单缸四室串联四冲程自由活塞发动机制造技术

一种自由活塞四冲程发动机，由四组对置活塞，将一个气缸分隔成四个封闭的燃烧室，串联而成。燃烧室中心垂直位置下有进气装置，上有出气装置，侧有点火窗口。缸体外两对完全镜像设置的连杆分别和各自对应的活塞连成一体，构成两个完全对称的运动部件。工作时两个部件同时向左右两个相反方向运行，避免了机体振动。缸体上装有三对传感器，通过对传感器的设置能改变发动机的内外止点和燃料压缩比适应不同的燃料。发动机扫气干净，燃烧彻底，对环境污染少，且工作稳定。发动机两端的单端活塞直连负载，活塞的往返运动，对外都能输出动能。本发动机具有极强的适用性，配合不同负载能组成自由活塞直线发电机，液压自由活塞发动机，自由活塞气压机。

Single cylinder four chamber series four stroke free piston engine

A free piston four stroke engine consists of four sets of opposed pistons, and a cylinder is divided into four closed combustion chambers, which are connected in series. An air inlet device is arranged at the vertical position of the combustion chamber center, an air outlet device is arranged on the combustion chamber, and an ignition window is arranged on the side. In cylinder, two pairs of connecting rods with complete mirroring are connected to the respective pistons respectively, forming two completely symmetrical moving parts. When working, the two parts run in two directions opposite to the left and right sides to avoid the vibration of the body. The cylinder body is equipped with three pairs of sensors. By setting the sensor, the engine's internal and external stops and fuel compression ratio can be changed to adapt to different fuels. The engine scavenging is clean, the combustion is thorough, the environment is less polluted, and the work is stable. The single end piston at both ends of the engine is connected directly to the load, and the reciprocating movement of the piston can output kinetic energy externally. The engine has strong applicability and can be combined with different loads to form a free piston linear generator, a hydraulic free piston engine and a free piston compressor.

