通常，内燃机只能按一种冲程方式即四冲程或二冲程方式工作。
一般四冲程内燃机的优点是热效率较高，即单位功率燃油耗较少。而二冲程内燃机则具有较高的升功率，相同的排量和转速的内燃机，二冲程较四冲程可增加功率输出(50～70)％。
在使用内燃机做动力的机械，大多数情况下首先会考虑内燃机的燃油经济性，在输出同样功率情况下可以少耗油。但有的机械装置在一些关键时段，则更需要内燃机能提供更大的动力。如特种大型运输车在重载上陡坡时，江河船舶在重载逆流航行时，军用车辆，坦克、装甲车在野战、大坡度机动和战斗冲击时，会要求短时间其配置的内燃机能提供比平时要大得多的动力。相反巨型油轮和矿砂船使用的大型低速二冲程柴油机在船舶空行程或轻载时则希望大幅降低功率而大幅节省燃油。
但如果设计时按最大功率配置内燃机，则在其它本应以较低油耗运行的工况时(通常大部分时间是处在这种工况下)，内燃机将处在低输出功率状态，其运行的油耗率会较高。反之，如果按较低的油耗率来配置内燃机，则内燃机将不能满足特殊的时间段大功率输出的需要。
因此，为满足上述对内燃机矛盾的需求，设计了可在四冲程工况和二冲程工况间来回转换的内燃机。
变冲程内燃机是指，同一台内燃机即可按照四冲程工况工作，也可转换为二冲程工况工作，反之亦然的内燃机。
本设计的变冲程内燃机，是在四冲程内燃机的基础上，在汽缸下部适当位置设置二冲程进气窗及阀，在二冲程工况时将原先的进气门一并作为排气门，再配之以必须的变速和气门操作机构及适当的进排气管路、燃油供油和点火系统，从而使四冲程内燃机转变为直流扫气式二冲程内燃机。
内燃机要实现四冲程与二冲程的转换，关键是要改变曲轴与凸轮轴和燃油供油及点火系统间的传动比，并在改变时保证相对的曲轴转角按要求作一定的改变。其次还要改变原进、排气门凸轮相对于曲轴的转角，使其与二冲程工况的排气要求一致。
现仅以柴油机为例就附图对变冲程内燃机的结构和工作原理作以下叙述。
一.附图说明
1.1.图号及名称
图1.变冲程内燃机变速及凸轮转换机构示意图；
图2.图1中的局部放大及定向示意图；
图3.变冲程内燃机进、排气系统示意图；
图4.二冲程筒型进气阀及操作机构示意图；
图5.83号阀及94号阀结构示意图；
图6.一种多缸变冲程内燃机高压油泵供油转换阀机构示意图；
图7.变冲程内燃机转换控制、及驱动机构示意图；
图8.结合套与摩擦盘受力分析图；
1.2.各图元器件序号及名称(图中各元器件的编号规则见备注)；
1.2.1.图1.中的1-变速机构驱动油缸；2-变速机构二冲程位置传感器组(包含电、液传感器，下同)；3-变速拨叉位置触发板及手动拨杆；4-变速机构四冲程位置传感器组；5-变速机构拨叉弹簧；6-锁紧螺帽；7-变速机构传动齿轮；8-附件传动齿轮；9-变速机构二冲程常啮合齿轮；10-变速机构拨叉；11-变速机构结合盘；12-变速机构四冲程常啮合齿轮；13-锁紧螺母及齿轮压板；14-传动平键；15-轴承；16-隔套；17-传动轴；18-变速定位锁坑；19-锁销、压簧及堵头组；20-传动轴花键段；21-笼型轴承；22-凸轮轴传动齿轮；23-结合盘拨叉环槽；24-曲轴传动齿轮组；25-气门摇臂；26-气门间隙调整螺栓及锁帽；27-气门摇臂调整块；28-气门摇臂轴；29-气门摇臂弹簧；30-气门摇臂调整块销轴；31-调整块弹簧；32-凸轮组套；33-凸轮轴花键段；34-凸轮轴轴承；35-凸轮轴芯轴；36-o型开口簧；37-拨叉；38-凸轮组套拨叉环槽；39-外圆卡环；40-凸轮组套拨叉驱动油缸；41-凸轮轴拨叉联动杆驱动摆臂；42-凸轮组套位置触发板；43-凸轮拨叉联动杆；44-联动杆弹簧；45-联动杆随动隔垫；46-凸轮组套拨叉臂联动杆孔；47-联动杆43的支承座；48-二冲程就位传感器；49-凸轮组套中位传感器；50-四冲程就位传感器；51-联动杆手动拉索孔；52-挺柱；53-挺杆；54-缸体上的挺柱孔；55-挺柱弹簧。
