| JP2004116305 | INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
| WO/2003/078809 | INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
| JP2004044593 | OPERATING METHOD FOR TWO-STROKE RECIPROCATING INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
LIN DIBING (CN)
LIN DIBING (CN)
| JP2004132304A | 2004-04-30 | |||
| US20060048981A1 | 2006-03-09 | |||
| CN1358930A | 2002-07-17 | |||
| CN1766292A | 2006-05-03 | |||
| CN1737350A | 2006-02-22 | |||
| CN101429880A | 2009-05-13 | |||
| CN1414227A | 2003-04-30 | |||
| JP2006242053A | 2006-09-14 | |||
| DE102009015905A1 | 2010-10-07 |
| 权 利 要 求 书 1、一种"独立可控进排气二冲程内燃机系统"，起动时由补偿气泵（38) 提供空气流（35), 在涡轮增压器（33)提供稳定气压后， 补偿气泵（38) 停止工作， 由涡轮增压器（33)输出的空气流（35)经过空气冷却器（36) 后进入独立进气通道（37), 通过永磁可控气门（20), 向汽缸提供新鲜空气 流（35), 独立可控排气装置（14)在排气行程中， 控制排气口先于进气口 关闭， 利用增压进气实现了二冲程增压工况， 该原理方法不限于 1个活塞的 结构布局； 其特征是： 内燃机有独立进气通道（37)， 独立的可控排气装置 ( 14),涡轮增压器（33),补偿气泵（38) ,独立的机油池（22),喷油嘴（18)。 2、 一种 "独立可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机系统"， 其特征在 于： 启动时先以自然吸气四冲程模式运行， 当需要大功率工况时， 运行模式 由四冲程转入二冲程模式， 此时由排气驱动涡轮增压器（33) 向二冲程模式 提供有压力的清洁气流（35), 清洁气流（35)通过冷却器（36)后， 输送 到二冲程进气门 （20)， 进入二冲程进气口 （25), 再进入发动机（21), 废 气（34) 由排气门 （14)排出， 二冲程模式下四冲程进气门 （17)配合增压 进气， 进气门 （20)、 排气门 （14)按二冲程模式运行相位进行开、 关， 实 现了运行方由四冲程到二冲程的转变， 当运行进入小功率工况时， 运行模式 由二冲程转入四冲程，二冲程进气门（20)关闭，进气门（17)、排气门（14) 按四冲程运行相位进行开、 关， 实现了运行方式由二冲程到四冲程的逆变， "独立可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机系统"其原理方法可应用于多 缸发动机。 3、 根据权利要求 1所配合的 "永磁电控气门"中， 永磁电控气门 （1) 上部嵌入磁钢 (13), 内有动铁芯 (2), 下端嵌入控制线圈 (11)内包括 2组线圈 Q1 及 Q2, 气门圈 (7), 气门导管 (9)内有气门 (8)与动铁芯 (2)、 连接锁片 (12) 使其成为能一个刚性部件其特征在于： 控制电流到线圈 Ql、 Q2时， 运动铁 芯 (2)上产生的磁场磁极与顶端磁钢 (13)固定磁极上磁极相互排斥作用产生位 移， 推动气门 (8)运动， 实现气门升程（cm)控制， Q1失电后， Q2上维持 电流， 动铁芯 (2)产生的磁场磁极与磁钢（13)磁极继续相斥， 维持气门（8) 的开启。 当 Q2失电时， 动铁芯（2)磁场消失， 磁钢（13)磁能吸引动铁芯 (2) 回位， 气门 （8)关闭。 13 替换页 （细则第 26条) |
