专利名称：一种二行程汽缸活塞式发动机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及汽缸活塞式内燃发动机，特别是二行程汽缸活塞式发动机。
背景技术：
现在通用的二行程(二冲程)汽缸活塞式发动机，活塞在汽缸内上下往复两个行 程，曲轴旋转360°做一次功；四行程(四冲程)汽缸活塞式发动机，活塞在汽缸内经过“进 气一压缩一做功一排气”四个行程，曲轴旋转720°做一次功。就二行程与四行程发动机相 比较而言，四行程汽缸活塞式发动机体积大而功率小，二行程汽缸活塞式发动机具有功率 大而体积小的优点。但是二行程汽缸活塞式发动机却具有致命的缺点，即利用曲轴箱压缩 空气，以“扫气”的方法排出汽缸内的废气，致使进气不足，燃烧不尽，浪费燃料，排污过大， 润滑不良等更多缺点。可以说二行程汽缸活塞式发动机的优点则是四行程汽缸活塞式发动 机的不足，四行程汽缸活塞式发动机的优点则是二行程汽缸活塞式发动机的不足，即各有 其优点和不足。如四行程发动机的润滑方式，润滑好，寿命长等。为克服二行程汽缸活塞式发动机的缺点，发挥其二行程汽缸活塞式发动机的优 点，采用纯空气扫气加上燃油喷射已成为发明人发明新型二冲程发动机的主要设计思想。 但是这样站在以“扫气”、“换气”的方法排出汽缸内的废气的圈子内，在采用什么样的“扫 气”、“换气”的方法上下工夫、做文章，这是根本不可能找到最佳解决办法，取得最佳效果 的。其结果，还是新鲜混合气与废气混合，或者换气不彻底，或者浪费新鲜混合气，还是没有 达到四行程汽缸活塞式发动机那样用直接排出的方法，将废气排出干净。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种二行程汽缸活塞式发动机，该发动 机的混合气体的生成和点火燃烧是在密封的燃烧室的室内进行，而废气排出是在密封的燃 烧室的室外进行，可以保证燃烧室进气充足，燃料燃烧充分，废气排出干净。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是一种二行程汽缸活塞式发动机，它包括汽缸体、汽缸盖、活塞、连杆和曲轴；汽缸盖 设置在汽缸体的上端，活塞设置在汽缸体内，汽缸盖和活塞之间的汽缸体内腔为做功气室； 连杆的上端与活塞铰接，连杆的下端与曲轴铰接；汽缸盖内设有空腔，空腔内设有活动阀，活动阀将空腔分隔为燃烧室和弹簧室，汽 缸盖上设有用于联通燃烧室和做功气室的高温高压气体喷射孔；所述弹簧室内设有弹簧， 所述活动阀用于封闭高温高压气体喷射孔，所述弹簧用于将活动阀推到封闭高温高压气体 喷射孔的位置；汽缸体的上端还设有用于将做功气室内的废气排出的废气排气口及排气口 阀；汽缸盖上还设有用于向燃烧室输入压缩空气和燃料的通道孔，汽缸盖上设有用于 点燃燃烧室内混合气体的火花塞。上述方案中，所述通道孔通过四通阀分别与外部的压缩空气气源、燃料输送设备、真空泵连接。上述方案中，汽缸体的下端设有汽缸底盖、进气口和出气口 ；汽缸底上开有贯穿 孔；汽缸底盖和活塞之间的汽缸体内腔为压缩空气的气室；所述进气口和出气口分别 与压缩空气的气室联通；所述活塞与连杆之间还设有活塞杆，活塞杆的上端与活塞连接，活塞杆下端穿过 汽缸底盖上的贯穿孔与连杆的上端铰接；活塞杆与贯穿孔之间设有密封圈；上述方案中，所述活动阀在空腔内的活动方向为汽缸体的轴向，活动阀的下部用 于封闭高温高压气体喷射孔。上述方案中，所述活动阀在空腔内的活动方向垂直于汽缸体的轴向，活动阀的径 向侧壁用于封闭喷射孔。上述方案中，所述废气排气口及排气口阀设置在汽缸盖上。