1.2.2.图2.中56-同步外锥环齿；57-结合盘结合齿(下称：长结合齿)；58-同步内锥环齿；59-同步内锥环；60-同步外锥环；61-同步外锥环弹簧座销；62-弧形缓冲弹簧；63-同步外锥环缓冲腔；64-常啮合齿轮端缓冲弹簧座凸块；65-常啮合齿轮凸块缓冲弹簧座销；66-常啮合齿轮结合齿(下称：短结合齿)；67-正时探杆缓冲垂直避让槽；68-正时探杆；69-正时缺口；70-正时探杆顺延避让槽；71-正时探杆锁紧螺母；72-外锥环卡环；73-内锥环卡环；74-内锥环压紧弹簧；75-气门摇臂卡环；76-气门摇臂调整块轴卡环；77-凸轮组套锁销；78-凸轮组套定位坑；79-定位销压簧；80-联动杆定位销；81-联动杆上的定位坑。
1.2.3.图3.中82-废气涡轮增压器；83-二位四通转接阀(下称四通阀)；84-空气滤清器(下称：空滤)；85-四通阀驱动缸；86-废气涡轮增压器；87-二冲程进气窗驱动缸；88-二冲程进气窗开启传感器组；89-进气窗开闭传动杆；90-二冲程进气窗关闭传感器组；91-进气窗筒形阀(下称：筒阀)；92-二冲程进气窗；93-四冲程进气歧管；94-三通阀驱动缸；95-二位三通转接阀(下称：三通阀)；96-空滤；97-四冲程排气歧管；98-二冲程进气总管；99-电动扫气泵。
1.2.4.图4中100-内燃机缸体冷却水套；101-密封圈；102-内燃机缸体；103-内燃机缸套；104-二冲程环型进气道；105-筒阀进气口；106-内燃机活塞；107-筒阀转臂；108-夹紧螺栓；109-转臂拨叉；110-筒阀定位销；111-筒阀定位坑。
1.2.5.图5.中112-弹簧；113-管接头；114-密封座圈卡环；115-直通管；116-管座轴；117-u型弯管；118-密封伸缩接头；119-伸缩套筒；120-密封座圈；121-螺栓；122-转轴座；123-四通阀摆臂；124-四通阀驱动杆；125-二冲程位置传感器组；126-四冲程位置传感器；127-三通阀摆臂；128-分离式m口管接头廻转座；129-三通阀传感器触发板；130-三通阀驱动杆；131-轴芯柱；132-s型转接管(下称：s管)；133-管口盖；134-o口位置传感器组；135-n口位置传感器组；136-弹性密封环；137-s管固定端廻转头；
1.2.6.图6.中138-变冲程燃油供油转换阀(下称供油转换阀)；139-燃油高压油泵。
1.2.7.图7.中140、141、142、143和145均为三位四通电磁阀(下称：三位四通阀)；
144-线束；146-梭阀；147-二位电磁阀(下称：二位阀)。
二.结构说明
本设计的变冲程内燃机的变冲程过程是连续的，无需停机即可实现由四冲程向二冲程的转换，反之亦然。
为实现这一设计，变冲程内燃机设置了带正时同步的变速机构、四冲程与二冲程的凸轮转换机构、进排气及转换系统、燃料供给及转换机构和对上述过程进行协调控制的的系统。下面以上置式凸轮轴内燃机实施例为主进行说明。
2.1.变速正时同步机构(图1.、图2.)
变速机构带有一条传动轴(17)，传动轴两端支承在两组轴承(15)上，传动轴的中部为花键段(20)，在花键段的一条花键槽底部，带有两个分别对应二冲程或四冲程工况位置(下称：工位)的变速锁坑(18)，传动轴(17)端头安装了变速机构传动齿轮(7)并用平键(14)传动，用压板和螺母(13)锁紧。
传动轴(17)中部靠近花键段(20)的两端各安装了一个二冲程常啮合齿轮(9)或四冲程常啮合齿轮(12)，常啮合齿轮中间为圆形通腔，传动轴穿过其中，圆腔内安装了笼型轴承(21)，两个常啮合齿轮用隔套(16)定位在传动轴上不能轴向移动，但可绕传动轴分别按不同转速旋转。
两个常啮合齿轮相对的一面带有一圈突出常啮合齿轮端面的短结合齿(66)的齿圈，中间部位有一凸起的圆筒，圆筒的外圆上安装了带有齿圈(56)的外锥环(60)。外锥环齿(56)齿圈的外径与短结合齿圈的齿型和外径相同且齿数相等，外锥环相对常啮合齿轮可做有限回转但不能做轴向运动。圆筒的前端安装了外锥环锁止卡环(72)。两常啮合齿轮面对结合盘的端面上，在大于结合齿圈直径并正对短结合齿圈中的一个齿槽的适当位置安装了“7”字型正时探杆(68)，其钩端弯向短接合齿槽，正时探杆的前端面适当的突出外锥环齿圈(56)的前端面。