传统的二冲程内燃机由于结构原理的原因， 存在燃油效率低、 排放污染大、 机油参与燃烧等缺陷， 本专利申请人之一（罗宪安）的发明专利《 00136557. 6 二 冲程结构 /四冲程内燃机系统》已经解决了以上问题， 该系统不能运用增压功能， 从而限制了其升功率的进一步提升； 本发明便是公开了一种二冲程增压内燃机， 创新发明了一个独立式可控进气装置和一个独 立式可控排气装置， 通过对进排气 门的精确控制来进行增压模式工况， 形成一个全新的二冲程增压内燃机系统， 极 大的提高了二冲程内燃机的升功率。 依据此原理， 又将以上二冲程的独立式可控 进气装置移植到四冲程内燃机系统内， 将四冲程内燃机原有的进、 排气门改造更 换为独立可控式气门装置， 从而发明了可在二冲程与四冲程之间自由转换 的内燃 机， 集二冲程和四冲程的优点于一体， 又弥补了两者的缺陷， 是一款全新运行原 理和制造方法的内燃机系统。
以上的发明，为实现进、排气门的可控自由度 ， 本发明提供了一种永磁电控气 门， 取代了传统的机械式进、 排气门， 永磁电控气门是实现本发明的独立式可控 进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机系统的方法之一。 发明内容 本发明的二冲程内燃机的独立式可控进排气系 统， 使得 "独立式可控进排气 二冲程内燃机 "成为可实现的技术方案 1 ; 由于解决了二冲程内燃机的独立可控进 排气技术， "独立式可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机系统"， 也成为一个可 实现的技术方案 2。
为实现进、 排气的独立可控， 本发明的 "永磁电控气门"装置是技术方案 3， (不排除其它可控气门实现功能）， 应用于技术方案 1、 2中。
技术方案 1 ; "独立式可控进排气二冲程内燃机"； 将传统二冲程内燃机的进气 口独立出来，设置独立的可控进气通道 37，再结合已经成熟的缸内燃油直喷技术， 便可解决传统二冲程内燃机机油参与燃烧、 使用含燃油的混合气体来进行换气的 诟病， 使其与四冲程内燃机实现同等的环保工作模式 ， 又比四冲程内燃机工作效 能提升一倍 （一个工作循环从 720° 降低至 360° 完成）， 再通过设置一个可控排 气装置 14， 控制排气口提前关闭， 利用其与进气口 25滞后关闭的时间差，来对缸 内气体进行增压， 解决了传统二冲程内燃机进气口与排气口对置 直通造成的无法 增压的缺陷， 就此实现一个全新的环保二冲程增压内燃机工 作原理， 其结构还有 简单轻量化的优势， 降低了制造成本， 提高了内燃机的可靠性和使用寿命。
技术方案 2 "独立式可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机系统"。
在通常的行驶工况下， 发动机处于四冲程模式 （工况和排放处于最优状态）。 当需要加速、 高速行驶和持续上坡时， 发动机自动由四冲程模式转为二冲程模式； 在发动机转速不变的情况下， 其功率迅速倍增。 实现了发动机与车辆动力最经济 的匹配， 在同等动力需求工况下， 车辆的发动机汽缸容积为此可减小一半， 极大 的节约了发动机制造资源和使用能源消耗。 本发明的永磁电控气门 14、 20, 通过位置传感器 26 (图 3 ) 取样内燃机转速 信号， 在电脑的处理后精确的控制发动机的工况（进 气和排气、 点火时间）， 在遵 循二冲程原理时实现技术方案 1 ; 利用电脑对进气、 排气、 喷油、 点火自动调整匹配 （图 4); 遵循二冲程或者 四冲程原理实时控制， 实现技术方案 2 (二冲程 /四冲程的可逆转换)。 本发明可应用于单缸及多缸发动机系统中。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 技术方案 1 ; 在传统二冲程内燃机的结构（汽缸、 曲轴箱、 活塞）基础上， 一 是把传统二冲程的曲轴箱活塞换气室改为与四 冲程内燃机相类似的独立机油池 22， 二是增加一个独立式的进气通道 37， 进气通道 37的进气入口分为两个部分， 一个部分为设立独立的进气补偿装置 38; —个部分为增压器 （本方案选择废气涡 轮增压器 33)， 三是排气口重新进行设计， 增加由电脑控制的可控气门（本方案选 择了永磁电控气门 1 )， 四是在缸盖上设置了缸内燃油直喷嘴 18。