本实用新型的工作原理为高温高压气体喷射孔处自然关闭状态(活动阀在活动 阀弹簧推动下自然关闭高温高压气体喷射孔)，即燃烧室处密封状态，活塞在汽缸内由下止 点开始上行，发动机的正时凸轮等控制系统令排气口气阀开启，做功气室内的废气在活塞 顶部的推动下从废气排气口排出，发动机的正时凸轮等控制系统同时令安装抽真空泵的接 口的抽真空泵将燃烧室内的废气抽出，将燃烧室抽成真空，此时，发动机的控制系统令燃料 和另外设置的提供压缩空气的系统装置提供的压缩空气从用于向燃烧室输入压缩空气和 燃料的通道孔喷射进入完全密封的燃烧室内混合、储存；活塞在汽缸内上行到达上止点，做 功气室的废气在活塞顶部的推动下从废气排气口完全排出，此时，发动机的控制系统令排 气口气阀关闭废气排气口，同时令火花塞将储存在完全密封的燃烧室内的混合气体点燃， 由此产生的高温高压气体，推动活动阀压缩活动阀弹簧使活动阀离开高温高压气体喷射 孔，便从高温高压气体喷射孔喷射进入做功气室，推动活塞顶部使活塞下行即做功。活塞下 行到下止点，发动机的正时凸轮等控制系统令排气口气阀开启，做功气室内的废气在活塞 顶部的推动下从废气排气口排出。此时，做功气室内的压力降低，活动阀弹簧推动活动阀关 闭高温高压气体喷射孔。此时，活塞在汽缸内由下止点开始上行，发动机的控制系统令燃料 和另外设置的提供压缩空气的系统装置提供的压缩空气从燃料喷射口、压缩空气喷射口喷 射进入完全密封的燃烧室内混合、储存……如此循环往复。由此可见，混合气体的生成和点火燃烧是在密封的燃烧室的室内进行，而废气排 出是在密封的燃烧室的室外进行。由此，活塞在汽缸内由下止点上行推动废气从废气排气 口排出的过程中，燃料和储存在储气罐和气泵内的压缩空气，便可从用于向燃烧室输入压 缩空气和燃料的通道孔进入燃烧室混合、储存，待活塞在汽缸内由下止点上行到达上止点 排气完成时，发动机的正时凸轮等控制系统令排气口气阀关闭废气排气口，同时令火花塞 将储存在燃烧室内的混合气体点燃，由此产生的高温高压气体推动活动阀压缩活动阀弹簧 使活动阀离开高温高压气体喷射孔，使燃烧室内的高温高压气体进入做功气室推动活塞顶 部使活塞下行即做功。由此可见，活塞与汽缸盖构成的做功气室形成一个相对独立的混合气体燃烧做功 的工作系统和一个相对独立的废气排放的工作系统其混合气体燃烧做功的工作系统的功 能是组织压缩空气与燃料混合生成混合气体点火燃烧做功；其废气排放的工作系统的功4能是将混合气体燃烧做功的系统组织压缩空气与燃料混合生成混合气体点火燃烧做功后 的废气排出。本实用新型发动机的活塞在其汽缸内上下往复，活塞的顶部在做功气室进行“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，即其活塞在其汽缸内下 行，活塞的顶部只是在燃烧室内的高温高压气体的推动下下行做功，不吸进空气；其活塞在 其汽缸内上行，活塞的顶部只是排放废气，不压缩空气。其混合气体燃烧做功所需的压缩空 气由另设置的如机械增压泵、空气压缩机等气源提供压缩空气的系统装置提供。从而发扬 了二行程汽缸活塞式发动机和四行程汽缸活塞式发动机的优点，克服了二行程汽缸活塞式 发动机和四行程汽缸活塞式发动机技术存在的不足。与现有技术相比，本实用新型还具有以下优点1、用于向燃烧室输入压缩空气和燃料的通道孔通过四通分别与外部的压缩空气 气源、燃料输送设备、真空泵连接，真空泵将密封的燃烧室内的废气抽出，将燃烧室抽成真 空，避免燃烧室内的少许废气和燃料混合，进一步提高燃烧效率。