外锥环在紧贴常啮合齿轮的一面，在直径小于外锥环齿圈的适当部位开有弧形缓冲腔(63)，缓冲腔的一边径向端面上安装了一根缓冲弹簧座销(61)，而在常啮合齿轮对应缓冲腔的一个适当的部位，带有一个伸入缓冲腔内的凸块(64)，其相对于弹簧座销(61)的一端也安装了缓冲弹簧座销(65)，缓冲腔内的两弹簧座销间安装了弧形缓冲弹簧(62)，弹簧将伸入缓冲腔内的凸块(64)紧紧地压在缓冲腔(63)没有弹簧座销的另一边的径向端面上。安装好的外锥环齿与常啮合齿轮上的短结合齿形状相同且两两对齐，两者间只有在缓冲过程才会错开。
在花键段(20)上安装了结合盘(11)，结合盘外圆的中部为拨叉环槽(23)，结合盘中心为圆型通腔，内壁开有可与花键段(20)的花键相啮合的花键，圆筒两端均为环形凹腔，环形凹腔构成的外筒的内壁加工有一圈长结合齿(57)，长结合齿圈的直径与常啮合齿轮上的短啮合齿(66)的齿圈直径相当且可相互啮合，长结合齿前端带有斜面。结合盘外圆周与正时探杆(68)直径相当并正对一根长结合齿的适当部位，带有一个正时缺口(69)，其宽度略大于正时探杆(68)的直径，顺着缺口沿结合盘轴向延伸加工出一道顺延避让槽(70)，紧邻缺口的适当位置，加工出一段垂直于轴线且分布于外圆周上并与顺延避让槽相通的垂直避让槽(67)。当正时探杆(68)对正正时缺口(69)时，长结合齿(57)才能与短结合齿啮合，此位置相对于内燃机的一缸上止点。
结合盘(11)套装在传动轴(17)的花键段(20)上，两者的花键相互啮合并可在花键段沿轴向移动。位于拨叉环槽的底部的圆柱面中间，正对传动轴花键段上带有变速锁坑(18)的一根花键齿的位置上开了一个通孔，内装有锁销、压簧和螺栓堵头组(19)。
在结合盘(11)两端的凹腔构成的内筒的外圆上安装了内锥环(59)，内锥环外圆上的内锥环齿(58)，亦可与长结合齿啮合。内锥环齿与长结合齿(57)相接触的端面带有相同斜度的斜面且相接触。在结合盘凹腔底面与内锥环后端面间安装了一根内锥环压紧弹簧(74)。在内筒的前端上安装了内锥环锁止卡环(73)。安装好的内锥环被弹簧(74)压向卡环，相对于结合盘不能自由旋转，但可有限摆动且可轴向移动。
两个常啮合齿轮(9)和(12)分别与曲轴传动齿轮组(24)上固定的两个齿轮啮合，四冲程常啮合齿轮(12)与其啮合齿轮的传动比为1∶2，二冲程常啮合齿轮与其啮合的齿轮的传动比则为1∶1。
拨叉(10)卡装在结合盘(11)的拨叉槽(23)上，拨叉的另一端穿装在驱动缸1的柱塞杆端，且由两个弹簧(5)夹持。
2.2.凸轮转换机构(图1.、图2.)
下面以上置式凸轮轴实施例为主作说明。
凸轮转换机构包含凸轮轴总成、拨叉及联动杆总成和摇臂总成。
凸轮轴总成由芯轴(35)，凸轮组套(32)、轴承(34)及多个外圆卡环(39)等组成。
芯轴(35)主要部分为花键段(33)，在花键段的相应位置开有与各缸的四冲程工位、中间工位(下称中位)和二冲程工位相对应的凸轮组套(32)的定位坑(78)和用于固定轴承和限制凸轮组套移动位置的卡环槽。齿轮(22)安装在芯轴的一端并与齿轮(7)啮合，两齿轮的传动比为1∶1。
一个凸轮组套(32)带有一个四冲程凸轮和一个二冲程凸轮，两凸轮间固定了一段圆筒，圆筒段宽度略大于调整块(27)的宽度，圆筒外径小于凸轮的基圆直径，在凸轮组套一端带有一个拨叉环槽(38)，凸轮组套的内壁为可与芯轴的花键段(33)相啮合的花键，在两凸轮中间的圆筒的中部，开有一道环槽，并在此槽一正对定位坑(78)的位置上加工的通孔里安装了锁销(77)，o型开口簧(36)箍装在锁销(77)外的环槽上。每个气门配置一个凸轮组套。
卡环(39)用于定位轴承(34)在芯轴(35)的位置和限制凸轮组套(32)的移动范围。
拨叉及联动杆总成由拨叉(37)、驱动缸(40)、摆臂(41)、联动杆(43)、弹簧(44)、隔垫(45)、支承座(47)、传感器(48)、(49)和(50)等组成。联动杆安装在两个支承座(47)之间，其一端用销轴连接在驱动摆臂(41)适当位置的长孔上并能自由活动，联动杆的适当位置上开有定位坑(81)，在相应于各缸凸轮组套的适当位置上，开有用于固定隔垫(45)的卡环槽，在适当位置上安装了触发压板(42)。
