[发明专利]活塞式发动机气缸活塞运动控制方法及实现该方法的设备

说明书

技术领域

本发明属于发动机控制技术领域，涉及一种活塞式发动机气缸活塞运动控制方法及实现该方法的设备。

背景技术

目前，活塞式发动机分为二冲程和四冲程两种，其中二冲程发动机气缸体上有三个孔，即进气孔、排气孔和换气孔，这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭，二冲程发动机气缸活塞运动如图1所示，具体为：㈠第一行程：活塞自下止点X1向上移动，三个气孔同时被关闭后，进入气缸的混合气被压缩，在进气孔露出时，可燃混合气流入曲轴箱；㈡第二行程：活塞压缩到上止点X4附近时，火花塞点燃可燃混合气，燃气膨胀推动活塞从上止点X4向下止点X1下移作功，这时进气孔关闭，密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩，当活塞接近下止点X1时排气孔开启，废气冲出，随后换气孔开启，受预压的可燃混合气冲入气缸，驱除废气，进行换气过程。

四冲程发动机气缸活塞运动如图2所示，具体为：㈠进气行程：进气门打开，活塞从上止点X4下行运行至下止点X1，汽油和空气的混合气被吸进汽缸内；㈡压缩行程：进气门和排气门同时关闭，活塞从下止点X1上行运行至上止点X4，混合气被压缩；㈢燃烧做功行程：当混合气被压缩到最小时火花塞跳火点燃混和气，燃烧产生的压力推动活塞从上止点X4下行运行至下止点X1，并带动曲轴旋转；㈣排气行程：当活塞下行到下止点X1时，排气门打开，废气排出，活塞继续上行至上止点X4把多余的废气排出。四冲程发动机要完成一个工作循环，活塞在气缸内需要往返4个行程（即曲轴转2转720°）。

二冲程和四冲程发动机各自存在自己的优缺点。二冲程发动机优点：曲轴每旋转一周发动机燃烧做功一次，旋转较平稳；往复运动产生的惯性力小，振动小、噪音低；与四冲程发动机相比，在相同的容积相同的转速下，如平均有效压力相同，则功率为四冲程发动机的约1.7倍。二冲程发动机缺点：进气排气过程的时间短，所以燃油损失大，环境污染大；在气缸壁的一侧有气口，活塞环接触到这里易于磨损；由于排气口在气缸上，所以易于过热。四冲程发动机优点：不存在二冲程发动机那样的窜气回流损失，燃油消耗率低；容积效率、平均有效压力高；排量大，可设计成大功率发动机。四冲程发动机缺点：曲轴每旋转两周发动机燃烧做功一次，所以旋转平衡不稳定，机械噪音大；吸气、压缩、排气三冲程均靠消耗发动机所做的功驱动；高压缩比的追求和燃料自燃之间存在着很大的矛盾需要众多手段进行排解；废气对环境污染也较为严重。

专利号为200710028439.5的中国专利提出一种外压缩式二冲程发动机，主要是在排气进行中增加一扫气过程，增加了一个副燃烧室或在进气歧管内安设燃料喷雾器，高压助燃空气的获得通过涡轮与机械二级增压实现，机械增压以发动机为动力源；权利要求书中称，活塞只有做功和排气两个冲程（而根据后文叙述判断，气体压缩环节仍然存在）。此专利公开的技术中，外压缩耗费大量发动机所做的功；扫气环节为尽可能的多排出废气，而废气中含有一定量的可燃有害物，大量排出后对节能和环保均不利，且扫气环节也要浪费一定的功；增加扫气阀门等零部件，在发动机制造和控制方面增加了一定的难度。此种发动机制造及工作过程过于复杂但想要取得的效果却不甚明显。

目前为发动机提供高压助燃空气的装置，分为涡轮增压器和机械增压器。其中涡轮增压器因工作环境因素导致其对制造材料和冷却液的要求过高，且在工作过程中常伴有迟滞现象，同时根据力的作用与反作用理论，废气在冲击涡轮的过程中，涡轮也将力经废气传导至发动机活塞，在节能的同时导致了另一部分无用功的出现；机械增压器，以发动机为动力源，消耗了发动机所做的功。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种活塞式发动机气缸活塞运动控制方法，通过该控制方法控制发动机活塞运动，可以获得相同条件下比二冲程和四冲程发动机功率更大、平稳性更高、噪音更小、节能与减排更加显著。

本发明实现以上发明目的的技术方案是：

一种活塞式发动机气缸活塞运动控制方法，发动机气缸具有进气门、排气门和燃烧室，活塞在曲轴带动下进行上下运动（有时候是活塞驱动曲轴运动），活塞在气缸内运行具有下止点和上止点，将进气门通过进气管连接至高温高压助燃空气源，在下止点和上止点之间增设有两个止点，分为第一中止点和第二中止点，第二中止点位于第一中止点的上方，活塞运动按以下步骤进行控制：

步骤A，排气门打开，进气门关闭，活塞在曲轴带动下自下止点向上运动至第一中止点，废气自排气口排出；