2、汽缸体的下端设有汽缸底盖、进气口和出气口，活塞在其汽缸内上行，活塞的底 部从其新鲜空气进气口吸进空气；活塞在其汽缸内下行时，被活塞底部在压缩空气的气室 内压缩的空气通过出气口与另外设置的提供压缩空气的系统装置提供的压缩空气，一并储 存于储气罐和气泵。即其压缩空气的气室与另外设置的提供压缩空气的系统装置包括储气 罐、气泵、涡轮增压机等装置构成一个提供压缩空气的工作系统，为上述的混合气体燃烧做 功的工作系统组织压缩空气与燃料混合生成混合气体点火燃烧做功提供所需的压缩空气。 活塞在其汽缸内上下往复，活塞的底部在汽缸内的压缩空气的气室进行“进气、压缩、进气、 压缩”这二个行程的循环。3、由于压缩空气由另外设置的提供压缩空气的系统装置提供，即可根据不同燃料 的性质，对空气压缩比和空气燃料比可以进行调控，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；由此还可将压缩 空气的空气压缩比提得更高，克服了传统的汽缸活塞式发动机“加速”时混合气体过浓、“减 速”时混合气体过稀、空气压缩比偏低等缺欠；由此还可使氢气、汽油、柴油、乙醇、天然气等 不同燃料能够同机通用，而不用改变其机械结构；4、由于有活塞杆，使活塞在汽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。
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。图2为图1的A-A剖视图。图3为图1的B-B剖视图。图4为本实用新型实施例2的结构示意图。图5、6、7为本实用新型实施例2工作过程的示意图。图8为本实用新型实施例3的汽缸盖结构示意图。图9为图8的C-C剖视图。图10为图8的D-D剖视图。[0033]图中1-汽缸盖，2-汽缸体，3-活塞，4-做功气室，5-连杆，6-曲轴，7-曲轴箱， 8-通道孔，9-燃烧室，10-弹簧，11-活动阀，12-高温高压气体喷射孔，13-安装火花塞的 接口，14-火花塞，15-四通阀，16-安装抽真空泵的接口，17-燃料喷射口，18-压缩空气喷 射口，19-废气排气口，20-排气口阀，21-汽缸底盖，22-密封圈，23-活塞杆，24-进气口， 25-出气口，26-压缩空气的气室，27-空腔，28-弹簧室。
具体实施方式
如图1、2、3所示的本实用新型实施例1，它包括汽缸体2、汽缸盖1、活塞3、连杆5 和曲轴6、曲轴箱7 ；汽缸盖1设置在汽缸体2的上端，活塞3设置在汽缸体2内，汽缸盖1 和活塞3之间的汽缸体2内腔为做功气室4 ；连杆5的上端与活塞3铰接，连杆5的下端与 曲轴6的活动端铰接，曲轴6设置在汽缸体2下方的曲轴箱7内；汽缸盖1内设有空腔27，空腔27内设有“T”字形的活动阀11，活动阀11将空腔 27分隔为燃烧室9和弹簧室观，汽缸盖1上设有用于联通燃烧室9和做功气室4的高温高 压气体喷射孔12 ；所述燃烧室9用于压缩空气和燃料混合燃烧生成高温高压气体；所述高 温高压气体喷射孔12用于燃烧室9内的压缩空气和燃料混合燃烧生成的高温高压气体喷 射进入做功气室4推动活塞3下行做功，所述活动阀11在空腔内的活动方向为汽缸体2的 轴向即上下方向，活动阀11的下部用于封闭高温高压气体喷射孔12，所述弹簧室观内设有 弹簧10，所述弹簧10用于将活动阀11推到封闭高温高压气体喷射孔12的位置。汽缸体2的上端还设有用于将做功气室4内的废气排出的废气排气口 19及排气 口阀20;所述废气排气口 19及排气口阀20设置在汽缸盖(1)空腔27之外上。