每个凸轮组套均配装一个拨叉(37)，拨叉一端的半环形叉插装在相应的凸轮组套(32)的拨叉槽(38)上，拨叉另一端的联动杆孔(46)穿在联动杆(45)上且可在其上滑动，联动杆孔被两端的弹簧(44)夹着，在相邻的两个拨叉之间安装的两个弹簧中间，用卡环将一个隔垫(45)固定在联动杆(43)上将相邻的两根弹簧隔开，隔垫(45)随联动杆(43)移动并通过弹簧(44)推动拨叉(37)移动。安装好的弹簧均有适当的预压缩，弹簧的不可压缩厚度略大于凸轮组套(32)任意两个相邻工位的间距。
摆臂(41)的一端用销轴安装在支座上，在摆臂的适当位置用销轴连接了驱动缸(40)的柱塞杆端，摆臂的另一端开有一个手动拉索孔(51)。
在联动杆的一个支承座上对应定位坑(81)的适当位置上，安装了联动杆定位销(80)及定位销压簧(79)。
摇臂总成包含支承在摇臂轴(28)上的摇臂(25)、气门间隙调整螺栓及锁帽(26)、调整块(27)、销轴(30)以及使摇臂调整块工作面与凸轮基圆分离形成间隙的摇臂弹簧(29)和调整块弹簧(31)。
对于下置式凸轮轴实施例，内燃机的挺杆及以上部件的设置均与常规内燃机相同，但在挺柱(52)上端带有一个直径略大于挺柱的台肩，并在缸体的挺柱孔(54)与挺柱的台肩之间套装一个弹簧(55)使挺柱与凸轮基圆间形成间隙，而凸轮轴总成及相应的凸轮变换机构也置于挺住安装位置附近的适当部位。
传感器(48)、(49)和(50)分别安装在相应于一缸的二冲程、中位和四冲程工位的触发位置上。
2.3.进、排气及转换系统(图3.、图4.、图5.)
变冲程内燃机的进、排气及转换系统包含内燃机的进气岐管(93)、排气岐管(97)、增压器(82)和(86)、空滤(84)和(96)、带驱动缸(85)的四通阀(83)、带驱动缸(94)的三通阀(95)、二冲程进气总管(98)、进气窗(92)、进气筒阀(91)及驱动缸(87)、电动扫气泵(99)以及各转换位置相关限位传感器(88)、(90)、(125)、(126)、(134)、(135)和各种连接管道等。其中四通阀(83)和三通阀(94)均为大流量、低阻尼气阀。
2.3.1.内燃机的四冲程工况进、排气通道
当内燃机处在四冲程工况时，四通阀(83)的i口与l口相通，j口与k口均空置。内燃机的进气歧管与l口相通，并通过i口与增压器(82)的压气机出口相通，而排气歧管则与增压器(82)的涡轮进气口相通。
2.3.2.二冲程工况内燃机的进、排气通道
当内燃机转换到二冲程工况时，内燃机原来的进气门也变为另一组排气门，进气歧管则变成了另一根排气歧管。此时四通阀(83)的i口与j口相通，l口与k口相通，在转换过程初始阶段，三通阀(95)的m口与o口相通，n口空置但被管口盖(133)堵住，当内燃机在二冲程工况运转稳定后，使m口与n口相通，空置的o口也会被另一个管口盖堵住。
2.3.3.变冲程内燃机的进、排气系统主要部件及结构
变冲程内燃机进排气系统的主要部件有：筒阀(91)、四通阀(83)、三通阀(95)、扫气泵(99)等。
2.3.3.1.筒阀(图4)
进气筒阀(91)主体为一薄壁圆筒，上部带有直径大于圆筒直径的台肩。在筒壁的适当位置上，沿圆周均匀的开有数个形状、大小与进气窗(92)相同的进气口(105)，进气口间保留的筒壁应较进气窗(92)宽。围绕进气窗的适当部位开有进气窗的密封圈环槽并安装o型密封圈(101)。在筒阀下部的外圆上相对于缸体(102)上安装的筒阀定位销(110)的适当位置上，开有相应于进气窗的开和闭位置的定位坑(111)，在筒阀下部的适当位置安装了筒阀转臂(107)，转臂的自由端卡装在拨叉(109)的叉槽内。驱动缸(87)通过传动杆(89)带动转臂(107)完成进气窗(104)的开、闭动作，传感器(88)和(90)则为进气窗的开、闭限位器。
2.3.3.2.四通阀(图5)
四通阀(83)包含四个由管接头(113)构成的外接口i、j、l和k以及相应的一组伸缩组件构成的伸缩接头(118)、两根直通管(115)、一根u型弯管(117)、管座轴(116)、转轴座(122)以及传感器(125)和(126)等。
伸缩接头(118)由套装在管接头(113)的圆盘中间突出的圆筒上的伸缩套(119)和弹簧(112)及密封座圈(120)组成，管接头的圆筒前端外缘带有矩形环槽并安装了兼有密封作用的卡环(114)，一端带有内圆凸肩的伸缩套(119)扣装在卡环(114)上，弹簧(112)箍装在伸缩套(119)外，密封座圈(120)则盖住弹簧(112)并用螺栓与伸缩套(119)自由端连接，并使弹簧(112)产生一定的预紧力。
