入燃烧做功气缸中，同时侧壁排气阀被完全关闭，以免压缩空气的过多泄露。

进一步：需要指出的是：延时触发机构是一种灵敏而可靠的触发隔离气门的机械装置，具有高度灵敏而同步的开关的触发时间间隔；当并联放置的2组不同的触发摆片高度的延时触发机构时，2个延时触发机构互不干涉且都能够抵触到隔离气门的不同部位，则就在活塞运动到上止点的过程中，先后2次触发隔离气门形成间隔开启脉冲；这样，首次的隔离气门开启瞬间是用于扫气(驱除残留气体)，第2次隔离气门的开启气体或混合气体(在使用汽油的情况下，第1次隔离气门的关闭后再由喷油嘴喷油)的高压注入；这样就留有时间使得燃烧做功气缸侧壁排气阀或气缸侧壁排气孔完全关闭或被活塞遮挡关闭，避免高压混合气体的泄露；本发明中的延时触发是指获得延时的压缩回弹功能，也就是当活塞退行远离延时触发时，由于瞬间关闭凸起部件渐渐失去压迫触发摆片的状态，触发摆片的回弹将会重新触及开启隔离气门，而造成回火及串气故障，这就必然要求延时触发机构的延时回弹；方式除了传统的电控方式外，橡胶类、孔状材质的弹性物块具有这样的性质，常规的弹簧加阻尼机构也可以(也就是将弹性物块用弹簧加阻尼机构进行更换)；相比电控隔离气门，在理论上完全能达到快速开关的单脉冲、多脉冲的功能；且具有灵活的任意性，但在考虑体积、成本、可靠性登综合因素方面难以满足需要。

本发明的有益效果：最大化的改进了中冷效果，可以大大的减少燃油的消耗，增加汽油机的压缩比，将现有压缩比的极限由11提高到16—20之间，汽油机的效率提高到接近40％，柴油机的效率可望接近50％；气门及配气正时系统将大大简化；特别指出：燃烧做功气缸与压缩供气气缸各自的排量设计将严重影响燃油效率及功率输出；从高压缩比的角度出发，燃烧做功气缸的排量越大越好，高温高压的燃气能够充分膨胀，释放内能，降低温度；由于进气气量靠压缩供气气缸来独立实现，易于实现到压缩比的提高；才能实现绝热条件下，燃烧室器壁的温度并不很高，排气的温度也不高，排气散热的压力也不大。

[图示说明]

以下结合附图对本发明作进一步说明：

图1压燃预置式扫气循环模式的2冲程内燃机结构原理示意图

图2分立曲轴式压燃预置式扫气循环模式的2冲程内燃机结构示意图

图3预置式扫气循环2冲程点燃式柴油机循环示意图

图4一种半膨胀输气的点燃预置式扫气循环模式结构原理示意图图5一种半膨胀输气的预置式扫气循环汽油机循环示意图

图6半膨胀输气的活塞局部延时触发机构示意图

标号说明：

1 做功活塞

2 压缩活塞

3 曲轴

4 曲柄1

5 曲柄2

6 燃烧做功气缸

7 压缩供气气缸

8 火花塞

9 燃烧室

10 气缸盖凸凹构造

11 压缩活塞顶部凸凹构造

12 汽缸排气口

13 汽缸进气口

14 连杆1

15 连杆2

16 动力输出轴

17 气缸通道

18 隔离气门

19 阀门复位弹簧1

20 阀门复位弹簧2

21 阀门复位弹簧3

22 气油喷油嘴

23 柴油喷油嘴

24 凸轮

25 水冷腔

26 曲轴1

27 曲轴2

28 气缸壁前移排气口

29 排气门

30 弹性物块

31 瞬间关闭凸起

32 触发摆片

33 进气气流

34 压缩气体

35 进气后的更新空气

36 压气气流

37 扫气气流

38 排气气流

39 进气气流

40 活塞环

41 喷油及燃烧过程

42 排气过程开始

43 进气及扫气过程

44 进气后期

45 压缩过程

46 气门摇臂

47 同步皮带

48 压缩供气气缸进气口

49 压缩活塞局部放大图

50 深度触发下的隔离气门关闭

51 扫气过程

52 喷油及压注过程

53 压注后点火过程

54 做功过程

55 排气过程

[实施例证]