汽缸盖1上还设有用于向燃烧室9输入压缩空气和燃料的通道孔8，通道孔8与四 通阀15联通，四通阀15分别通过压缩空气喷射口 18、燃料喷射口 17、安装抽真空泵的接口 16与外部的压缩空气气源、燃料输送设备、真空泵连接。汽缸盖1上开有安装火花塞的接口 13，火花塞14设置在安装火花塞的接口 13内。 火花塞14用于点燃燃烧室9内的混合气体。实施例1的工作过程是活塞3在汽缸内由下止点开始上行，高温高压气体喷射孔12处自然关闭状态(活 动阀11在活动阀弹簧10的推动下自然关闭高温高压气体喷射孔1 ，即燃烧室9处密封状 态，发动机的正时凸轮等控制系统令排气口阀20开启，做功气室4内的废气在活塞顶部的 推动下从废气排气口 19排出；发动机的正时凸轮等控制系统同时令安装抽真空泵的接口 16的抽真空泵将燃烧室9内的废气抽出，将燃烧室9抽成真空，此时，发动机的正时凸轮等 控制系统令燃料和另外设置的提供压缩空气的系统装置提供的压缩空气从用于向燃烧室9 输入压缩空气和燃料的通道孔8喷射进入完全密封的燃烧室9内混合、储存。活塞3到达 上止点时，做功气室4内的废气在活塞顶部的推动下从废气排气口 19完全排出；发动机的 控制系统令排气口阀20关闭废气排气口 19，同时令火花塞14将储存在完全密封的燃烧室 9内的混合气体点燃，由此产生的高温高压气体，推动活动阀11压缩活动阀弹簧10使活 动阀离开高温高压气体喷射孔12，便从高温高压气体喷射孔12喷射进入做功气室4，推动 活塞3的顶部使活塞3下行即做功。活塞3下行到下止点，发动机的正时凸轮等控制系统 令排气口阀20开启，做功气室4内的废气开始从废气排气口 19排出。此时，做功气室4内6的压力降低，活动阀弹簧10推动活动阀11关闭喷射孔。此时，活塞3在汽缸内由下止点开 始上行，发动机的控制系统令燃料和另外设置的提供压缩空气的系统装置提供的压缩空气 从燃料喷射口、压缩空气喷射口喷射进入完全密封的燃烧室内混合、储存……如此循环往 复，活塞的顶部在做功气室4进行“做功一排气一做功一排气”这二个行程的循环，曲轴旋 转360°做一次功，即其活塞在其汽缸内下行，活塞的顶部只是在燃烧室内的高温高压气体 的推动下下行做功，不吸进空气；其活塞在其汽缸内上行，活塞的顶部只是排放废气，不压 缩空气。其混合气体燃烧做功所需的压缩空气由另设置的如机械增压泵、空气压缩机等气 源提供压缩空气的系统装置提供。如图4所示的本实用新型实施例2，它与实施例1的区别在于它的汽缸体2的下 端设有汽缸底盖21、进气口对和出气口 25 ；汽缸底21上开有贯穿孔。由此汽缸体2的内 腔即汽缸被汽缸底盖21和汽缸盖1密封，设置在汽缸体2内的活塞3将汽缸体2的内腔即 汽缸分割成相互可变容的上气室即做功气室4和下气室即压缩空气的气室26。所述活塞3与连杆5之间还设有活塞杆23，活塞杆23的上端与活塞3连接，活塞 杆23下端穿过汽缸底盖21上的贯穿孔与连杆5的上端铰接；活塞杆23与贯穿孔之间设有 密封圈22。实施例2的工作过程是活塞3在汽缸体2内上行，活塞3的底部从压缩空气的气 室沈的进气口 M吸进空气；活塞3在其汽缸内下行，活塞3的底部在压缩空气的气室沈压 缩空气。被活塞3的底部在压缩空气的气室沈压缩的空气通过压缩空气的气室沈的出气 口 25、管道，与另外设置的提供压缩空气的系统装置(图中未示出)提供的压缩空气，一并 储存于储气罐和气泵。即其压缩空气的气室26与另外设置的提供压缩空气的系统装置包 括储气罐、气泵、涡轮增压机等装置构成一个提供压缩空气的工作系统，为混合气体燃烧做 功的工作系统组织压缩空气与燃料混合生成混合气体点火燃烧做功提供所需的压缩空气。 