本发明涉及一种用来控制两冲程发动机工作的方法和系统，同时涉及一种可从这一发动机汽缸中清除一确定值流体、从而存在一适当的空气/燃料比例的配置。 两循环发动机的优点在于花费少以及结构简单。然而这些发动机也存在很多缺点。发动机里总有一些残余的、有时是相当多的燃烧过的气体残留在汽缸中并与新加入的空气和燃料混在一起。其结果是，两循环发动机所产生的动力比将燃烧过的气体全部排除时所产生的动力要小。此外，一般发动机输入和输出口的配置，导致排出的气体中含有大量的碳氢化合物，且对于一两循环汽化的发动机来说原料气体就直接进入排气系统。
再者，两循环发动机尤其在如空载、巡行或滑行条件那样的低动力需求情况下的性能是不够理想地，其特征是颠踬和不能发火的现象过多。这一缺点可从下述看到。在空载情况下，即在节流阀事实上闭合时，只有相当少量的清洁空气可以进入燃烧室。结果在点火时，在燃烧室内的空气与废气的比例不足以引发燃烧。在低动力需求条件下，两循环发动机五次点火四次不成功是常有的事。
本发明的一个目的是为了改善两循环发动机的性能。本发明的另一个目的是为了可选择地控制残留在两循环发动机燃烧室内废气的数量，以便能妥善地发火。本发明又一个目的是为了可选择地从汽缸中排除一预定量的工作流体从而调整有效的空气/燃料比。本发明还有一目的是为了提供用来调节两循环发动机性能的一换气阀。
本发明具有用来控制两循环发动机工作，更具体地说是用来改善在低动力需求工作期间发动机性能的一种方法和系统。该方法和系统针对具有一汽缸，汽缸有一与空气源连接的输入口，与排气系统连接的排气口以及一个与通道连接的换气口（净化口）两循环型发动机。该方法包含：
a）退出汽缸活塞以使输入口露出;
b）通过输入口将一股新的清洁空气引入汽缸内;
c）当汽缸活塞朝向所述换气口（净化口）推进时，保持通道打开状态使在汽缸内的一预定量的流体通过通道排出;
d）在所述预定量的流体排出汽缸后闭合通道;
e）压缩留在所述汽缸内的流体;
f）将燃料引入空气;
g）燃烧流体。
上述方法对燃料注入和汽化发动机都适用，引入燃料及燃烧的时间的选择由发动机决定。该系统也提供用以选择地将流体从发动机汽缸中排除的装置。这种类型的汽缸具有与空气源连接的输入口，与一排气系统连接的一排气口和一换气口（净化口），该换气口（净化口）的位置最好能在汽缸中空气/燃料混合物燃烧时被汽缸活塞盖住。该系统还具有：从换气口（净化口）延伸通道装置，至少还有一个孔;一活塞，该活塞可滑动地位于通道装置内而且在压力差的作用下可至少相对于一个孔移动，该活塞有通过其一部分而形成的一第一通道。活塞与通道装置配合在活塞的下游侧形成一容量可变化的腔室，同时有一第一装置可相对于汽缸活塞的运动而动作，用来有选择地控制室内的压力，以使在一种工作状态中产生一非平衡的压力差推动活塞以第一方向移动，从而根据汽缸活塞的运动使汽缸内的流体通过至少一个孔被排除出去，而在第二种工作状态下，产生压力平衡状态推动活塞以相反的、第二方向移动，终止与至少一个孔的连通，从而阻止流体再从汽缸中排出。
从下列对附图的详细说明中可对本发明的许多其它目的以及意图有更为清楚的了解。
图1用图解法图示了在两循环发动机中进气和排气口的动作。
图2图示了用于两循环发动机的一换气（净化）阀的横截剖面图。