启动内燃机时， 因转速较低， 废气不足以驱动涡轮， 此时空气流 35可由进气 补偿装置 38来提供， 当转速达到废气涡轮增压器的稳定状态后，进 气补偿装置 38 即停止运行，转由废气涡轮增压器 33来提供纯空气流 35，当活塞排气行程完成（即 活塞过了下死点， 往上移动时）， 排气口的可控气门 14在废气 34排完之后便提前 关闭，永磁电控气门 20的进气口 6设置为滞后关闭，利用进、排气之间的相位 ， 涡轮增压器提供的压缩空气流 35进入汽缸内， 与缸盖上喷油嘴 18提供的燃油混 合成可燃气体后点火做功， 便实现了二冲程内燃机的增压， 且环保性能与四冲程 内燃机一致。
技术方案 2;在四冲程发动机的结构基础上，摒弃原有的 冲程发动机机械配 气装置， 保留了缸盖上的进排气门， 改由可控进排气门 （本方案选择永磁电控气 门装置 1 )来控制打开或关闭，其开或关的指令均由位 传感器装置 (26)和电脑程 序来控制； 其进气方式分为两种， 一是四冲程自然吸气模式， 二是二冲程（增压) 模式 （本方案选择废气涡轮增压器）。
在传统四冲程发动机的结构 （汽缸、 曲轴箱、 活塞、 机油池） 基础上， 在发 动机气缸 19壁上， 增加二冲程进气口 25， 安装永磁电控气门 20, 其进气口 6连 接涡轮增压器 33。传统二冲程的曲轴箱活塞换气口改为独立 进气通道 37， 本方 案选择废气涡轮增压器 33提供二冲程模式的扫气能量，在缸盖设置缸 燃油直喷 启动发动机 21时 （初始设定为四冲程模式）， 当转速达到废气涡轮增压器 33 的稳定工作状态后，废气涡轮增压器 33来提供纯空气流 35，发动机即可由四冲程 转换为二冲程模式；
本发明技术方案 2; 在同一个发动机内实现了四冲程和二冲程不同 工况自由转 换的工作原理， 发动机既具备四冲程模式下的节能优势， 同时又获得了二冲程模 式下的高功率输出性能。
技术方案 3; "永磁电控气门"有实时开、 关、 停用等功能。 由于 "永磁电控 气门"具有不受机械结构限制， 并有 100%控制自由度。 通过电脑对进、 排气时间 以及对喷油的自动微调， 可使发动机的工况随时处于最佳状态。
本发明的有益效果是：
"独立式可控进排气二冲程内燃机系统"技术 案 1，解决了传统的二冲程内燃 机由于结构原理的原因， 存在燃油效率低、 排放污染大、 机油参与燃烧等缺陷，、 解决了二冲程发动机无法增压的缺陷，实现了 环保节能的效果。二冲程发动机 (360 ° 完成一个循环） 的工作原理， 比四冲程发动机（720° 完成一个循环）理论功率 提升了一倍， 且结构更简单更轻量化， 降低了制造成本， 提高了发动机的可靠性 和使用寿命。
"独立式可控进排气二冲程内燃机" 技术方案 2;实现了二冲程与四冲程模式 之间的自由转换，发动机 21可从四冲程自然吸气工况平顺转换为二冲程 压工况， 也可从二冲程增压工况平顺转换为四冲程自然 吸气工况， 启动运行时， 利用四冲 程可自然进气的工作原理来进行发动机的起动 ， 四冲程低转速 （怠速） 时更具节 能优势， 而在需要时则利用二冲程模式的高功率输出优 势； 其结构特征是在四冲 程发动机增加二冲程进气口， 在二冲程增压工况下， 其理论升功率可达到传统四 冲程自然吸气发动机的 4倍， 传统四冲程增压发动机的 2倍。 技术方案 3， "永磁电控气门"具有 100%控制自由度， 取代了四冲程发动机 系统极其复杂的机械正时机构， 摒弃了正时轮、 正时轴、 时轨传动带、 气门弹簧、 气门可变升程等复杂的机械、 电气装置， 实现了受电脑数字技术精确控制的电控 气门； 其具有实时开、 关、 停用等功能， 通过电脑对进、 排气时间、 喷油的自动 微调， 使发动机的工况随时处于最佳状态。