【技术实现步骤摘要】
单缸四室串联四冲程自由活塞发动机
本专利技术属于能源动力领域，具体涉及到自由活塞直线发电机，气压自由活塞发动机，液压自由活塞发动机。
技术介绍
为了节能和减少对环境污染，人们对十八世纪出现的自由活塞内燃发动机进行重新研发。自由活塞内燃发动机省略了曲柄机构和机械飞轮，活塞直接与负载(直线发电机，液压泵，气泵等)相连，将燃料燃烧的化学热能直接转化为电能，液压能，气压能输出。它具有整体结构简单，功率密度高，压缩比可调，能适应多种化学燃料，机械摩损小，转换效率高等许多潜在优势。国内外众多的科研机构，研发出了多种自由活塞发动机，这些发动机大都是和所带负载一起进行开发，分别有自由活塞发电机，液压自由活塞发动机。自由活塞发电机，根据活塞和气缸的布置一般可分三种类型，结构示意于图1所示：单气缸单活塞，对置活塞单气缸，双活塞双气缸。液压自由活塞发动机也有其相对应的三种类型：单活塞式，对置活塞式，双活塞式。现有这些自由活塞发动机，都分别还存在不少缺陷：单气缸单活塞：内燃机点火造成单向冲击，引起系统产生振动。活塞膨胀做工后的回位需特殊回弹装置，利用积蓄的能源进行复位，这不但需要消耗一部份积蓄能源，还直接导至输出的能源产生较大的脉动，对负载工作造成影响。对置活塞单气缸：需特殊回弹装置利用积蓄的能源进行复位，控制复杂，内外止点不稳定，随机飘移率大，影响发动机工作，易造成停车。双活塞双气缸：动平稳不好，振动大，扫气时间短，扫气不充分，影响燃烧效果，不易实现四冲程。自由活塞发动机这些技术难点还末得到完全攻克，研发的这些自由活塞发动机都还处于理论验证阶段，还并没有得到大规模的普及应用。专利
技术实现思路
鉴于技术的现状，本专利技术的目的在于提供一种自由活塞式内燃发动机，做到功率密度高，振动小，自由活塞内外止点稳定可靠。可根据不同燃料，调整不同的压缩比，使之燃烧充分，对环境污染少。不需要特殊回弹装置，回复行程不需要消耗额外积蓄的能源，能实现四冲程工作循环，发动机能稳定可靠工作，能直接连接直线发电机，液压泵等不同负载。传统的四冲程内燃发动机，排气干净，燃烧效果好，工作稳定，它四个独立的燃烧室组成并联，由曲轴连杆形成联动对外做工。创新的自由活塞发动机采用独立的四个燃烧室，在同一轴线上组成串联；省去曲轴，曲柄，用连杆组成联动对外做工。其结构原理如示意图2：气缸1内，由两个双头活塞2，四个单活塞3，将气缸分隔成四个燃烧室，101，102，103，104；燃烧室由单头活塞3，双头活塞2的一头与气缸壁形成封闭的一个腔，活塞在其中可自由往返运动；四个燃烧室中心的垂直位置，下方设有进气孔4，上方设有排气孔5，侧面设有点火窗口6；燃烧室膨胀做工，对置的活塞同时向相反方向运行；连杆7，连杆8，置于气缸体外，将六个活塞相互错开连成两组，即将一端的双头活塞与另一端双头活塞与之对置的两个单头活塞连在一起，形成一组，另一端的双头活塞与一端双头活塞与之对置的两个单头活塞连在一起形成另一组；机体上共设有三组传感器，内止点传感器10，外止点传感器11，压缩比设定传感器12。每组传感器各为两个；机构两端的单活塞输出动力，可直接连负载22。这个自由活塞发动机和传统内燃发动机一样具有完全对称的四个工作行程，图2：(图2-1)101进气，102排气，103压缩，104做工；(图2-2)101压缩，102进气，103做工，104排气；(图2-3)101做工，102压缩，103排气，104进气；(图2-4)101排气，102做工，103进气，104压缩。机构运行，连杆7，连杆8分两组带动六个活塞同时向两个相反方向运动，保证了整体机构在运行中，质心不发生改变，消除了活塞剧烈往复运动带给系统的振动。燃烧室膨胀做工，活塞的复位，由下一个燃烧室做工通过连杆联动完成，不需要特殊回弹装置，不需从蓄能机构中获取能量，结构简单，动作可靠。连杆由缸体上的支承体支承，担负活塞轴向力的传递，它不增加活塞的辐向压力即不增加活塞对缸壁的磨擦。节省能源，延长了机器寿命。活塞在气缸里可沿轴线自由运行但受连杆左右极限定位限制。两对连杆相对应的检测部位，都到达内组或者外组传感器时，控制器ECU执行发动机进入下个工作行程。活塞的准确定位，解决了止位点不固定影响燃烧，造成对系统的不稳定。活塞往返都做工，能源转换效率大幅提高。能源的脉冲式输出变为了上下对称的连续输出。附图说明图1为现今几种常见的自由活塞构成的内燃发动机原理结构示意图：图1-1单气缸单活塞，图1-2对置活塞单气缸，图1-3双活塞双气缸，图1-21单活塞式，图1-22对置活塞式，图1-23双活塞式。1.1气缸，1.2活塞，1.3负载直线发电机，1.4燃烧室，1.5液压泵腔，1.6压缩腔。图2是本专利技术单管四室串联四冲程自由活塞发动机原理示意图。图3是本专利技术单管四室串联四冲程自由活塞发动机三维结构示意图。具体实施方式以下结合图2，图3，对本专利技术作进一步描述：本专利技术的单管四室串联四冲程自由活塞发动机包括气缸体9，气缸套1，双头活塞2，单头活塞3，进气孔4，排气孔5，点火窗口6，连杆7，连杆8，内止点传感器10，外止点传感器11，压缩比设定传感器12，进气电磁阀13，排气电磁阀14。支承体15，点火装置16，直线轴承17，活塞销18，ECU控制器19，止位橡塑圈20，通孔21，负载22。气缸体9为八方柱体，它是整个机构的基体。其中心嵌有气缸套1，缸体外面有连杆支承体15。缸体上下左右四个面开有活塞销运行通孔21，运行通孔穿过气缸，直达缸体对面。活塞销穿过气缸，和连杆连结成一体。通孔21内嵌有弹性止位橡塑圈20，兼有活塞在内外止点越位时的限制功能。共两个双头活塞2，四个单头活塞3，它们将气缸分隔成四个燃烧室，101，102，103，104。四个燃烧室成串联状，其中心线均必须在同一轴线上。可按设定的程序轮番进行，进气，压缩，膨胀，排气四道工序。燃烧室中心的垂直位置，上方有排气孔5，下方有进气孔4，侧面有点火窗口6，排气电磁阀11，进气电磁阀12，点火装置13都安装在相对应的气缸体9上。在气缸体上下，左右四个面上共设有八个支承体15，支承体中心嵌有用以减小连杆往复运动所产生的摩擦力的直线轴承17。每个面上的两个支承体安装孔中心线与气缸的中心线绝对平行。连杆7有上下两根导杆分别由气缸体上，下两面的支承体15支承。101室的双头活塞，与103，104燃烧室的单头活塞，通过活塞销18穿过对应的活塞销运行通孔21，与连杆7连成一体，构成运动部件YDB1。连杆8有左右两根导杆分别由气缸体左，右两面的支承体15支承。104室的双头活塞，与101，102燃烧室的单头活塞，通过活塞销18穿过对应的活塞销运行通孔21，与连杆8连成一体，构成运动部件YDB2。所述连杆7两根导杆中心线构成的平面与气缸上，下平面垂直，并穿过气缸的中心线。所述连杆8两根导杆中心线构成的平面与气缸左，右平面垂直，并穿过气缸的中心线。所述连杆7，连杆8各自两根导杆所构成的平面互相垂直。连杆上的活塞销在各自对应的活动窗口往复运动，互不干扰所述连杆，活塞销其质量一致，离所述气缸中心线距离一致，即以气缸中心为准，镜像设置。燃烧室的活塞都为对置活塞，任一燃烧室膨胀做工，运动部件YDB1，YDB2，都同时向相反方向运行。作用在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单管四室串联四冲程自由活塞发动机包括缸体，气缸，单头活塞，双头活塞，连杆，支承体，排气电磁阀，进气电磁阀，点火装置，传感器，电子控制器其特征在于：缸体为八方柱体，水平设置，是发动机的基体，中心嵌有气缸；气缸由四个单头活塞两个双头活塞，分隔成四个独立的燃烧室，四个燃烧室处于同一轴线上，组成串联；燃烧室中心垂直位置，上方设有排气孔，下方设有进气孔，侧面设有点火窗口，缸体上相对应的部位装有排气电磁阀，进气电磁阀，点火装置；缸体上设有支承体，支承体用于支承连杆；缸体上下面，左右面设有活塞销运行通孔，通孔穿过气缸，直达缸体对面；六个活塞，相互错开，分成两组，其活塞销穿过对应的运行通孔，与相对应的一对连杆连成一体，形成两个独立的活动部件；缸体上设有三组传感器用来监测活塞运行时在燃烧室中的确定位置，配合电子控制器，使发动机四个燃烧室按固定程序完成：进气，压缩，膨胀做工，排气，四冲程的运行；发动机两端连接负载，负载可以是直线发电机，液压泵，气泵。