活塞3在其汽缸内上下往复，活塞3的底部在汽缸内的压缩空气的气室沈进行“进气一压 缩一进气一压缩”这二个行程的循环。而活塞的顶部在做功气室4进行“做功、排气、做功、 排气”这二个行程的循环，其工作过程如同实施例1的工作过程，在此不赘述。如图4、5、6、7所示的实施例2工作过程的示意图，发动机处静止状态时，安装在空 腔27内的活动阀11在弹簧10的推动下自然密封高温高压气体喷射孔12而形成的燃烧室 9处封闭状态。在此状态下发动机开始转动，如图4所示，活塞3在汽缸内由下止点开始上 行，发动机的正时凸轮等控制系统，一方面令进气口 M开启，上行的活塞3的底部在压缩空 气的气室沈从进气口 M吸进空气；与此同时，令排气口阀20开启，活塞3的顶部将做功气 室4的废气从废气排气口 19排出，活塞3的顶部在做功气室4排出废气的同时，发动机的正 时凸轮等控制系统另一方面令安装抽真空泵的接口 16的抽真空泵将燃烧室9内的废气抽 出，将燃烧室9抽成真空，此时，发动机的正时凸轮等控制系统令燃料喷射装置将燃料从燃 料喷射口 17喷射到燃烧室9，发动机的正时凸轮(图中未示出)推动气泵(图中未示出) 将储存在气泵内的压缩空气以低压的方法从压缩空气喷射口 18喷射进入燃烧室9，压缩空 气和燃料在完全密封的燃烧室9混合，生成可燃混合气体。在此活塞3上行的过程中，发动 机的正时凸轮(图中未示出)推动气泵(图中未示出)将储存在气泵内的压缩空气以高压 的方法从压缩空气喷射口 18喷射进入燃烧室9，以旋转的方法与储存在燃烧室9内的混合 气体再次充分混合，即由图4到图5。如图5所示，活塞3在汽缸内上行到达上止点，排气完7成，发动机的正时凸轮等控制系统令排气口阀20关闭废气排气口 19。在这发动机的正时 凸轮等控制系统令排气口气阀20关闭废气排气口 19同时，令新鲜空气进气口 M关闭。瞬 间，储存在燃烧室9内的可燃混合气体被火花塞14点燃，燃烧室9内的高温高压气体，推动 活动阀11与高温高压气体喷射孔12分离的同时，从高温高压气体喷射孔12进入做功气室 4推动活塞3的顶部使活塞3开始下行即做功，即从图5到图6。如图6所示，在活塞3下 行做功的过程中，活塞3的底部压缩储存在压缩空气的气室沈内的新鲜空气，从压缩空气 出气口 25经管道进入储气罐和气泵内储存(与储气罐内的由涡轮增压机产生的压缩空气 混合)。活塞3到达下止点，即从图6到图7，如图7所示的状态，做功完成，压缩空气完成， 发动机的正时凸轮等控制系统令压缩空气出气口 25关闭，令进气口 25开启，发动机的正时 凸轮等控制系统令排气口气阀20开启，废气开始从废气排气口 19排出；做功气室4内的气 体压力降低，活动阀11在活动气门弹簧10的推动下自然回位，即密封高温高压气体喷射孔 12，使燃烧室9处封闭状态。与此同时，活塞3在汽缸内由下止点又开始上行，活塞3的底 部在压缩空气的气室沈吸进新鲜空气，活塞3的顶部在做功气室4排出废气……即从图7 回到图4的状态。活塞从下止点到上止点又回到下止点这上下两个行程，曲轴旋转360°做 一次功。如此循环往复。本实用新型二行程发动机工作过程表明，在由汽缸盖1和汽缸底盖21密封的汽缸 内设置的这三个工作系统，相互独立，相互联系、互不干扰、各行其职混合气体燃烧做功的 工作系统的功能是组织压缩空气与燃料混合生成混合气体点火燃烧做功；提供压缩空气的 工作系统的功能是为混合气体燃烧做功的系统提供组织压缩空气与燃料混合生成混合气 体点火燃烧做功所需的压缩空气；废气排放的工作系统的功能是将混合气体燃烧做功的系 统组织压缩空气与燃料混合生成混合气体点火燃烧做功后的废气排出。如图8、9、10所示的本实用新型实施例3，它与实施例1的区别在于所述活动阀 11为圆柱体，其活动阀11在空腔27内的活动方向垂直于汽缸体2的轴向，即活动阀11在 空腔27内左右活动，活动阀11的径向侧壁可用于封闭喷射孔12。
