[發明專利]三沖程往復活塞式發動機

有效

• 申請號: 201110210323.X
• 申請日: 2011-07-26
• 公開（公告）號: CN102434278A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 鄭安慶
• 申請（專利權）人: 鄭安慶
• 主分類號: F02B75/28
• 分類號: F02B75/28;F02B75/02;F02M25/03
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所 51124
• 代理人: 劉世平;孫恩源

技術領域

本發明涉及一種往復活塞式內燃發動機。

背景技術

活塞內燃發動機自問世以來，一直是發動機家族的主流，尤其在氣車，摩托車，輪船等交通工具領域里。

現在廣泛使用的活塞內燃發動機按工作原理分為四沖程和二沖程兩種。傳統四沖程或二沖程發動機中，其沖程的定義是：活塞從一個止點運動至另一個止點的過程。四沖程發動機將熱能轉化為機械能都必須經過進氣、壓縮、熱膨脹做功和排氣四個工作過程，四個沖程做功一次，這是四沖程發動機的一個工作循環。而二沖程發動機每兩個沖程即做功一次，在熱膨脹做功后期利用進氣進行排氣，在進、排氣完成后即進行壓縮。

四沖程發動機具有燃燒效率高，排放低的優點，但因其四個沖程中僅有一個沖程在做功，其余三個沖程都消耗功率，因此其升功率比較小。二沖程發動機每兩個沖程就做一次功，因此在與四沖程發動機相比同等缸容同等轉速情況下，輸出功率更大，但二沖程發動機又存在掃氣不凈，排氣時有部分油氣被排出，造成排放不達標、燃油浪費等問題。因此，現有汽車或摩托車發動機普遍采用的仍是四沖程發動機。

如何將四沖程發動機和二沖程發動機的優點結合，摒棄其缺點，使得發動機既具有較大的升功率，又能夠避免燃料浪費并減少排放就成為了活塞式內燃發動機發展的一個技術瓶頸，長期以來人們為此經過許多努力，但進展不大。

于1997年10月29日公開的公開號為CN11213342A的中國發明專利申請“往復分離活塞式三沖程內燃發動機”，公開了一種三沖程內燃發動機，由氣缸體和氣缸體內的前活塞、后活塞以及與前活塞連接的廢氣做功活塞構成，作功時三個活塞同步下行，廢氣作功活塞到達下止點時前后活塞分離，前活塞上行，前表面經氣缸蓋上的排氣口掃除氣缸內廢氣，后活塞繼續下行，前后活塞一上一下產生的真空經氣缸側壁上的進氣口吸進氣體，連桿、曲柄依靠慣性繞過下止點上行，后活塞關閉進氣口，壓縮氣體、完成一個工作循環。

上述技術方案中在傳統氣缸內的做功活塞亦即其專利文件中所稱“后活塞”之外又增加了一個用于排吸氣的前活塞，排氣口設置在汽缸蓋上而進氣口設置在汽缸壁上，其膨脹做功沖程中的燃燒室設置在前活塞的前端面和汽缸蓋之間，前活塞在做功沖程中隨后活塞一同向下運動，當前活塞驅動機構即其專利文件中所稱“廢氣做功活塞”帶動前活塞上行時，膨脹做功沖程結束，掃汽進汽沖程開始，后活塞依靠慣性下行，前后活塞之間產生的吸力“從進汽口吸進足量汽體，前活塞前端面在上行中逐漸將缸內殘留廢汽掃出汽缸”，當后活塞上行封閉汽缸壁上的進汽孔時，掃汽進汽沖程結束，壓縮沖程開始，后活塞將汽體通過前活塞上的孔或槽壓入燃燒室，當后活塞到達其上止點時，其與前活塞的后端面接觸，壓縮沖程結束。

上述方案力圖克服二沖程以新氣掃除廢氣所帶來的能源浪費和環境污染問題，但由于其前活塞的活塞軸工作時處于燃燒室內，易被燒蝕，導致密封及潤滑困難，并且活塞軸會將熱量帶出燃燒室外，減小做功功率；其燃燒室的形狀不規則，易形成死角，導致燃燒不充分；由于燃燒室在氣缸蓋與用于排吸氣的前活塞之間，而且排氣門又在氣缸蓋上，久而久之其排氣門容易積碳，則在其壓縮沖程中不能保證密封，由此在實施中存在諸多無法克服的問題。

發明內容

為了克服上述三沖程發動機用于排吸氣的前活塞的活塞軸工作時處于熱膨脹室內造成密封及潤滑困難的不足，本發明所要解決的技術問題是提供一種解決了所述三沖程發動機密封及潤滑困難問題的三沖程往復活塞式發動機。

本說明書中，為便于敘述，先作如下定義：在氣缸的軸向，以氣缸蓋方向為“上”，以曲軸方向為“下”；將主活塞和副活塞向氣缸蓋方向運動的止點對應稱為主活塞上止點和副活塞上止點；主活塞和副活塞反方向運動的止點對應稱為主活塞下止點和副活塞下止點；副活塞朝向氣缸蓋的表面為副活塞上表面，副活塞朝向主活塞的表面為副活塞下表面，主活塞朝向副活塞的表面為主活塞上表面。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：三沖程往復活塞式發動機，包括進氣口、排氣口、氣缸、氣缸蓋和在氣缸內往復運動的主活塞和副活塞，副活塞位于主活塞和氣缸蓋之間，副活塞將主活塞和氣缸蓋之間的可變氣缸空間分隔為上腔和下腔，所述發動機的每一個工作循環均由排吸氣沖程、壓縮沖程和做功沖程組成，在做功沖程中，下腔作為熱膨脹室，且每個工作循環中：

排吸氣沖程：主活塞進入主活塞下止點附近區域，下腔排氣；副活塞由副活塞上止點運動到副活塞下止點，上腔進氣；

壓縮沖程：主活塞推動位于副活塞下止點的副活塞向副活塞上止點運動，進入上腔的氣體被壓縮，在此過程中，進入上腔的氣體被導入下腔；