如图1、图2所示：

从图1中，可以看出：通过连杆1(14)、连杆2(15)使得做功活塞(1)、压缩活塞(2)将(共用轴心及动力输出轴(16))曲轴(3)的曲柄1(4)、曲柄2(5)通过曲柄销连接起来；使得2个活塞能够同步在燃烧做功气缸(6)、压缩供气气缸(7)中进行往复运动。

燃烧做功气缸(6)与压缩供气气缸(7)之间通过气缸通道(17)连通，在气缸通道(17)上安装有被阀门复位弹簧1(19)常闭的隔离气门(18)；为了加强对压缩供气气缸(7)中的预置压缩气体的散热，设置了气缸盖凸凹构造(10)及压缩活塞顶部凸凹构造(11)，用以增加与压缩气体的接触面积，水冷腔(25)内能够接入循环液体，进一步降低压缩供气气缸(7)的温度；汽缸排气口(12)及汽缸进气口(13)都设置在各自气缸的器壁上，用以进排空气及废气；燃烧室(9)内设有柴油喷油(23)，用以喷油。

如图2所示：

是图1构造的一种变化形式，燃烧做功气缸(6)的做功活塞(1)与压缩供气气缸(7)的压缩活塞(2)分别通过连杆1(14)、连杆2(15)；连接于独立的且同步的曲轴1(26)及曲轴2(27)，且被对置放置；同样；常闭的隔离气门(18)被阀门复位弹簧1(19)回弹并保持；汽缸排气口(12)及汽缸进气口(13)的吸排气的形式与图1类似。

隔离气门(18)的导杆部位，所接触到的气缸通道(17)内壁部位，除了导向约束之外；还在隔离气门(18)及气缸通道(17)接触部位附近开有沿着导向运动方向排列的沟槽及孔洞，以保障气流穿过(如图中虚线标注所示)；

如图3所示：(参照：图1、图2)

是图1构造的2冲程汽油机的循环形式示意图，分别次序经历：排气过程开始(42)、进气及扫气过程(43)后，再经历进气后期(44)的单一补充空气的相对短暂的过程，然后进行压缩过程(45)，接着在最大压缩点附近时，由柴油喷油嘴(23)向燃烧室内喷入柴油进入喷油及燃烧过程(41)；总之，就着眼于燃烧做功气缸来说，在整个循环周期中活塞往返一次，对应的曲轴转动一周，因此被称之为2冲程。

详细的压燃预置式扫气循环模式过程为：当燃烧做功气缸(6)中的做功活塞(1)向气缸顶部运动接近顶部附近时，由深入气缸顶部的柴油喷油嘴(23)向燃烧室(34)内的高温的压缩空气喷油，柴油就立即开始扩散燃烧，高温高压下的燃烧混合气体将随着做功活塞(1)的退行，燃气就对活塞不断做功；在做功活塞退行到下止点附近时，汽缸排气口(12)就被打开或是暴露出来，进行排气，冲程排气气流(38)；于此同时，周期相同的压缩供气气缸的活塞到达上止点附近，纯净的压缩空气处于最大的压缩状态，再接下来，连通燃烧做功气缸及压缩供气气缸的被阀门复位弹簧1(19)压制的隔离气门(18)随即被打开，形成压气气流(36)，就在初期也同时形成扫气气流(37)，压缩供气气缸(7)内的高压压缩气体(34)将由压缩供气气缸汽缸(7)喷入燃烧做功气缸(6)，新进入的空气将排除原有的燃烧做功气缸(6)内的气体，随后将生成进气后的更新空气(35)充满整个气缸，达到扫气的目的；随着压缩供气气缸(7)的活塞(2)离开上止点，隔离气门(18)随即被关闭；直到移至下止点附近时，由于活塞的不再遮挡，压缩供气气缸进气口(48)将再次被暴露，进气气流(33)将流入负压的气缸内；当压缩供气气缸的供气活塞正由下止点向上止点运行，燃烧室(34)内的空气又被不断压缩，直至做功活塞(1)接近气缸顶部附近时，柴油喷油嘴(23)再次向燃烧室(34)内的高温压缩空气喷油，再次推动做功活塞做功，循环往复。由于燃烧做功气缸与压缩供气气缸是分离而独立的，就有条件进行不同的散热、隔热处理：对燃烧做功气缸进行高隔热处理(能够使用高隔热性的陶瓷材料)，而对于压缩供气气缸则进行强散热处理，使用金属，结合液冷散热，尤其是在供气活塞及压缩供气气缸的顶部加工凸起的、且可以相互穿插的柱状物，用以增加对压缩供气气缸中气体的散热接触面积。

