单缸自由活塞式发动机及其工作方法技术

本申请涉及发动机技术领域，尤其是涉及一种单缸自由活塞式发动机及其工作方法，单缸自由活塞式发动机包括：缸体、电机壳体、底座、活塞运动组件以及线圈；电机壳体与缸体相连接，线圈位于电机壳体的内壁上；缸体内设置有通道，且通道与电机壳体内部相连通形成运动空腔；活塞运动组件包括导向轴、活塞、永磁体和弹簧；导向轴位于电机壳体内，永磁体与活塞相连接，活塞套设于导向轴上；活塞能够带动永磁体沿导向轴在运动空腔内往复运动，切割线圈的磁感线发电；弹簧用于反向推动活塞使其实现往复运动；底座上设置有进气阀，气体进入缸体的通道内与油气混合并燃烧，给予活塞以推动力，使活塞能够往复运动。

【技术实现步骤摘要】
单缸自由活塞式发动机及其工作方法
本申请涉及发动机
，尤其是涉及一种单缸自由活塞式发动机及其工作方法。
技术介绍
目前，新能源动力是未来的发展趋势，当前市场上常见的新能源动力以纯电动和油电混合为主，纯电动车动力强劲，安静，振动小，但受限于续航里程，油电混合可实现节能和较长里程续航等优点，但动力总成体积大，质量重，依然存在传统内燃机热效率低等问题。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种单缸自由活塞式发动机及其工作方法，以解决现有技术中存在的以油电混合为新能源动力的动力混合总成体积大、质量重、热效率低的技术问题。本申请提供了一种单缸自由活塞式发动机，包括：缸体、电机壳体、底座、活塞运动组件以及线圈；其中，所述电机壳体的一端设置有底座，所述电机壳体的另一端与所述缸体相连接，所述线圈位于所述电机壳体的内壁上；所述缸体内设置有通道，且所述通道与所述电机壳体内部相连通形成运动空腔；所述活塞运动组件包括导向轴、活塞、永磁体和弹簧；所述导向轴位于所述电机壳体内，且所述导向轴的一端与所述底座相连接；所述永磁体与所述活塞相连接，所述活塞套设于所述导向轴上；所述活塞能够带动所述永磁体沿所述导向轴的轴线方向在所述运动空腔内往复运动，用于切割所述线圈的磁感线；所述弹簧也套设于所述导向轴上，且所述弹簧的一端与所述底座相连接，所述弹簧的另一端通过弹簧座与所述活塞相连接；所述底座上设置有进气阀，所述缸体上设置有进气道，所述进气阀通过所述运动空腔与所述进气道相连通。进一步地，所述缸体远离所述电机壳体的一端设置有缸盖，所述缸盖上嵌设有喷油器和火花塞；所述喷油器用于向所述通道内喷油，所述火花塞用于引燃置于所述通道内的油和空气的混合物。进一步地，所述缸体上还设置有排气道，所述排气道的一端与所述缸体的通道相连通，所述排气道的另一端与外界相连通。进一步地，所述进气阀为单向阀。进一步地，所述活塞为阶梯轴状结构，其一端为头部，另一端为尾部；所述头部能够伸入发动机缸体内；所述活塞的头部设置有楔形结构，用于使所述发动机缸体内的气体产生涡流。进一步地，所述活塞内沿其轴向设置有内孔，所述内孔贯穿所述活塞的尾部，所述活塞通过所述内孔套设于所述导向轴上；所述活塞所述导向轴的截面桃形凸轮状结构，所述活塞与所述导向轴相适配。进一步地，所述导向轴靠近所述活塞尾部的位置设置有传感器，所述活塞上设置有信号齿。进一步地，所述信号齿包括上止点信号齿和下止点信号齿，所述上止点信号齿设置于所述活塞的所述头部处，所述下止点信号齿设置于所述活塞的头部与尾部之间；所述上止点信号齿的数量为一个，所述下止点信号齿的数量为两个，所述上止点信号齿和两个所述下止点信号齿位置的连线平行于所述活塞的轴线。进一步地，所述活塞上开设有通气孔，所述通气孔与所述内孔相连通；所述通气孔的数量为多个，多个所述通气孔沿所述活塞的周向均匀设置。本申请还提供了一种单缸自由活塞式发动机的工作方法，包括如下步骤：单向阀开启进气，气体经发动机壳体内部及永磁体与线圈组之间的缝隙进入缸体的通道内；同时，对发动机的线圈反向通电，使线圈产生和永磁体相反的磁场，在反向磁场的斥力作用下推动永磁体和活塞沿导向轴向底座端运动，弹簧压缩，活塞到达第一位置；活塞内的传感器检测到下止点位置信号，控制喷油器向所述缸体的通道内喷油；压缩的弹簧对永磁体和活塞产生推动力，推动所述永磁体和活塞沿所述导向轴向缸体端运动，活塞到达第二位置；活塞内的传感器检测到上止点位置信号，控制点火器点火，进入通道内的气和油燃烧，产生的烟气再次推动永磁体和活塞沿导向轴向底座端运动，弹簧压缩，活塞到达第一位置，喷油器喷油；压缩再次推动所述永磁体和活塞沿所述导向轴向缸体端运动，活塞到达第二位置，点火器点火；永磁体和活塞在第一位置和第二位置之间往复运动，重复喷油、点火过程，永磁体切割线圈磁感线发电，实现持续发电。