管座轴(116)的一端带有一块座板，弯管(117)和直管(115)均固定在座板上，其轴则穿过转轴座(122)的轴孔，另一端安装了摆臂(123)。当内燃机处于四冲程工况时，弯管(117)的两端分别与i口和l口的伸缩接头对接，两根直管空置，当内燃机处于二冲程工况时，一根直管的两端分别与i口和j口的伸缩接头对接，另一根直管的两端则分别与l口和k口的伸缩接头对接，弯管(117)空置。摆臂(123)通过销轴与驱动杆(124)连接，由驱动缸(85)驱动，由传感器(125)和(126)限位，构成四通阀所有零件都安装在四通阀(83)的阀体内。
2.3.3.3.三通阀(图5)
三通阀(95)包含由三个管接头(113)构成的接口m、n和o及两个伸缩接头(118)、一根s管(132)、一个由两半圆组合成的廻转座(128)、一根固定在s管上的轴心柱(131)其上固定了两个管口盖(133)和摆臂(127)、驱动杆(130)和两个传感器组(134)和(135)等。
s管的两端各有一段直管，两段直管是平行的。s管的一端为固定端，管端头安装了密封环(136)，在密封环后有一直径略大的台肩构成的廻转头(137)，廻转头搁置在廻转座(128)的座孔内，其上压盖着m口的管接头。廻转座(128)安装在三通阀(95)的壳底正中的位置，沿着s管固定端轴线有一根固定在s管上的轴心柱(131)，完成安装的s管可在摆臂的带动下转动，s管的另一端为自由端其直管相对于固定端的直管在轴向偏移一段距离且围绕固定端直管的轴线回转。在三通阀体底板上，轴心柱(131)正好插装在其中心孔里，s管自由端中心的回转半径上，安装了两个带伸缩接头的管接头座n和o。安装好的三通阀当s管自由端与一个管接头座的伸缩接头对接时，轴心柱(131)上的一个管口盖正好盖住另一个空置的管接头座的伸缩接头。
摆臂固定在s管的固定端，通过一根固定在摆臂尾端的销轴与驱动杆(130)连接，驱动缸(94)通过驱动杆带动摆臂而改变三通阀的连接状态，三通阀的动作由传感器(134)和(135)限位。
无论是四通阀还是三通阀中的直管还是弯管的两端均带有与密封座圈(120)的密封面相适应的球面凸缘的密封管口。
2.3.3.4.二冲程工况扫气泵
扫气泵由电动机驱动，或通过离合器由曲轴驱动。
2.4.燃料供给及转换机构(图6)
变冲程柴油机最佳燃料供给系统应该是专门设计的高压共轨系统，对于常用高压油泵供油系统的实施例，则使用供油转换机构。
高压油泵供油及转换机构包含供油转换阀(138)和高压油泵(139)。高压油泵齿轮与输出齿轮(8)啮合传动比为1∶1，高压油泵输出油管连接到供油转换阀(138)的进口再经转换阀出口连接到内燃机的喷油嘴上。
现代汽油机也广泛使用电子喷射和点火系统，其燃油供给与点火机构也与柴油机类似。
2.5.控制系统(图7)
控制系统包含了由电脑或程控器及相应伺服电器等构成的电控部分与液压伺服部分组成。
电控部分包含电脑或程控器，电传感器(2)、(4)、(48)、(49)、(50)、(88)、(90)、(125)、(126)、(134)、(135)，液压换向阀(140)、(141)、(142)、(143)、(145)、(147)和高压供油转换阀(138)上的电磁开关，电动扫气泵(99)的电动机及线束等元件。
液压伺服部分包含液压换向阀(140)、(141)、(142)、(143)、(145)、(147)，梭阀(146)，驱动缸(1)、(40)、(85)、(87)、(94)、及泄压阀(2)、(4)、(48)、(49)、(50)、(88)、(90)、(125)、(126)、(134)、和(135)等元件。
三.变冲程内燃机工作原理
变冲程内燃机是在四冲程内燃机的基础上，增加了二冲程进气系统、传动变速和凸轮组套转换机构以及相应的燃料供应转换装置而构成的一种可工作于四冲程或二冲程工况的内燃机。
以下详叙变冲程内燃机工作过程。
3.1.变冲程内燃机的四冲程工况