如图4、图5及图6所示：

时适合于点压燃的更强化中冷的，时一种半膨胀输气的预置式扫气循环汽、柴油内燃机的结构及循环示意图：与图1-3一样，进气气流(39)也是真空负压吸入方式的吸入。

阀门复位弹簧2(20)、阀门复位弹簧3(21)分别弹推隔离气门及排气门(29)，处于常闭状态(具有预应力的弹簧，2端抵在通道壁上，而中部则抵在气门杆部的凸出构造上)；同步皮带(47)使得：凸轮(24)、曲轴1及曲轴2三者同步转动；工作气缸也分为燃烧做功气缸及压缩供气气缸，且两个气缸的活塞同步，在燃烧做功气缸(6)顶部侧壁附近设置有气缸壁前移排气孔(28)构造(排气孔位于靠近气缸顶部的缸体侧壁的60％的区段内)：工作过程与图1--6基本类似，差别在于：在压缩供气气缸(7)内安装有汽油喷油嘴(22)，在燃烧做功气缸(6)内将柴油喷油嘴替换成火花塞(8)；且也同样被带有隔离气门(18)的连通管道连通。

半膨胀输气的结构特征在于活塞顶部安装的特殊的瞬间开关的触发机构：该触发机构构造包括：从局部剖面可以看出：安装在活塞顶部的触发摆片(32)与带有密封活塞环(40)的活塞进行转轴连接，弹性物块(30)插于活塞顶部与触发摆片(32)之间，当瞬间关闭凸起(31)抵向触发摆片(32)时，隔离气门被关闭(如深度触发下的隔离气门关闭(50)所示)；弹性物块(30)将被额外压缩(压缩活塞局部放大图(49)所示)，并持续维持一定的弹性恢复力；当外力瞬间撤去后，由于弹性恢复需要一定的弛豫时间，这样；随着活塞的快速回撤，弹性无法瞬间恢复，触发摆片(32)不会随着活塞的回撤而立即重新触碰隔离气门。

概括的讲：半膨胀输气的预置式扫气循环依次包括：扫气过程(51)---喷油及压注过程(52)---压注后点火过程(53)---做功过程(54)---排气过程(55)---扫气过程(51)的这一循环过程：

(排气)扫气过程及喷油及压注(气体)过程：

当做功过程(54)完成后，凸轮(24)推挤气门摇臂(46)迫使排气门(29)打开，开始排气；同时向气缸顶部运动的做功活塞顶部刚好到达在接近气缸侧壁上所开有的排气孔洞(28)时，使得压缩供气气缸(7)内的汽油喷嘴暂时保持不喷油状态；先向燃烧做功气缸内注入高压空气(此时压缩活塞也恰好触及打开了隔离气门)；此时，而在做功活塞由底部下止点处向上运动的过程中，侧壁排气阀一直处于打开状态；随着而压缩供气气缸内的压缩空气的前端气流的进入，瞬间就对燃烧室内的残留气体进行扫气清理，接着汽油喷嘴开始喷油，后续的压缩供气气缸中的高压混合气体被压入燃烧做功气缸中，同时侧壁排气阀被完全关闭。不难看出：并联放置的2组不同高度的，瞬间关闭凸起(31)及触发摆片(32)，将触发2个触发时间可靠、持续时间很短的驱动隔离气门(18)瞬间开启又关闭的机械装置。

