[其他]对两冲程内燃机的改进及其操纵方法

说明书

本发明涉及的是内燃机，该机至少包括一个由活塞限定的容积可变的工作室（燃烧室），并至少有一个进气口和一个排气口。该机按两冲程进行工作。

本发明涉及的发动机最好（但并不一定要求）是用涡轮增压器进行增加。增压器由两部分组成：一个由发动机排气驱动的涡轮和一个与之机械相连的压缩器，该压缩器的出口与各个工作室的进气口相通。

众所周知，一台内燃机由至少一个容积可变的燃烧室组成，即一个由一个活动物（如活塞）和一个固定件（如气缸）限定的燃烧室，该内燃机工作总有两个明显的阶段，即：

一个封闭阶段，在该阶段中由于正时机构使进、排气同时处于关闭状态，使燃烧室与进、排气系统隔离。

一个换气的开放阶段，在该阶段，燃烧室与进气和/或排气系统相通。

在所有这类发动机中，这个开放阶段都有一段除去在每个燃烧室中压力的阶段，这个排放期是在封闭阶段和膨胀冲程最后，仅将排气系统由排气正时元件打开，使燃烧室与之相通。这个排放期在英语中常常被称作“排气冲击”或“排气脉冲”。由于由燃烧产生热气使得燃烧室内压力大大高于排气系统内的压力（其比值在2或3之间），在这期间产生膨胀，开始时可达音速后来为亚音速，在此过程中燃烧室中的大部分气体都被送入排气系统。

在四冲程发动机中，在排放期之后，至少有一部分剩余的燃气被活塞推到排气系中去，而新鲜空气则在以后的工作容积增加阶段被吸入。另一方面，在一台两冲程的发动机中，排气期过后残留在工作室中的废气则是在扫气阶段，即进排气元件同时打开时，被高速运动的新鲜空气逐出燃烧室。扫气的有效程度是两冲程发动机的效率和性能的一个决定因素。在这方面已经有各种推荐的扫气系统，特别是在两冲程发动机中使用气门作为进、排气元件。

然而，要使扫气取得显著效果，工作室上游（即进气系统）的压力总地来说无论何种发动机在扫气过程中都要高于下游一侧（即排气系统）的压力。因此，时至今日所有两冲程发动机，在上述扫气过程中，都需要一种加压手段以保持这一压力差平均为正值。

这种产生压力的方法，或是采用移动的活塞作为双作用零件，例如与在其下部的空室相配合，或与主轴箱体相配合，并与合适的延时元件相连，以保证空气在进入工作室前的预压缩，或是采用一个与主轴机械连接的辅助调压装置，比如叶轮或压缩器或ROOTS式压缩机，或不由主轴驱动而用电动。

从经济观点出发，采用这些产生压力的不同方法，增加发动机附件，影响发动机尺寸及能耗，因而都有缺点。

在增压两冲程发动机中，发动机在大功率工作状态下，扫气过程中扫气所必要的燃烧室上游和下游两端正压力差自然可以由涡轮增压器保证。的确，当压缩机以足够的压力比工作时，稳定驱动涡轮增压器所需的涡轮的膨胀比总是比较小，因为此时增压器的总效率和在工作室出口处的排气温度会较高。因此，对一个现代的涡轮增压器来说，如果其总效率为60%，其涡轮端进气温度为600℃，压力为4巴，增压器端则可将20℃的空气压力增至5个巴，这样工作室自然就得到1巴的正压力差。

然而，当这些增压两冲程发动机在低功率工作时，工作室出口处的气体焓不足以保证增压涡轮达到使上述压力差为正的转速。结果是，如果没有辅助设备，由于这种反向的压力差会阻止新鲜空气进入工作室，而使发动机停止运转。同样，要想起动发动机也会极其困难。

这些辅助设备也许是上面提到的产生压力那类型，也许是一种能够独立于发动机的涡轮增压器，并能够以防止在工作室上游、下游两端产生反向压差的速度运转。例如，用一个旁通导管将增压器的出口与涡轮的进口连通，并与一个辅助燃烧室相连，再用一个调速器以防止涡轮增压器的转速掉到预定门限值之下。另一种选择，可以是把涡轮增压器附加一个涡轮，该涡轮可输入有压力的液体，比如一种Pelton式水力涡轮器。

然而，这些已知的辅助设备都较复杂，成本也高，而且当使用时，其结果是油耗增加。

因此本发明的一个目的就是提供一种使用涡轮增压器，而在起动时和低功率工作时不需要外部扫气装置的发动机。

本发明的另一个目的则是当没有上述附加设备二冲程发动机，特别但不仅仅是增压发动机在低功率工作和起动时保证新鲜空气以一种自然的方式进入两冲程发动机的每个工作室。

本发明的另一个目的是为了有利于吸入新鲜空气，利用或至少是部分利用在工作室出口处的气体能量。

本发明的另一个目的是，如使用涡轮增压器，当排气正时元件打开时增加在每个工作室出口处的气体能量，以促使涡轮增压器转子的加速。

本发明的另一个目的是改善发动机的扭矩特性曲线。