图1A～1D图示了两循环发动机中一个单汽缸的各种工作状态。虽然图中只画了一个汽缸，但发动机可以具有多个这样的汽缸。图中标号10所示的发动机具有一汽缸12，它有一进气口14和一排气口16。一活塞20可滑动地装在汽缸12内。活塞20通过已知连杆22与发动机曲轴24相连。排气口16与已知的排气系统连接。经过进气口14的气流由一节流阀26控制。鼓风机27与节流阀26串联以对输入气加压，鼓风机可以用也可以不用。在汽缸12的上端，有一燃料注入器28和一火花塞29。在汽缸上部还有一换气口（净化口）30，它与一个诸如换气（净化）或控制阀32那样的阀相连，控制阀32的输出端通过一通道34与排气系统相连。在本发明最佳实施例中，阀32是一个电驱动的压力平衡的换气（净化）阀。
在描述本发明之前，先回顾说明一下普通两循环发动机的操作。普通两循环发动机不含换气口（净化口）30，下述讨论就假定是没有换气口（净化口）的。参照图1A，图中活塞20被降低到露出输入和排气口的位置。在这种情况下，在节流阀26和/或鼓风机27的控制下一股新的清洁空气被导入汽缸12内。图1B图示燃烧循环压缩部分的开始。活塞20的向上运动，如图示那样封闭了排气口，随着曲轴的继续旋转，活塞继续向上移动，压缩汽缸中的气体。这时燃料被引入汽缸12同时火花塞29被激发导致图1C所示的燃烧。图1D图示了排气循环部分，其中汽缸12内的活塞被降低到不盖住排气口16的位置，使废气从排气系统排出。
如上所述，两循环发动机的特征之一是大量的废气留在汽缸12内。这点能容易地从图1A中看出（不考虑风机27），其中当活塞20被移至其最低位置时，汽缸内产生了部分真空。由于排气口与大气压力相通，废气有留在或流回汽缸的趋向。工作流体中废气的比例在零节流或部分节流情况下就更大，因为这时只有少量的新空气通过输入口14进入汽缸。其结果是，在压缩循环期间因有残余废气体留存，空气/废气之比不足以激发燃烧。正如上面所说的，这种不适当的比例导致发动机颠踬以及不能发火。
现在参见图2，图中画出了一个换气阀32详尽的横截剖视图。阀32具有一第一阀壳元件40，它含有一阶梯内孔42。内孔42的一出口端43与排气系统44相连。一横向孔46在阀壳40的一空心而狭窄的部分或凸起部48内制出。孔46含有一窄通道46a，该通道与一环状通道或开孔50相连，开孔50的直径略大于阶梯孔42上端部分52的直径。在阶梯孔42上端部分52内有一个电磁驱动阀54。这种阀最好是常闭阀。该阀具有一输入装置56以及一输出装置58。如图2所示的那样，输入装置有许多位于阀54圆周围的开口。这些开口与上述直径较大的通道或开孔50相通。阀54的详细说明与本发明无很大关系，只提一下该电磁阀54含有一可动的阀装置就可以了，该可动阀装置通常是关闭的而当打开时流体就可以通过阀54从输入处56流到输出处58。这种阀装置可含有偏置在阀座中的衔铁弹簧。众所周知的任何用于汽车中的电磁阀都可用作阀54。
通过螺纹接入凸起部48周围的是一个保持架66。保持架66含有一形成输入口69的狭窄部分68，输入口69通过螺纹接合而穿入换气口（净化口）30处汽缸12的壁70。保持架66的内部与外壳元件40狭窄部分或凸起部48一起形成室74。保持架66还含有许多开孔76a-n，这些开孔可将室74与排气系统44相连。从本发明的操作说明可以看出，开孔76不需要与排气系统44相连而可直接与大气相通。
室74内有一阶梯活塞80。该活塞有大体成杯状的具有轴向突出壁82的元件81。在壁82的外侧边上含有槽83，槽83形成两个相互间隔的径向伸展段84和86，段84和86的端部可滑动地接入保持架66内直径88内。关于槽83，该理解的是它不是本发明操作中最主要的东西。然而槽83的优点在于它减少了与保持架内直径相接触的壁82的表面面积，从而降低了滑动摩擦。如图2所示，底部或交叉构件（横构件）94从段84和86的侧面或表面106a及106b偏开。在这种结构中，段84和86的侧面或表面形成受压力、且处于相对位置的环形表面106a和106b。显然交叉构件（横构件）94不需要从106a和106b表面凹进，而可以与下游表面106a平行地形成。