内燃机在四冲程工况时，结合盘(11)的长结合齿(57)与相应的四冲程常啮合齿轮(12)的短结合齿(66)啮合，并通过花键与传动轴(17)的花键段(20)啮合，于是固定在传动轴(17)上的传动齿轮(7)以齿轮(12)的同样转速旋转并带动凸轮轴总成同速转动。这时曲轴与凸轮轴和燃料供给系统等的传动比为2∶1。此时的二冲程常啮合齿轮处于自由旋转状态。
芯轴(35)上的凸轮组套(32)置于四冲程工位。四冲程凸轮与摇臂调整块工作面接触，四通阀位置如上述2.3.1.节所述，四通阀以下管路空置，二冲程进气筒阀(91)关闭。
进气通道为(见图3)：空气经空滤(84)-增压器(82)的压气机进气口-压气机出气口-四通阀(83)的i口-l口-进气歧管(93)最后通过内燃机的进气门进入燃烧室。
排气通道为：废气从排气门经排气歧管(97)-增压器(82)的废气涡轮进气口-增压器(82)的废气涡轮排气口并排入大气。内燃机以四冲程工况工作。
3.2.变冲程内燃机的二冲程工况
内燃机在二冲程工况时，结合盘(11)的长结合齿(57)与相应的二冲程常啮合齿轮(9)的短结合齿(66)啮合，并通过花键与传动轴(17)的花键段(20)啮合，于是固定在传动轴(17)上的传动齿轮(7)也以齿轮(9)的同样转速旋转并带动凸轮轴总成同速转动。这时曲轴与凸轮轴和燃料供给系统等的传动比为1∶1。芯轴(35)上的凸轮组套(32)置于二冲程工位。二冲程凸轮与摇臂调整块工作面接触，四通阀和三通阀的位置如2.3.2节所述，二冲程进气筒阀(91)打开。此时四冲程常啮合齿轮处于自由旋转状态。
二冲程工况内燃机的进气通道分为两路(见图3)，在转换初始阶段其一路是：滤清器(84)-增压器(82)的压气机进气口-压气机的出气口-四通阀(83)的i口-j口-三通阀(95)的m口-o口-扫气泵(99)-进气总管(98)-进气窗(92)，最后进入气缸。另一路是：空滤(96)-增压器(86)的压气机进气口-出气口在三通阀(95)的m口与上述路径汇合。
转换成二冲程工况并稳定后，三通阀的m口将与n口相通，o口空置并被封闭，扫气泵(99)停止工作，其余连接如前。
二冲程工况的排气通道也分为两路，其一条通道与原四冲程工况的排气通道相同，而新建立的排气通道为：原进气歧管(93)-四通阀的l口-k口-增压器(86)的废气涡轮进气口-废气涡轮排气口最后排入大气。于是内燃机得以在二冲程工况下工作。
3.3.变冲程内燃机的传动变速与凸轮转换过程
通常内燃机在较经济的四冲程工况工作，当需要转换至二冲程工况时，为减少传动机构的冲击，控制转速在中低范围。为顺利进行传动变速和凸轮转换，需进行以下三个步骤。
3.3.1.变冲程过程第一步：所有花键套(32)置于中位。
在改变曲轴与凸轮轴之间的传动比的过程中，凸轮轴将经过一段无啮合的自由回转阶段，为避免变冲程过程活塞顶与气门相撞，必须关闭所有气门。这时控制系统指令驱动缸(40)推动摆臂(41)并带动联动杆(43)向中位做轴向运动，通过安装在联动杆(43)上的隔垫(45)带动各缸弹簧(44)同向运动，由于安装在拨叉(37)随动杆孔(46)一端的弹簧(44)被压缩，迫使拨叉(37)与联动杆(43)同向运动，从而也带动凸轮组套(32)同向运动。对处于做功或压缩冲程的缸的进、排气门和排气缸的进气门、进气缸的排气门，其各自的凸轮组套(32)会直接移动到中位并锁定。而排气缸的排气门和进气缸的进气门的凸轮组套(32)如果由于凸轮仍在工作状态而导致凸轮组套(32)暂时无法运动，则当该凸轮的基圆回转到与摇臂接触位置时，弹簧(44)亦会推动该凸轮组套移动到中位上并锁定。
如果由于机械故障导致任意一个凸轮组套卡住而无法移动到中位，由于弹簧(44)的最终压缩厚度大于四冲程工位到中位的间距，联动杆(43)也无法移动到中位，从而起到提示故障保护内燃机的作用。
3.3.2.变冲程过程第二步：变速与正时同步。
