专利名称：一种两行程工作发动机及其两行程工作方法
技术领域：
本发明属于内燃机、发动机领域。
背景技术：
现有汽车、火车，轮船等使用的发动机，都是采用曲柄连杆机构完成直线运动到旋转运动的转换，这套机构既是转换动力的部件，又是工作循环控制部件，由它的反馈将活塞的运动定死为第一行程—作功，第二行程—排气，第三行程—吸气，第四行程—压气，这已成为活塞运动的经典。这种工作循环的缺点为，行程动作多，多行程，就要多占去时间份额，因此，作功的时间只有1/4；工作效率低；行程多，导致机构的摩擦损失多，为克服动力机构惯性消耗的功率多；为此，我们分析出，第三行程和第四行程完全可以省去，只须留第一和第二行程。此外，由于采用曲轴旋转反馈作为四个行程的运动控制，致使四个行程运动模式完全一样，不能按需要分别优化，是又一个缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种发动机两行程工作方法及两行程工作发动机，由于两个行程互不制约，各行程的运动由微机控制，从而提高功率输出时间比，优化各动作的参数，达到减少行程损耗，提高机械效率的目的。
为解决上述问题，本发明提出的两行程发动机的两行程工作方法，包括采用发动机体，进排气阀门，直线运动到旋转运动的转换组件，复位弹簧，离合器组件；其特征是利用滚动螺旋机构完成直线运动到旋转运动的转换，活塞只作两个行程就完成一个的两行程工作循环，方法包括a、第一行程为作功行程包括进气、进气阀关闭、点火，燃烧，活塞移动螺杆带动螺旋套旋转，离合器结合，离合器带动输出机构旋转，输出功率；b、第二行程为排气行程离合器松开，由复位弹簧将活塞推回原位，此时，由电磁阀将排气门打开，活塞回到原位；由电磁阀将进气阀打开，带压力的混合气体迅速压入汽缸，当快排完废气时，排气阀关闭，当汽缸内压力达到混合气体压力时，进气阀关闭；由此，完成燃烧所需的全部要素。启动下一循环，电火花点火。
上述方法中，活塞、螺杆、螺旋套一个工作循环只作一次往复，减少了机构反向惯性损耗和摩擦损耗。
第一行程时，螺杆压缩弹簧，第一行程结束后，由复位弹簧完成活塞、螺杆的反向移动，因此，第二行程时间可缩短，而且，活塞反向移动时间为常数，不受发动机转速的制约，便于优化。
第二行程终了时，由电磁阀打开惯性很小的进气阀，完成进气。进气时间很短，而且为常数，不受发动机转速的制约，便于优化。
凡为作功行程时，离合器接通，此组动力机构向中心轮输出功率，此组动力机构的工作频率，不受发动机转数的制约。它们之间，即可完成能量的传递，又互不制约，便于参数的优化。
按上述方法工作时，循环中各种控制与原曲轴的转速无关，便于各参数的优化，首先，表现为可以省去起动机及起动齿轮，消除了起动时的撞击声。发动机起动时，由微机控制各作功组件依次作功，将发动机由静止慢慢起动，发动机转速不影响各组件作功的频率。
现有的发动机，最低转速约为800转/分，再低就要熄火。而本发明的发动机最低转速可下降到几十转/分，甚至几转/分也不会熄火。
以下通过通过附图对本发明的方法及其装置作进一步说明。
图1为本发明两冲程发动机结构示意图。
图2为活塞回到上止点时的燃烧室形状图。
图3为本发明两行程发动机的两冲程工作方法的工作循环图。
具体实施例方式下面通过附图，对本发明具体实施方式
进一步说明。
图1为活塞运动变换机构结构示意图。