在两种情况下，由于交叉构件（横构件）94相对下游表面106b偏开，形成了杯状套，该套中壁82的内直径90的尺寸大小恰好可滑动地与凸起部48的外直径92相啮合。另外，壁82的尺寸大小安排得当活塞80在其右极限位置时，壁82与凸起部48的一部分交叠，其结果是将室74分成两个部分74a和74b。74a和74b两部分室间的连通通过凸起部48内一个或多个径向槽78来实现。活塞80被推到最右面的位置，即由弹簧100紧紧抵住在保持架66内形成的台肩102上，弹簧100设置在通道46内。活塞80还含有从交叉构件（横构件）94沿下游延伸的阶梯部分95。阶梯部分95的尺寸大小恰如可滑动地与换气（净化）部分30的壁相啮合，或者，如图2所示，延伸部分95可滑动地容纳在保持架66的壁69之内。这一部分的下游端表面107形成一接受压力的圆形表面。位于阶梯部分95周围的交叉构件（横构件）区域形成接受压力环形表面108a。如果交叉构件（横构件）94如图2所示没有从106a端凹进而是与106a端成平行位置，那么108a和106a的环形表面就成为一体而相同了。从下面的讨论中会看到，阶梯部分95的端表面107区域最好大大地小于活塞前面的其余区域即106a和108a的表面。
从下列讨论中会看到，提供上述接受压力的表面的目的在于：a）有助于平衡活塞80的压力，b）作为活塞80位移的函数（随着活塞80的移动），提供一种提高作用于活塞上的上游压力的装置。
尽管本发明的最佳实施例考虑的是一压力反应活塞80（该活塞是与发动机换气口（净化口）相连的阀32的一部分），但是本发明并不局限于此。例如，活塞80、弹簧100、通道40、46、孔76可以和发动机形成一个整体。在这种构造中，发动机也含有一个阀装置，这种阀诸如电磁阀54那样用以控制活塞80从下游侧到排气系统的连通。
本发明的目的之一是控制汽缸12内，特别是在低动力需求期间汽缸内的工作流体（空气和废气）。这是按下述构造完成的，请参考附图以获得更好的理解。参看图1C，它图示了燃烧循环的点火部分，我们可以看到，活塞20完全闭合了换气口（净化口）30从而将阀32与燃烧作用隔开。这种构造的很大优点是炽热的、腐蚀性的废气体不流过活塞80和阀54，其结果是延长了这些元件的使用寿命。此外，因为这些元件不是连续地接触废气，这些元件就可以用更为便宜的材料制出从而达到经济性。在循环的这一部分时间，电磁阀54按来自控制器100的信号已先被关闭。当活塞20移过如图1D所示的燃烧循环的排气部分，更具体地说是在汽缸活塞20打开排气口16之后，电磁阀可以打开。从图2可以看出，由于换气口（净化口）和排气口连通到几乎同一压力水平，所以只有极少量的气流流过阀32。
如图1A所示，在循环的输入期间，一股新注入的清洁空气通过输入口14被引入汽缸12。在循环的这一部分，电磁阀54保持其开启状态。因曲轴不断转动，汽缸活塞20将开始如图1B所示的向上运动。活塞20将在汽缸内开始稍稍压缩工作气流（空气和废气），在阀32的两端产生一压力差，该压力差的方向和大小逆着弹簧100的力推动活塞80向右移动，如图2所示。起初汽缸12内的流体压力只作用在露出的圆形表面107上。当活塞80移到右方，表面107移过台肩102的时候，表面108a和106a也暴露在汽缸的压力之下。