【技术特征摘要】
1.一种单管四室串联四冲程自由活塞发动机包括缸体，气缸，单头活塞，双头活塞，连杆，支承体，排气电磁阀，进气电磁阀，点火装置，传感器，电子控制器其特征在于：缸体为八方柱体，水平设置，是发动机的基体，中心嵌有气缸；气缸由四个单头活塞两个双头活塞，分隔成四个独立的燃烧室，四个燃烧室处于同一轴线上，组成串联；燃烧室中心垂直位置，上方设有排气孔，下方设有进气孔，侧面设有点火窗口，缸体上相对应的部位装有排气电磁阀，进气电磁阀，点火装置；缸体上设有支承体，支承体用于支承连杆；缸体上下面，左右面设有活塞销运行通孔，通孔穿过气缸，直达缸体对面；六个活塞，相互错开，分成两组，其活塞销穿过对应的运行通孔，与相对应的一对连杆连成一体，形成两个独立的活动部件；缸体上设有三组传感器用来监测活塞运行时在燃烧室中的确定位置，配合电子控制器，使发动机四个燃烧室按固定程序完成：进气，压缩，膨胀做工，排气，四冲程的运行；发动机两端连接负载，负载可以是直线发电机，液压泵，气泵。2.根据专利要求1所述的单头活塞和双头活塞，其特征在于，分别对置于每个燃烧室中，双头活塞置于两个相邻燃烧室中间，为两个燃烧室所共有。3.根据专利要求1所述的八个支承体，其特征在于，分别设置在缸体上下左右四个面上，其内嵌有直线轴承...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明武，
申请(专利权)人：黄明武，
类型：发明
国别省市：湖南,43