摘要：三行程内燃发动机属于内燃机，其特点是压缩缸将压缩空气输入储气缸，储气缸与燃料供给装置向燃-气缸注入燃料空气混合气体，混合气体燃烧做功在燃气缸中完成。压缩缸和燃气缸可以设置于同一曲轴上，也可以设置于不同曲轴上。该发动机比现有的同排量发动机功率更大、更省燃料，可以使用部分气体、液体、固体微粒等其它燃料作为发动机燃料。
关键词：三行程；内燃发动机；单曲轴；双曲轮
中图分类号：TK401
文献标识码：A
文章编号：1009-2374(2011)22-0018-02
目前常用的内燃机技术有四冲程发动机、二冲程发动机和转子发动机等几种，这些发动机至今仍然存在着许多无法克服的缺点。缺点之一是四冲程发动机和二冲程发动机都是通过活塞到达压缩冲程顶点的时候燃烧室内的油气混合气体燃烧，推动活塞运动从而驱动曲轴旋转，在燃烧室内的油气混合气体燃烧的瞬间，缸内产生的压力对活塞产生的推力最大，而此时活塞链杆和曲轴曲柄中心线以及曲轴截面中心同处在同一直线上，最大的推力传递给曲轴的是剪切力而不是驱动曲轴旋转的动力；缺点之二是四冲程和二冲程发动机在压缩比过高或燃料标号低于发动机燃料标号要求的情况下，很容易发生活塞没有到达压缩行程的顶点，燃烧室内的温度就已经达到了油气混合气体的燃点而发生燃烧，从而推动曲轴反向旋转(爆震)，对发动机造成严重的损害；缺点之三是以上发动机燃料均来源于石油，燃料品种单一，而且石油是不可再生能源，成本相对较高。
三行程内燃发动机为解决上述问题提供了一种高功率、省燃料、可使用可再生能源的发动机技术，《三行程内燃发动机》已获得国家专利，专利号：201020534267.6。
一、三行程内燃发动机构造和工作原理
(一)单曲轴构造
如图1、图2所示，三行程内燃发动机单曲轴构造是由燃气缸、火花塞、活塞、活塞链杆、曲轴、动力曲柄构成，燃气缸设有并列的压缩缸，压缩缸内的压缩活塞通过压缩链杆与曲轴上的压缩曲柄相联接，动力曲柄与压缩曲柄构成的夹角为>0°至≤90°，压缩缸的顶部设有进气管和出气管，在进气管、出气管上均设有单向阀。
燃气缸和压缩缸的上部设有储气缸，储气缸的底部通过出气管与压缩缸连通，储气缸中的压缩气体经压缩气阀与燃料阀输出的燃料相混合后进入燃气缸的顶部，燃气缸的顶部设有排气管。
(二)双曲轴构造
如图6、图7所示，三行程内燃发动机双曲轴构造是由燃气缸、火花塞、活塞、活塞链杆、曲轴、动力曲柄构成，燃气缸设有并列的压缩缸，压缩缸内的压缩活塞通过压缩链杆与压缩曲轴上的压缩曲柄相联接，在曲轴的端头固定有主动轮、压缩曲轴的端头固定有从动轮，主动轮与从动轮相啮合，压缩缸的顶部设有进气管和出气管，在进气管、出气管的管路上均设有单向阀。
在燃气缸和压缩缸的上部设有储气缸，储气缸的底部通过出气管与压缩缸连通，储气缸中的压缩气体经压缩气阀与燃料阀输出的燃料相混合后进入燃气缸的顶部，燃气缸的顶部设有排气管。
另外，可以使用空气压缩机替代压缩缸配合燃气缸进行工作，实现三行程工作循环。
(三)三行程内燃发动机工作原理
1．注气行程(a-b)。如图5、图6所示，此阶段燃气缸和压缩缸工作过程分别如下：
燃气缸1：活塞由上顶点(此时活塞链杆的B端位于a点，图5)开始向下运动，此时燃气缸活塞链杆与动力曲柄的夹角为<180°至≥90°，排气管的排气阀处于关闭状态，压缩气阀、燃油阀打开，储气缸内的压缩气体、燃料气体(气雾)混合注入燃料缸内，当活塞链杆的B端到达b点时(图6)注气行程结束。
压缩缸：进气管处于关闭状态(图5)，压缩缸活塞向上运动，当压缩缸压力大于储气缸压力时，出气管的排气阀打开，压缩气体进入储气缸，当压缩链杆B，端到达b点时(图6)，压缩缸压缩活塞处于上顶点位置，压缩缸气体全部压入储气缸，出气管的排气阀关闭，压缩行程结束。