常啮合齿轮的啮合时，结合盘(11)、传动轴(21)和其连接的其它部件都处在自由的惯性运动状态。此时结合盘与齿轮(9)之间有较大的转速差，当结合盘朝向二冲程常啮合齿轮(9)一面安装的内锥环(59)在弹簧(74)的推动下，与齿轮(9)上安装的外锥环(60)的锥面相互接触并通过摩擦使结合盘(11)跟随旋转，此时长结合齿前端的斜面与结合盘前的内锥环(59)的内锥环齿(58)相应端斜面相抵触，摩擦力在斜面上产生的轴向分力阻止结合盘继续前进，其原理与汽车变速箱的同步器工作原理相当。只有当两者之间的转速开始接近到一定值，但仍有转速差时，弹簧(5)的推压力大于阻止结合盘前进的分力，长结合齿克服内锥环齿(58)的阻力继续前进。结合盘(11)的前端面最先接触到正时探杆(68)，如果此时结合盘上的缺口(69)正对正时探杆，则结合盘将继续前进。如果缺口(69)尚未对正探杆(68)则结合盘将继续相对齿轮(9)转动，直至缺口与探杆对正，于是长结合齿则与二冲程常啮合齿轮上的外锥环齿(56)啮合。
其过程的受力分析如第8图：结合套与摩擦盘受力分析图
其中：内锥环齿斜面上阻止长结合齿前进的内、外锥环的摩擦力为fm，弹簧(5)作用在长结合齿的压力为fy1，弹簧(74)作用在内锥环上的压力为fy2，摩擦力fm的分阻力为fz；
则：fz＝h*fm；
则：fm＝k*fy1；
而：fy1＝p*fy2；
式中：h-三角函数，与斜面角度有关；k-内、外锥环接触面间的摩擦系数；p-弹簧的刚性系数。
通过控制系数k和p，当弹簧(5)的p值适当的大于弹簧(74)的p值时，则fm的增长小于fy1的增长，当fy1＞fz产生的阻力时，结合盘11与二冲程常啮合齿轮在转速未完全一致时长结合齿(57)亦能克服内锥环齿的阻碍而前进并与外锥环齿(56)进而与常啮合齿轮的短啮合齿(66)啮合，从而在变速过程实现正时同步。
当长结合齿(57)推开内锥环齿(58)与二冲程外锥环齿(56)啮合时，由于齿轮(9)与结合盘(11)间仍有转速差，会产生一个冲击扭矩，齿轮(9)相对结合盘转动一个角度，此时探杆(68)沿垂直避让槽(67)相对转动，固定在齿轮(9)上的凸块(64)压缩弹簧(62)实现缓冲，并带动结合盘实现转速同步，当齿轮(9)与结合盘没有了转速差，冲击扭矩消失。在弹簧(62)的压迫下，齿轮(9)与外锥环恢复初始位置，探杆(68)再次对正缺口(69)并沿顺延避让槽(70)移动，结合盘上的长结合齿继续前进并完成与齿轮(9)上的短结合齿(66)的啮合最终完成变速。
3.3.2.变冲程过程第三步：凸轮转换。
当传动机构完成变速后，控制系统将指令驱动缸(40)再次推动联动杆(43)向二冲程工位移动，通过弹簧(44)压迫各个拨叉从而带动凸轮组套(32)同向移动直到所有的凸轮组套均定位在二冲程工位并锁定。其过程与3.3.1.节的描述类似。
3.3.3.变冲程过程的其它转换。
除了上述转换，系统还必须完成进、排气系统的转换和高压供油系统(或点火系统)的转换，这类转换没有特别的障碍，可在控制系统指令下同时进行。
当控制系统指令向二冲程工况转换时，驱动缸(87)通过传动杆(89)推动各缸的筒阀(91)打开进气窗(92)。驱动缸(85)推动四通阀(83)的摆臂(123)带动管座轴(116)旋转一个角度，弯管(117)脱离连接空置，两根直管(115)中的一根连接l口与k口，另一根则连接i口与j口。驱动缸(94)通过驱动杆(130)推动摆臂(127)使s管(132)旋转，使m口与o口连接，同时管口盖(133)封闭n口。当内燃机在二冲程工况的运行稳定后，控制系统指令操作s管(132)使m口与n口连接，并用另一个管口盖封闭o口。
四通阀和三通阀的伸缩接头既有密封，还有定位的作用。
四通阀和三通阀均为大流量低流阻通气阀。
燃油供油装置的转换则由控制系统直接控制供油转换阀(138)实现高压油泵(139)的输出端转接。由于现代汽油机已广泛使用喷油装置，其供油和点火也与柴油机的类似。
3.3.4.二冲程工况向四冲程工况转换。
二冲程工况向四冲程工况的转换与四冲程工况向二冲程工况的转换过程类似，只是结合盘(11)和凸轮组套(32)均向相反的方向移动，恢复到3.1.节的四冲程工位，将曲轴与凸轮轴和燃油高压供油系统的传动比转换为2∶1，凸轮组套(32)进入四冲程工位，四通阀(83)转换到3.1.节的四冲程工位，二冲程进气口(91)关闭。其它转换亦类似不再赘述。
备注：
1.主要零部件及部位最先出现的名称为本专利说明书关于该部件或部位的完整定义名称；
