[发明专利]三冲程往复活塞式发动机

说明书

技术领域

本发明涉及一种往复活塞式内燃发动机。

背景技术

活塞内燃发动机自问世以来，一直是发动机家族的主流，尤其在气车，摩托车，轮船等交通工具领域里。

现在广泛使用的活塞内燃发动机按工作原理分为四冲程和二冲程两种。传统四冲程或二冲程发动机中，其冲程的定义是：活塞从一个止点运动至另一个止点的过程。四冲程发动机将热能转化为机械能都必须经过进气、压缩、热膨胀做功和排气四个工作过程，四个冲程做功一次，这是四冲程发动机的一个工作循环。而二冲程发动机每两个冲程即做功一次，在热膨胀做功后期利用进气进行排气，在进、排气完成后即进行压缩。

四冲程发动机具有燃烧效率高，排放低的优点，但因其四个冲程中仅有一个冲程在做功，其余三个冲程都消耗功率，因此其升功率比较小。二冲程发动机每两个冲程就做一次功，因此在与四冲程发动机相比同等缸容同等转速情况下，输出功率更大，但二冲程发动机又存在扫气不净，排气时有部分油气被排出，造成排放不达标、燃油浪费等问题。因此，现有汽车或摩托车发动机普遍采用的仍是四冲程发动机。

如何将四冲程发动机和二冲程发动机的优点结合，摒弃其缺点，使得发动机既具有较大的升功率，又能够避免燃料浪费并减少排放就成为了活塞式内燃发动机发展的一个技术瓶颈，长期以来人们为此经过许多努力，但进展不大。

于1997年10月29日公开的公开号为CN11213342A的中国发明专利申请“往复分离活塞式三冲程内燃发动机”，公开了一种三冲程内燃发动机，由气缸体和气缸体内的前活塞、后活塞以及与前活塞连接的废气做功活塞构成，作功时三个活塞同步下行，废气作功活塞到达下止点时前后活塞分离，前活塞上行，前表面经气缸盖上的排气口扫除气缸内废气，后活塞继续下行，前后活塞一上一下产生的真空经气缸侧壁上的进气口吸进气体，连杆、曲柄依靠惯性绕过下止点上行，后活塞关闭进气口，压缩气体、完成一个工作循环。

上述技术方案中在传统气缸内的做功活塞亦即其专利文件中所称“后活塞”之外又增加了一个用于排吸气的前活塞，排气口设置在汽缸盖上而进气口设置在汽缸壁上，其膨胀做功冲程中的燃烧室设置在前活塞的前端面和汽缸盖之间，前活塞在做功冲程中随后活塞一同向下运动，当前活塞驱动机构即其专利文件中所称“废气做功活塞”带动前活塞上行时，膨胀做功冲程结束，扫汽进汽冲程开始，后活塞依靠惯性下行，前后活塞之间产生的吸力“从进汽口吸进足量汽体，前活塞前端面在上行中逐渐将缸内残留废汽扫出汽缸”，当后活塞上行封闭汽缸壁上的进汽孔时，扫汽进汽冲程结束，压缩冲程开始，后活塞将汽体通过前活塞上的孔或槽压入燃烧室，当后活塞到达其上止点时，其与前活塞的后端面接触，压缩冲程结束。

上述方案力图克服二冲程以新气扫除废气所带来的能源浪费和环境污染问题，但由于其前活塞的活塞轴工作时处于燃烧室内，易被烧蚀，导致密封及润滑困难，并且活塞轴会将热量带出燃烧室外，减小做功功率；其燃烧室的形状不规则，易形成死角，导致燃烧不充分；由于燃烧室在气缸盖与用于排吸气的前活塞之间，而且排气门又在气缸盖上，久而久之其排气门容易积碳，则在其压缩冲程中不能保证密封，由此在实施中存在诸多无法克服的问题。

发明内容

为了克服上述三冲程发动机用于排吸气的前活塞的活塞轴工作时处于热膨胀室内造成密封及润滑困难的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种解决了所述三冲程发动机密封及润滑困难问题的三冲程往复活塞式发动机。

本说明书中，为便于叙述，先作如下定义：在气缸的轴向，以气缸盖方向为“上”，以曲轴方向为“下”；将主活塞和副活塞向气缸盖方向运动的止点对应称为主活塞上止点和副活塞上止点；主活塞和副活塞反方向运动的止点对应称为主活塞下止点和副活塞下止点；副活塞朝向气缸盖的表面为副活塞上表面，副活塞朝向主活塞的表面为副活塞下表面，主活塞朝向副活塞的表面为主活塞上表面。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：三冲程往复活塞式发动机，包括进气口、排气口、气缸、气缸盖和在气缸内往复运动的主活塞和副活塞，副活塞位于主活塞和气缸盖之间，副活塞将主活塞和气缸盖之间的可变气缸空间分隔为上腔和下腔，所述发动机的每一个工作循环均由排吸气冲程、压缩冲程和做功冲程组成，在做功冲程中，下腔作为热膨胀室，且每个工作循环中：

排吸气冲程：主活塞进入主活塞下止点附近区域，下腔排气；副活塞由副活塞上止点运动到副活塞下止点，上腔进气；

压缩冲程：主活塞推动位于副活塞下止点的副活塞向副活塞上止点运动，进入上腔的气体被压缩，在此过程中，进入上腔的气体被导入下腔；