2．燃烧做功行程(b-c)。如图6、图7所示，此阶段燃气缸和压缩缸工作过程分别如下：
燃气缸1：当活塞链杆的B端到达b点时(此时AB-B0夹角≤90°，图6)，压缩气阀、燃油阀关闭，火花塞点火，空气、燃料混合气体燃烧瞬问产生高温高压气体推动活塞向下运动，当AB-B0夹角为90°时，对动力曲柄产生推力可以全部转化为推动曲轴旋转的扭矩。当活塞链杆的B端到达c点时(图7)，此时A、O、B三点在同一直线上，燃气缸活塞处于下止点位置，燃烧做功行程结束。
压缩缸：链杆的B＇端由b＇点向下运动时(图6)，进气管打开，吸气行程开始，空气吸入压缩缸。
3．排气行程(c a)。如图7、图8所示，此阶段燃气缸和压缩缸工作过程分别如下：
燃气缸：当活塞链杆的B端由C点向a点旋转时(图7)，排气管打开，活塞开始向上运动，燃气缸中燃烧后的气体由排气管排出，当活塞链杆的B端到达a点时(图8)，A、B、O三点在同一直线上，活塞到达上顶点位置，燃气缸中的气体全部排出，排气管关闭，排气行程结束。
压缩缸：当压缩链杆的B＇端到达d＇点时(图7)，A＇、0、B＇三点处于同一直线上，压缩缸活塞到达下止点位置，进气管关闭，吸气行程结束，当压缩链杆的B＇端经过d＇点时，活塞开始向上运动，压缩压缩缸中的气体，压缩行程开始。
二、三行程内燃发动机和传统发动机的比较
1．传统发动机在压缩冲程压缩的是空气与燃料的混合气体，压缩比过高会造成活塞还没有到达上止点，缸内温度已经达到混合气体的燃点，发生不正常燃烧。三行程内燃发动机压缩行程所压缩的是空气，通过调整压缩缸的体积(单曲轴构造)或压缩频率(双曲轴构造)，可以最大限度的提高发动机的空气压缩比。因此，三行程内燃发动机的燃料燃烧更充分。
2．传统发动机燃料在燃烧室燃烧的瞬间，活塞链杆中心线和曲轴曲柄中心线以及曲轴轴心处在同一条直线上，活塞链杆和曲轴曲柄之间的夹角为180°，此时力臂为O，力矩(扭矩)0为零，产生的最大推力全部是对曲轴剪切力。三行程内燃发动机燃料在燃气缸中燃烧的瞬问，燃气缸活塞链杆和曲轴曲柄中心线不在一条直线上，其夹角为<180°至≥90°，此时力臂不为O，产生的推力可以直接转换为扭矩，当设计夹角为90°时产生的最大推力可以全部转化为驱动曲轴旋转的扭矩，对曲轴的剪切力为O。因此三行程内燃发动机力的转化效果更好，发动机的功率更大，更省燃料。
3．三行程内燃发动机压缩气体和燃料注入燃气缸的同时，燃气缸活塞链杆和曲轴曲柄之间的夹角<180°，不用担心空气与燃料混合气体燃点的高低，在此过程中混合气体即便发生不正常燃烧，产生的推力只能推动曲轴向预定方向转动。根据“爆炸极限”，“粉尘爆炸”现象，通过设计，可以使用气体(沼气、天然气、液化气等)、液体(汽油、柴油、乙醇、甲醇等)、固体微粒(植物微粒、碳微粒、煤微粒等)等其它燃料作为发动机燃料，适应的燃料种类更多。
三、三行程内燃发动机技术应用
1．三行程内燃发动机零部件基本上都可以参照通用的零部件进行设计制造，设计制造技术与现有的发动机相当。能广泛应用与汽车、飞机、轮船等以内燃机为动力的机械设备。
2．三行程内燃发动在理论上可以使用气体(沼气、天然气、液化气等)、液体(汽油、柴油、乙醇、甲醇等)、固体微粒(植物微粒、碳微粒、煤微粒等)等其它燃料作为发动机燃料，是新能源、可再生能源发动机技术。
3．三行程内燃发动一旦研发成功，其燃料的多样性将会缓解石油紧缺的矛盾，其更省燃料的优势将会减小节能减排的压力，其可再生燃料的使用将会给内燃机工业注入更强更持久的生命力。
作者简介：喻定功(1969-)，男，湖北麻城人，供职于中国石油天然气集团公司大庆油田，研究方向：三行程内燃发动机(专利)。
责任编辑 王书柏