此时，所施加的压力作用在每个表面107、108a以及106a上，以一个较大的力推动活塞80向右移动以致活塞80不再盖住开口76。由于开口76没有盖住，当汽缸活塞20向上移动时，活塞20不断的向上的移动使汽缸12内的工作流体通过开口76流出。这一情形一直进行直到一预定大小的工作流体（与活塞20的运动成比例）从汽缸12内消除为止。考虑到在发动机低需求期间节流阀26要开到足移的程度以使有相当数量的清洁空气进入汽缸12。根据不同的工作特性，在低需求阶段节流阀26可保持部分地或完全打开。也可以加上一个鼓风机27以帮助新空气的引入。这样，进入的新空气可以大大地冲淡在汽缸12内的剩余废气使从汽缸内流出的工作流体可以通过开口76直接与大气连通而不是与排气系统连通，如图2所示。节流阀的位置可用已知各种不同的方法加以控制，如用机械连杆和或象电马达那样的拖动装置。
在点火前通过驱气减少封在汽缸12内的工作流体的数量，可以使用少量小于20∶1比例空气/燃料的燃料而发生燃烧。这就保证了特别在低动力需求条件下的燃烧。
在压缩循环的一预定点上，电磁阀54被闭合，终止了排气系统44和压力室74之间的连通。当活塞20继续向上运动时，在汽缸12内的增压的工作流体-它作用于上游表面（106a、107、108a）-也和下游表面（106b和108b）连通。更具体地说，增压的流体先通过通道96与表面108b相通，然后通过在凸起部48中形成的孔或槽78进入室74b到达径向延伸的壁82的下游端106b。在这种条件下，对活塞80的上游和下游表面施加的是相同的压力，同时因为上游表面的表面积与下游表面的表面积相等，所以就产生了压力平衡状态。图2所示的本发明实施例中，表面1061a和106b的面积是相等的，同时表面107和108a的面积与108b的表面积相等。压力平衡后、弹簧100驱动活塞80向左移动，闭合开口76，阻止工作流体的进一步驱出。汽缸活塞20继续向上移动，盖住换气口30且把阀32与燃烧过的空气/燃料混合物隔开。输入发动机的燃料量可以用已知的方法加以控制从而达到合适的发动机的速度、动力输出量等等。
应该指出，在刚打开电磁阀54之前，极少或没有流体压力作用在它的可移动的内部元件即（衔铁、封闭元件等）上，所以电磁阀的操作可以比较慢，力可以比较小，费用比较少。此外，当压力与阀54连通时，压力差也是有利于提高闭合速度以及阀的内部机构特性的密闭的。
通过一定时的周期、曲轴角的百分比或某一曲轴角打开及闭合的组合就能够控制电磁阀54的操作以及阀32的操作，从而使发动机的功率控制在所要求的水平上。
此外，虽然本发明的最佳实施例中采用了可选择地打开和闭合与排气系统相连的通道的电磁阀54，但也可以用一机械驱动的阀来代替。这种机械阀可通过与曲轴连接的连杆来驱动。
另外，虽然在最佳实施例中描述的是在一燃料注入发动机内的操作，但这对本发明来说并非必需。只是燃料注入发动机比较易于独立地控制从汽缸清除的空气量以及输入汽缸量的燃料量而已。
本发明也同样适用于汽化的发动机。当然，由于输入的流体是空气和燃料的混合物，以致在发火前将这种流体从汽缸中清除出去的过程中，未经燃烧的碳氢化合物会从汽缸驱入大气中。不过应该理解，并非所有的发动机都需要工作在对汽车发动机规定的空气污染的范围之内。不受规定限制的发动机的一个例子是用在发电机或用于海上的发动机，这两种发动机在低功率需求时的特性并不令人满意，而这样的特性采用本发明就可以得到改进。
对本发明上述实施例可以进行种种变化和改变，但是这些变化和改变仍属于本发明的范围之内。本发明的范围仅仅受所附权利要求书范围的限制。