压注后点火及做功过程：在这一过程中，2个气门都是关闭的，燃烧做功气缸(6)的做功活塞(1)继续压缩燃烧室内的气体，最后气油喷油嘴(22)喷油燃烧，属于已有技术手段。

Claims (4)

1.一种预置式扫气循环模式，所涉结构包括：做功活塞、压缩活塞、燃烧做功气缸、压缩供气气缸、燃烧室、汽缸排气口、汽缸进气口、动力输出轴、气缸通道、隔离气门、支架结构体；其特征就在于：本发明的两冲程预置式扫气循环模式是将工作气缸分为独立的燃烧做功气缸及压缩供气气缸，且两个气缸活塞的运行周期相同，且被带有隔离气门的连通管道连通；包括：压燃预置式扫气循环模式和点燃预置式扫气循环模式；在热平衡处理方面：对分立的燃烧做功气缸与压缩供气气缸进行不同的散热、隔热处理：对燃烧做功气缸进行高隔热的绝热处理，而对于压缩供气气缸则进行强散热处理包括：水冷缸套、或风冷手段，尤其或是在供气活塞及压缩供气气缸的顶部及盖部加工凸起互相穿插的强冷却构造或是平滑自然的散热表面；压燃预置式扫气循环模式是：当燃烧做功气缸中的做功活塞向气缸顶部运动进入70度提前角度内时，由安装在燃烧做功气缸顶部的柴油喷油嘴向燃烧室内喷油；高温高压下的燃烧混合气体将随着做功活塞的下行而对活塞做功，直到做功活塞退行到下止点附近时，加工在气缸侧壁上的汽缸排气口就不再被活塞阻挡而暴露出来，进行排气，或者是由设置在燃烧室器壁上的排气门进行排气；与此同时，具有相同运行周期的压缩供气气缸的活塞也到达上止点附近，且将气缸内的空气最大的压缩状态；紧接着，连通燃烧做功气缸及压缩供气气缸的隔离气门随即被打开，其打开方式是，常规的同步电控或凸轮同步驱动或是由安装在活塞顶部直接触发方式；因此，压缩空气将由压缩供气气缸喷入燃烧做功气缸，先是“扫气过程”目的是排除燃烧做功气缸内的残留气体，随即就在高压的自驱动下充满了整个气缸；随着压缩供气气缸的活塞从止点的离开，隔离气门随即被关闭，此时压缩供气气缸的供气活塞正由下止点向上止点运行，燃烧室内的空气被不断压缩，直至做功活塞接近气缸顶部附近时，柴油喷油嘴再次向燃烧室内的高温压缩空气喷油燃烧，此时，压缩供气气缸的活塞也到达下止点附近，汽缸进气口就不再被活塞阻挡而暴露出来，进行进气，如此循环往复；而点燃预置式扫气循环模式存在两种构造：燃烧做功气缸顶部侧壁附近排气孔构造及燃烧做功气缸底部侧壁附近排气孔构造，后一种种构造与上述压燃式类似；对于燃烧做功气缸顶部侧壁附近排气孔构造，也被称之为点燃、压燃预置半膨胀式输气模式，其气缸通道的隔离气门的开关模式是带有延时触发单脉冲或双脉冲模式，其工作过程的差别在于：在压缩供气气缸内安装有汽油喷油嘴，在燃烧做功气缸内将柴油喷油嘴替换成火花塞，但2气缸之间的工作相位关系为：当压缩供气气缸的压缩活塞向气缸顶部运动接近顶部附近时，隔离气门被打开的开始阶段，压缩供气气缸内的汽油喷嘴暂时保持不喷油状态或立即开始喷油；在气压的作用下，由压缩供气气缸向燃烧做功气缸内注入高压空气或混合气体；此时，燃烧做功气缸内的做功活塞顶部刚好到达在接近上止点位置处的70度提前角区间内，恰好达到在燃烧做功气缸侧壁上的所开有的气缸壁前移排气口及下方的排气门附近，而随着做功活塞不断的向上止点的运动，气缸壁前移排气口将渐渐被活塞自身遮挡，同时侧壁排气门也渐渐处于关闭的趋势；随着压缩空气的前端气流向燃烧做功气缸内的涌入，瞬间就对燃烧室内的残留气体进行扫气清理干净，此时气缸壁前移排气口将完全遮挡，同时侧壁排气门处于关闭的状态，接着汽油喷嘴开始喷油，后续的压缩供气气缸中的混合气体被压入燃烧做功气缸中；再次强调：对于压燃方式，是在压缩供气气缸内安装有汽油喷油嘴，相当于在燃烧做功气缸内将柴油喷油嘴替换成火花塞，汽油喷油嘴在压缩供气气缸进气过程中可以一直喷油，或是先不在压缩供气气缸进气过程中喷油，而是汽油喷油嘴在隔离气门被打开的初期瞬间不喷油，则是在压缩供气气缸内的压缩空气的前端气流的进入，瞬间就对燃烧室内的残留气体进行扫气清理之后的瞬间才开始喷气油，同时燃烧做功气缸的由下止点向上运动了一定位移，恰好也遮蔽了燃烧做功气缸底部侧壁附近排气孔。