本发明专利所述的 "独立式可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机系统"技术方 案 1、 技术方案 2; 都具有结构简单， 轻量化、 精确控制进、 排气、 增压、 实现节 能高效， 为汽车行业和其它设备制造业提供了全新的动 力选择。 附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明 ：
图 1是本发明： "独立式可控进排气二冲程内燃机"系统总图
图 2是本发明： "独立式可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机"总成结构图 图 3是本发明： 发动机曲轴传感器布局图 图 4是本发明： 发动机二冲程变四冲程相位逻辑图
图 5是本发明：
"独立式可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机" 360° 工况流程图
图 6是本发明
"独立式可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机"系统原理图
图 7是本发明： 永磁电控气门结构原理图
图 8是本发明： 永磁电控气门关闭、 开启工况图
图 9是本发明： 永磁电控气门电气原理图
图 10是本发明： 永磁电控气门控制原理图 实施例
图 1是本发明： "独立式可控进排气二冲程内燃机"系统总图
图中， 14.排气门， 16.火花塞， 18.缸内直喷油嘴， 20.二冲程进气门， 21.发动机， 25.二冲程进气口， 33.涡轮增压器， 34.废气流， 35.气流， 36.冷却器， 37.独立 式进气通道， 38.辅助进气装置。 实施例： "独立式可控进排气二冲程内燃机"发动机 21， 缸体顶部燃烧室有排气门 14， 火花塞 16， 缸内直喷油嘴 18， 气缸壁侧面有二冲程进气口 25， 装有进气门 20， 启动时先由辅助进气装置 38提供气流 35进行扫气， 启动成功后， 利用废气 34驱动涡轮增压器 33，经过冷却器 36提供气流 35进入独立式进气通道 37，在进 气门 20， 排气门 14的控制下； 按 （图 4)【二冲程 （360° 循环相位图）】打开和 关闭， 实现二冲程工作模式。
图 2是本发明： "独立式可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机"总成结构图 图中. 14.排气门， 16.火花塞， 17.四冲程进气门， 18.喷油嘴， 19.活塞， 20.二冲 程进气门， 21.发动机， 22.机油池 ， 23.曲柄， 24.连杆， 25.二冲程进气口。 实施例： 发动机 21， 缸体顶部有四冲程进气门 17， 排气门 14， 火花塞 16， 缸内 喷油嘴 18; 气缸壁侧面有二冲程进气口 25， 装有进气门 20。 在四冲程工况时， 进气门 17， 排气门 14; 按（图 4); 【四冲程（720° 循环相 位图）】打开和关闭。
在二冲程工况时，进气门 17，进气门 20，排气门 14;按（图 4):【二冲程（360 ° 循环相位图） 打开和关闭。
二冲程与四冲程的转换位置在 （图 4)【2/4冲程转换点】处实现无缝转换， 当冲程转换时， 发动机转速不会变化， 但其做功能力出现成倍的变化， 此功能适 应了低速 （小功率） 四冲程运转或者高速 （高功率） 二冲程模式运转， 适应了车 辆实际运行的需要。
图 3是本发明： 发动机曲轴传感器布局图
图中. 21.发动机， 26.曲轴位置传感器装置， 27. 喷油传感器， 28.点火传感器， 29.排气门位置传感器， 30. 二冲程进气位置传感器， 31. 二冲程排气关闭位置 传感器， 32.四冲程进气关闭位置传感器， 39.下死点位置传感器， 40.四冲程排气 门关闭滞后位置。