2.在其后的叙述及权利要求书中(下同)，为节省篇幅，各零部件及部位名称在不会被混淆的前提下，修饰词将被省略，而仅用主词加上其第一次出现时的数标标识，如：9-变速机构二冲程常啮合齿轮省略后为：常啮合齿轮(9)；
3.同一类标准件或形状、作用相同的零部件，在不容易被混淆时均使用同一个数标标识，如：卡环(39)和管口盖(133)等；
4.在不好单个标注零部件时将一组零部件标注为一个数标，如：锁销、压簧及堵头组(19)等。
1.一种变冲程内燃机，其特征是：内燃机可在四冲程工况和二冲程工况间相互转换工作。
2.根据权利1.的变冲程内燃机，其特征是：在四冲程内燃机的结构基础上，在内燃机缸套下部设置二冲程进气窗(92)及开、闭进气窗的筒形阀(91)及操作机构。
3.根据权利1.的变冲程内燃机，其特征是：在曲轴与凸轮轴总成和燃油供油或点火系统之间设置带正时同步装置的变速机构。
4.根据权利1.的变冲程内燃机，其特征是：设置相应于四冲程工况与二冲程工况的凸轮转换机构。
5.根据权利1.的变冲程内燃机，其特征是：设置相应于四冲程工况或二冲程工况的进、排气及转换机构和燃油供油或点火转换机构。
6.根据权利3.的变冲程内燃机，其特征是：正时同步装置包含安装在常啮合齿轮上大于短接合齿圈直径并正对一个短接合齿槽一部位的“7”字形正时探杆(68)，“7”字形的钩端朝向短接合齿槽，探杆前端略突出短啮合齿圈前端面，而位于结合盘(11)上与正时探杆所处圆相应直径的结合盘外缘的适当位置开有一宽度略大于正时探杆直径的正时缺口(69)，正时缺口位于一根长结合齿的正上方，顺着正时缺口延伸出顺延避让槽(67)和距缺口适当距离与顺延避让槽相通的垂直避让槽(70)，当正时探杆正对正时缺口，则相对于内燃机的一缸上死点且结合盘的长结合齿(57)与常啮合齿轮的短结合齿(66)才能实现啮合。
7.根据权利3.的变冲程内燃机，其特征是：拨叉弹簧(5)的刚度大于内锥环压紧弹簧(74)的刚度，在外锥环(60)朝向常啮合齿轮的一面带有弧形缓冲腔(63)，而固定在常啮合齿轮上的缓冲弹簧座凸块(64)伸入缓冲腔内，弧形缓冲弹簧(62)安装在缓冲弹簧座凸块(64)与缓冲腔(63)的一径向端面之间。
8.根据权利4.的变冲程内燃机，其特征是：凸轮转换机构包含凸轮轴总成、拨叉及联动杆总成，凸轮轴总成由带有花键段(33)的凸轮轴芯轴(35)和套装在花键段上的凸轮组套(32)和轴承(34)及固定它们的卡环(39)组成，一个凸轮组套(32)带有一个四冲程凸轮和一个二冲程凸轮，在两凸轮之间固定一段外径略小于凸轮基圆直径的圆筒段，凸轮组套的一端带有拨叉槽(38)，内孔壁带有与芯轴(35)的花键段(33)相啮合的花键，拨叉及联动杆总成由联动杆(43)、穿在连动杆上的拨叉(37)、弹簧(44)、隔垫(45)组成，拨叉(37)一端的半环形叉卡装在凸轮组套(32)的拨叉槽(38)上，另一端的联动杆孔(46)则穿在联动杆上，联动杆孔(46)的两端被两个穿在联动杆上的弹簧(44)夹住，而在相邻的两个拨叉之间安装的两个相邻的弹簧由一个固定安装在联动杆上并随联动杆运动的隔垫(45)隔开，对于上置式凸轮轴实施例，气门摇臂轴(28)上安装了气门摇臂弹簧(29)，在气门摇臂上通过销轴(30)安装了调整块(27)及弹簧(31)，对于下置式凸轮轴实施例，则在挺柱(52)的凸缘下带有挺柱弹簧(55)。
9.根据权利5.的变冲程内燃机，其特征是：进、排气转换机构包含一个四通阀(83)和一个三通阀(94)，四通阀主要有四个设定位置的伸缩接头(118)及相应的管接头(113)构成的外接口i、j、l和k，一根u型弯管(117)和两根直通管(115)固定在管座轴(116)上，三通阀有一个管接头(113)构成外接口m，其上安装了s管(132)的固定端，s管的另一端为自由端，顺着s管固定端轴线的管身上带有一根轴心柱(131)，轴心柱的末端插装在三通阀体底板的中心孔上，s管自由端可绕轴心柱回转，回转半径上的适当位置上安装了两个伸缩接头(118)及相应的管接头构成三通阀的n口和0口。
10.根据权利5.的变冲程内燃机，其特征是：在高压油泵与喷油嘴之间增加供油转换阀(138)，高压油泵输出油管连接到供油转换阀(138)的进口再经转换阀出口连接到内燃机的喷油嘴上。
技术总结