2.一种预置式扫气循环模式的两冲程绝热内燃机，所涉结构包括：做功活塞、压缩活塞、燃烧做功气缸、压缩供气气缸、燃烧室、汽缸排气口、汽缸进气口、动力输出轴、气缸通道、隔离气门、支架结构体；其特征就在于：内燃机的循环模式采用了2冲程的预置式扫气循环模式；燃烧做功气缸及压缩供气气缸中的活塞驱动是由2个同步的独立曲轴驱动，或是同一个曲轴驱动沿着与轴线方向垂直运动的2个独立活塞；压缩供气气缸的进气门是设置在气缸底部的气缸壁上，或是设计在气缸底部的气缸盖附近。

3.如权利要求1一种预置式扫气循环模式，所述的凸起互相穿插的强冷却构造：是在供气活塞及压缩供气气缸的顶部加工凸起的、且可以相互穿插的柱状物，用以增加对压缩供气气缸中气体的散热接触面积；满足对被高度压缩的压缩供气气缸内的气体进行强制散热；因为热力学原理支配着高压缩气体激烈升温，高温的压缩气体将有利于在吸热的金属表面排除热量。

4.如权利要求1一种预置式扫气循环模式，所述的预置半膨胀式输气模式：尤其是对于点燃式，其相位与压燃式有所不同，且也同样被带有隔离气门的连通管道连通；当燃烧做功气缸中的做功活塞向气缸顶部运动接近顶部附近时，隔离气门被打开，而压缩供气气缸向燃烧做功气缸内注入高压空气；此时，做功活塞顶部刚好到达在接近上止点位置处的燃烧做功气缸侧壁上的所开有的排气孔洞及侧壁排气阀，而在做功活塞由底部下止点处向上运动的过程中，侧壁排气阀一直处于打开状态；随着而压缩供气气缸内的压缩空气的前端气流的进入，瞬间就对燃烧室内的残留气体进行扫气清理，后续的压缩供气气缸中的混合气体被继续被压入燃烧做功气缸中，同时侧壁排气阀被完全关闭，以免压缩空气的过多泄露；其延时触发机构是一种灵敏而可靠的触发隔离气门的机械装置，具有高度灵敏而同步的开关的触发时间间隔；当并联放置的2组不同的触发摆片高度的延时触发机构时，2个延时触发机构互不干涉且都能够抵触到隔离气门的不同部位，则就在活塞运动到上止点的过程中，先后2次触发隔离气门形成间隔开启脉冲；这样，首次的隔离气门开启瞬间是用于扫气，第2次隔离气门的开启气体或混合气体，在使用汽油的情况下，第1次隔离气门的关闭后再由喷油嘴喷油的高压注入；这样就留有时间使得燃烧做功气缸侧壁排气阀或气缸侧壁排气孔完全关闭或被活塞遮挡关闭，避免高压混合气体的泄露；本发明中的延时触发是指获得延时的压缩回弹功能，这就必然要求延时触发机构的延时回弹；方式除了传统的电控方式外，橡胶类、孔状材质的弹性物块具有这样的性质。