图中1--为电磁进气阀，2--为电火花点火器，3--为电磁排气阀，4--为汽缸套，5--为活塞，6--为螺杆，7--为直花键套，8--为止推轴承，9--为螺旋套，10--电磁绳离合器外套及齿轮，11--为输出齿轮，12--为复往弹簧。13--为缸盖，14为固定电磁铁的隔热板。
上述两冲程发动机包括发动机汽缸套4、电磁阀控制的进气阀门3、排气阀门1、直线运动到旋转运动转换组件，复位弹簧12，离合器组件；其特征是直线运动到旋转运动转换组件由螺杆6、花键套7、止推轴承8、螺套9、电磁绳离合器10构成，其中螺杆6的一端与活塞固定，螺杆上有直线花键槽段和螺旋槽段，直线花键槽段通过滚珠与顶固定在汽缸套下端的花键套配合，螺旋槽段通过滚珠与螺旋套配合；花键套7与螺旋套9通过止推轴承8连接；电磁绳离合器10由螺旋套9、电磁绳、电磁线圈及输出齿轮构成，电磁绳、电磁线圈位于螺旋套9与输出齿轮之间；螺杆6的另一端与复位弹簧12接触。
上述两冲程发动机的两冲程工作原理是这样的第一行程为作功由火花塞2点火，混合气体燃烧，推动活塞5及螺杆6向下移动，经滚动螺旋副带动螺旋套9转动，此时，电磁绳离合器处于结合状态，带动离合器外套及齿轮10转动，再带动输出齿轮11转动，发动机对外作功。由于滚动螺旋副能将活塞5的直线移动转换为螺旋套9的纯力偶类转动，没有单力或径向分力，因此，活塞5可以作得很短。反作用力矩由花键套7承受。
上述结构中的电磁绳离合器在其电磁线圈通电后，产生磁场，使电磁绳将螺旋套和与电磁绳离合器一体的输出齿轮结合在一起。
第二行程为排气，当活塞5运动到下止点时，打开电磁排气阀，此时，由压缩了的复往弹簧12将螺杆6及活塞5推到上止点。此时，电磁绳离合器断开，齿轮10及11仍绕原方向转动，仅螺旋套9、钢球、螺杆6、活塞5反向运动，由它们组成惯性组件，由图看出，惯性组件尺寸小，重量轻，运动速度较原曲柄连杆机构低。
当第二行程终了时，打开电磁进气阀1，带压力的混合气体进入汽缸内，当快排完废气时，排气阀关闭，继续进混合器，达到要求的压力后，关闭进气阀。由于进排气阀惯性小，动作快；混合气有压力，进气快，因此，整个进气过程所须的时间很短。
至此经一次往复就完成一个完整的工作循环。较四行程工作方法少了两个行程，从而提高了动力组作功的时间比，减少了惯性机构的功耗和摩擦损失。这种两循环的另一特点为第二行程时间，只决定于弹簧弹力及阻力，是一个常数，便于优化。进排气采用电磁阀，不由原曲柄连杆大机构带动，重量轻，惯性小，动作快，节能又省时。
图2示活塞回到上止点时燃烧室的形状图，当打开进气阀时，基本能作到混合气体将废气由排气阀挤出。
图3为两行程工作循环图，横座标为时间，纵座标包括电磁绳离合器10、点火器、活塞机构、排气阀、进气阀的动作顺序及时间。第一个动作为点火a，混合气燃烧作功，活塞移动，由上止点b到下止点d，活塞到下止点后，排气阀打开c，复位弹簧推动活塞作回程运动，到上止点e，进气阀打开f，将燃烧室的废气挤出，待基本挤出完毕时，排气阀关闭g，此时，进气阀继续进气，待进气到额定压力时，进气阀关闭h，完成整个工作循环。启动电火花点火，继续第二个工作循环。
由图看出，活塞回程与发动机转速无关，一般回程时间较短；另外进排气阀的质量较小，进排气所需时间亦较短。而对现有四冲程发动机讲，工作循环的各动作由曲柄反馈操作，与转速有关。因此，原工作循环的时间t2＞t1，因此，发动机效率较低。图中t2为曲柄连杆发动机的工作循环时间，t1为本发明两冲程发动机的循环工作时间。