实施例：发动机 21的曲轴上镶嵌有曲轴位置传感器装置 26，根据二冲程或四冲程 工况提供控制信号。
在二冲程模式工况下， 由喷油传感器 27， 点火传感器 28， 排气门位置传感器 29, 二冲程进气位置传感器 30， 二冲程排气关闭位置传感器 31， 四冲程进气关 闭位置传感器 32， 依据（图 4) 【二冲程（360° )循环相位图】控制进气门 17、 20和排气门 14运行。
在四冲程模式工况下， 由喷油传感器 27， 点火传感器 28， 排气门位置传感器 29, 二冲程排气关闭位置传感器 31， 依据 （图 4)【四冲程（720° )循环相位图】 控制进气门 17和排气门 14运行。四冲程排气门滞后关闭位置 40是通过电脑控制 实现。
图 4是本发明： 发动机二冲程变四冲程相位逻辑图
图中. 【二冲程 （360° ) 循环相位图】预置了发动机在二冲程工作模式 ； 在 125 ° 排气阀打开； 汽缸废气泄压； 开启 10° 后， 在 135° 进气门 20打开； 通过排气 门 14扫除废气； 在 229° 排气阀关闭 （此位置活塞上行强制关闭了二冲程进气 口）； 在 180° 时， 四冲程进气门 17打开， 在 240° 时关闭； 在活塞上行强制关闭 了二冲程进气口位置后， 延时了 11 ° 时间， 实现进气增压； 压缩行程 120° ， 在 348° 喷油传感器启动喷油嘴； 形成混合可燃气， 在上死点 360° 位置点火做功； 从 0° 到 125° 是做功行程。 以上过程 （360° ) 完成一个二冲程工作循环， 其控 制由车载电脑实现。 注： 实际点火时间依据转速自动提前。
【四冲程 （720° ) 循环相位图】预置了发动机在四冲程工作模式 ： -12° 进气门 打开；活塞下行吸入新鲜空气；在 228° 进气阀关闭；吸入空气进入压缩行程（132 。 ) 在 348° 喷油； 形成混合可燃气， 在上死点 360° 位置点火做功； 从 360° 到 485° 是做功行程。 485° 排气门打开， 排除废气（活塞从下死点上行到 739° )关 闭角度推后了 Z19° ； 在此过程中； 进气门提前 Z12° 708° 时打开； 出现进气 Z 与排气 Z叠加 3Γ ； 有利排气行程效率提高； 以上过程（720° )完成一个四冲程 工作循环。 其控制由车载电脑实现。 图中， 【二冲程 （360° ) 循环相位图】 I【四冲程 （720° ) 循环相位图】在 228
° 位置处； 是发动机变冲程的转换点， 在电脑控制下； 发动机可在 228° 位置自由 实现工作模式由二冲程到四冲程模式转换；也 可由四冲程模式到二沖程模式转换。 图 5是本发明：
"独立式可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机" 360° 工况流程图
图中， 14.排气门， 16.火花塞， 17.四冲程进气门， 18.喷油嘴， 20.二冲程进气门。 实施例： A;发动机做功行程 0→125° ； B; 125° 排气门 14打开泄出废气； 135 0 →229° 二冲程进气门 20打开；新鲜气流进入扫气； ^ C; 229° 二冲程进气门 20 关闭； 排气门 14关闭； 在 180° 四冲程进气门 17打开； D; 180° →240° 四冲程 进气门 17打开增压进气在 240° 关闭； 压缩行程 240° →360° ， 在 348° 喷油嘴
18喷油； E; (上死点） 360° 火花塞 16点火； A; 360° 完成一个二冲程工作 行程。 注： 点火时间实际位置是要根据转速自动提前的。 图 6是本发明：