权利要求1.一种二行程汽缸活塞式发动机，它包括汽缸体O)、汽缸盖(1)、活塞(3)、连杆(5) 和曲轴(6)；汽缸盖(1)设置在汽缸体O)的上端，活塞C3)设置在汽缸体O)内，汽缸盖 ⑴和活塞⑶之间的汽缸体⑵内腔为做功气室⑷；连杆(5)的上端与活塞⑶铰接， 连杆(5)的下端与曲轴(6)铰接；其特征在于汽缸盖⑴内设有空腔(27)，空腔(XT)内设有活动阀(11)，活动阀(11)将空腔(XT) 分隔为燃烧室(9)和弹簧室(观)，汽缸盖(1)上设有用于联通燃烧室(9)和做功气室(4) 的高温高压气体喷射孔(12)；所述弹簧室08)内设有弹簧(10)，所述活动阀(11)用于封 闭高温高压气体喷射孔(12)，所述弹簧(10)用于将活动阀(11)推到封闭高温高压气体喷 射孔(1 的位置；汽缸体( 的上端还设有用于将做功气室(4)内的废气排出的废气排气 口 (19)及排气口阀(20)；汽缸盖(1)上还设有用于向燃烧室(9)输入压缩空气和燃料的通道孔(8)，汽缸盖(1) 上设有用于点燃燃烧室(9)内混合气体的火花塞(14)。
2.如权利要求1所述的二行程汽缸活塞式发动机，其特征在于所述通道孔(8)通过 四通阀(1 分别与外部的压缩空气气源、燃料输送设备、真空泵连接。
3.如权利要求1所述的二行程汽缸活塞式发动机，其特征在于汽缸体O)的下端设 有汽缸底盖(21)、进气口 04)和出气口 05)；汽缸底上开有贯穿孔；汽缸底盖和活塞C3)之间的汽缸体O)内腔为压缩空气的气室06)；所述进气 口 04)和出气口 05)分别与压缩空气的气室06)联通；所述活塞⑶与连杆(5)之间还设有活塞杆(23)，活塞杆03)的上端与活塞(3)连 接，活塞杆下端穿过汽缸底盖上的贯穿孔与连杆(5)的上端铰接；活塞杆03) 与贯穿孔之间设有密封圈02)。
4.如权利要求1或2或3所述的二行程汽缸活塞式发动机，其特征在于所述活动阀 (11)在空腔(XT)内的活动方向为汽缸体的轴向，活动阀(11)的下部用于封闭高温高 压气体喷射孔(12)。
5.如权利要求1或2或3所述的二行程汽缸活塞式发动机，其特征在于所述活动阀 (11)在空腔(XT)内的活动方向垂直于汽缸体的轴向，活动阀(11)的径向侧壁用于封 闭喷射孔(12)。
6.如权利要求1所述的二行程汽缸活塞式发动机，其特征在于所述废气排气口(19) 及排气口阀00)设置在汽缸盖(1)上。
专利摘要本实用新型涉及一种二行程汽缸活塞式发动机，它包括汽缸体(2)、汽缸盖(1)、活塞(3)、连杆(5)和曲轴(6)；汽缸盖(1)内设有空腔(27)，空腔(27)内设有活动阀(11)，活动阀(11)将空腔(27)分隔为燃烧室(9)和弹簧室(28)，汽缸盖(1)上设有用于联通燃烧室(9)和做功气室(4)的高温高压气体喷射孔(12)；所述弹簧室(28)内设有弹簧(10)，汽缸盖(1)上设有通道孔(8)，汽缸盖(1)上设有火花塞(14)。本实用新型的混合气体的生成和点火燃烧是在密封的燃烧室的室内进行，而废气排出是在密封的燃烧室的室外进行，可以保证燃烧室进气充足，燃料燃烧充分，废气排出干净。
文档编号F02B75/02GK201826953SQ201020286088
公开日2011年5月11日 申请日期2010年8月9日 优先权日2010年8月9日
发明者黄有文 申请人:黄有文