本发明中，可以通过微机、PLC对进、排气阀门的电磁阀及电磁绳离合器的工作状态进行控制。
权利要求
1.一种两行程发动机的两行程工作方法，包括采用发动机体，由电磁阀控制的进排气阀门、直线运动到旋转运动转换组件，复位弹簧，离合器组件，其特征是利用滚动螺旋机构完成直线运动到旋转运动的转换，其中活塞只作两个行程就完成一个的两行程工作循环，方法包括a、第一行程为作功行程包括进气、关闭进气阀、点火，燃烧，活塞移动螺杆带动螺旋套旋转，离合器结合，离合器带动输出机构旋转，输出功率；b、第二行程为排气行程离合器松开，由复位弹簧将活塞推回原位，此时，由电磁阀将排气门打开，活塞回到原位；由电磁阀将进气阀打开，带压力的混合气体迅速压入汽缸，当快排完废气时，排气阀关闭，当汽缸内压力达到混合气体压力时，进气阀关闭；由此，完成燃烧所需的全部要素。启动下一循环，电火花点火。
2.根据权利要求1所述的两行程发动机的两行程工作方法，其特征在于第一行程时，螺杆压缩弹簧，第一行程结束后，由复位弹簧完成活塞、螺杆的反向移动，活塞反向移动时间为常数，不受发动机转速的制约。
3.根据权利要求1所述的发动机两行程工作方法及装置，其特征在于第二行程终了时，由电磁阀打开惯性很小的进气阀，完成进气；进气时间很短，而且为常数，不受发动机转速的制约。
4.根据权利要求1所述的发动机两行程工作方法及装置，其特征在于凡为作功行程时，离合器接通，此组动力机构向中心轮(11)输出功率，此组动力机构的工作频率，不受发动机转数的制约。它们之间，即可完成能量的传递，又互不制约。
5.一种两冲程发动机，包括发动机汽缸套(4)、电磁阀控制的进气阀门(3)、排气阀门(1)、直线运动到旋转运动转换组件，复位弹簧(12)，离合器组件；其特征是直线运动到旋转运动转换组件由螺杆(6)、花键套(7)、止推轴承(8)、螺套(9)、电磁绳离合器(10)构成，其中螺杆(6)的一端与活塞固定，螺杆上有直线花键槽段和螺旋槽段，直线花键槽段通过滚珠与顶固定在汽缸套下端的花键套配合，螺旋槽段通过滚珠与螺旋套配合；花键套(7)与螺旋套(9)通过止推轴承(8)连接；电磁绳离合器(10)由螺旋套(9)、电磁绳、电磁线圈及输出齿轮构成，电磁绳、电磁线圈位于螺旋套(9)与输出齿轮之间；螺杆(6)的另一端与复位弹簧(12)接触。
全文摘要
一种两行程工作发动机的两行程工作方法a.第一行程为作功行程包括进气、关闭进气阀、点火，燃烧，活塞移动螺杆带动螺旋套旋转，离合器结合，离合器带动输出机构旋转，输出功率；b.第二行程为排气行程离合器松开，由复位弹簧将活塞推回原位。本发明的两冲程发动机包括发动机体，由电磁阀控制的进排气阀门、直线运动到旋转运动转换组件，复位弹簧，离合器组件。本发明通过电磁阀完成排、进气动作，这样，可以减少发动机损失，提高发动机的效率。由于摆脱了发动机的作功循环受曲轴转速的影响，使发动机在低转速时不熄火，并可省去起动机及其齿轮副，实现发动机直接平稳起动。
文档编号F02B75/02GK1523211SQ03135800
公开日2004年8月25日 申请日期2003年9月8日 优先权日2003年9月8日
发明者梁锡昌 申请人:重庆大学