"独立式可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机"系统原理图 图中， 14.排气门， 17.四冲程进气门， 20.二冲程进气门， 21.发动机， 25.二冲程 进气口， 33.涡轮增压器， 34.废气流， 35.气流， 36.冷却器。 实施例： "独立式可控进排气二冲程 (可变四冲程）内燃机 "运行时， 启动时先以四 冲程模式运行（废气 34驱动涡轮增压器 33， 向二冲程模式提供有压力的清洁气流 35)， 此时进气门 20处于关闭状态； 当发动机需要大功率工况时， 电脑自动将运 行模式 （见图 4) 由四冲程转入二冲程模式； 发动机排除的废气流 34， 推动涡轮 增压器 33， 吸入的新气流 35通过冷却器 36， 在二冲程进气门 20控制下进入发动 机 21， 通过二冲程进气口 25进入新鲜空气， 在换气行程中， 通过排气门 14扫除 缸内废气 34 (进气门 17处于关闭态）； 进气门 20、排气门 14， 按二冲程运行相位 开、 关， 实现了运行方式由二冲程到四冲程的转变。 当发动机输出功率变小时电 脑自动将运行模式 （见图 4) 由二冲程转入四冲程模式； 二冲程进气门 20关闭， 四冲程进气门 17、 排气门 14， 按四冲程运行相位开、 关； 实现了运行方式由二冲 程到四冲程的逆变。
图 7是本发明： 永磁电控气门结构原理图
图中： 1. 永磁电控气门， 2.动铁芯， 3.油封， 4.维持线圈 Q2, 5.冷却液口， 6.进、 排气口， 7.气门圈， 8.气门， 9.气门导管， 10.启动线圈 Ql， 11.控制 线圈， 12.连接锁片， 13.磁钢。
实施例：永磁电控气门 1上部嵌入磁钢 13，静态是利用磁钢 13磁能吸住动铁芯 2; 动铁芯 2下端嵌入控制线圈 11内，控制线圈 11内包括 2组线圈 Q1及 Q2 ; 冷却液 口 5连接冷却液， 气门圈 7， 限制了气门 8的关闭位置， 气门导管 9内有气门 8 与动铁芯 2、连接锁片 12使其成为一个刚性部件， 油封 3 (2个）保证了冷却液不 进入气门内部和汽缸燃烧室内。 在 Q1 ( 10)上电时， 动铁芯 2产生的磁场磁极与磁钢 13磁极相斥， 推动气门 8 打开， Q1失电后， Q2 (4) 上电维持， 动铁芯 2产生的磁场磁极与磁钢 13磁极相 斥， 维持气门 8的开启， 当 Q2失电时， 动铁芯 2磁场消失， 磁钢 13磁能吸引动 铁芯 2回位， 气门 8关闭。 图 8是本发明： 永磁电控气门关闭、 开启工况图 图中. 15.永磁电控气门 1开启态， 41. 永磁电控气门 1静态。 实施例： 永磁电控气门的两种状态： 在没有控制电流时， 永磁电控气门静态关闭
41 , 气流不能通过， 当有控制电流时， 永磁电控气门开启态 15可通过气流。 图 9是本发明： 永磁电控气门电气原理图
图中， 电控气门开、 闭的控制由 2个线圈共同实现： Q1是启动线圈； Q2是维持线 圈， 当启动电流 Imax输入时 （PWM); Q1和 Q2同时获得电能， 迅速启动电磁门 8 打开， Q1电流在电控气门打开后截止； 电控气门持续打开则由输入 Q2的维持电流 Ian输入决定； 当 Q2失电时， 电控气门自动关闭。 图 10是本发明： 永磁电控气门控制原理图 图中.车载电脑接受曲轴位置传感器信号实现 制电控气门开启和关闭；
当有传感器位置同步信号输入开启信号 （Ta=l ) 时， 车载电脑输出转速同步信号 (Vt=l)，控制器即向 Q2输出 Ivm预备电流 （PWM)， 随即启动电流 Imax (PWM)到 Q1 线圈及 Q2线圈， 电控气门动铁芯移动， 气门升程 （cm) t实现， 由于 Q2线圈有 维持电流 Ian (PWM) ,气门升程 (cm) →处于维持状态； 当传感器位置同步信号输出 (Tb=l )时， 车载电脑输出转速同步信号 (Vt=0)，Q2线圈失电，气门升程 (cm) I下 降并关闭。
通过上述实施例详细充分的公开了本发明 "独立式可控进排气二冲程 (可变四 冲程）内燃机系统"的运行原理、结构特征和 制方法；为明晰描述其关联的原理、 结构、 控制内容， 仅以一个单缸发动机进行技术方案表述， 但本发明不限于应用 单缸发动机， 同理可应用于多缸发动机， 均属本专利申请要求保护的内容。
本发明中涉及的传统二冲程、 四冲程发动机原理、 各类传感器、 电脑控制技 术等是公知技术， 其工作和原理不再赘述。