与现有技术相比，本申请的有益效果为：本申请提供的单缸自由活塞式发动机，包括：缸体、电机壳体、底座、活塞运动组件以及线圈；电机壳体的一端设置有底座，底座和电机壳体可通过螺钉连接；所述电机壳体的另一端与所述缸体相连接，所述线圈位于所述电机壳体的内壁上；所述缸体内设置有通道，且所述通道与所述电机壳体内部相连通形成运动空腔，活塞组件位于运动空间内，且能够沿运动空腔的轴线方向运动，从而切割线圈的磁感线；电机壳体外侧集成直流发电机，因此永磁体在切割磁感线时能够发电。具体地，活塞运动组件包括导向轴、活塞、永磁体和弹簧，所述导向轴沿运动空腔的轴线方向设置，活塞与永磁体固定连接，且活塞套设于导向轴上，带动永磁铁沿导向轴运动；导向轴对活塞和永磁体的运动起到导向作用，使得活塞能够在缸体通道和电机壳体之间沿固定方向往复运动，不会出现偏移等情况，从而切割磁感线过程更为稳定。而在活塞和底座之间还设置有弹簧，弹簧用于推动活塞使其实现往复运动。此外，在底座上还设置有进气阀，在所述缸体上开设进气道，进气道与运动空腔相连通，因此通过进气阀进入电机壳体内的气体通过线圈与永磁体之间的间隙进入缸体的进气道中，再从缸体的进气道进入缸体的通道内，缸体通道作为燃烧室，在其内空气与喷气混合并点火燃烧，从而给予活塞以推动力，使活塞能够往复运动。本申请实施例的单缸自由活塞式发动机的具体工作过程为：进气阀开启进气，气体经发动机壳体内部及永磁体与线圈组之间的缝隙进入缸体的通道内；对发动机的线圈反向通电，使线圈产生和永磁体相反的磁场，在反向磁场的斥力作用下推动永磁体和活塞沿导向轴向底座端运动，弹簧压缩，活塞到达第一位置；喷油器向所述缸体的通道内喷油；压缩的弹簧对永磁体和活塞产生推动力，推动所述永磁体和活塞沿所述导向轴向缸体端运动，活塞到达第二位置；点火器点火，燃烧室内的气和油燃烧，产生的烟气再次推动永磁体和活塞沿导向轴向底座端运动，弹簧压缩，活塞到达第一位置，喷油器喷油；压缩再次推动所述永磁体和活塞沿所述导向轴向缸体端运动，活塞到达第二位置，点火器点火；永磁体和活塞在第一位置和第二位置之间往复运动，重复喷油、点火过程，永磁体切割线圈磁感线发电，实现持续发电。综上，本申请的单缸自由活塞式发动机应用成熟简单的二冲程工作原理，具有体积小、质量轻、机械效率高、能量转换损失小、自起动、振动小，维护成本低等优点，有效提升整车驱动电机续航里程。附图说明为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的单缸自由活塞式发动机的整体结构示意图；图2为本申请实施例提供的单缸自由活塞式发动机在工作时的内部结构示意图(活塞位于第二位置时的结构示意图)；图3为本申请实施例提供的单缸自由活塞式发动机在工作时的内部结构示意图(活塞位于第一位置和第二位置时的结构示意图)；图4为本申请实施例提供的单缸自由活塞式发动机在工作时的内部结构示意图(活塞位于第一位置时的结构示意图)；图5为本申请实施例提供的单缸自由活塞式发动机的活塞和导向轴的位置关系和结构示意图；图6为本申请实施例提供的单缸自由活塞式发动机的活塞在第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单缸自由活塞式发动机，其特征在于，包括：缸体、电机壳体、底座、活塞运动组件以及线圈；其中，所述电机壳体的一端设置有底座，所述电机壳体的另一端与所述缸体相连接，所述线圈位于所述电机壳体的内壁上；所述缸体内设置有通道，且所述通道与所述电机壳体内部相连通形成运动空腔；所述活塞运动组件包括导向轴、活塞、永磁体和弹簧；所述导向轴位于所述电机壳体内，且所述导向轴的一端与所述底座相连接；所述永磁体与所述活塞相连接，所述活塞套设于所述导向轴上；所述活塞能够带动所述永磁体沿所述导向轴的轴线方向在所述运动空腔内往复运动，用于切割所述线圈的磁感线；所述弹簧也套设于所述导向轴上，且所述弹簧的一端与所述底座相连接，所述弹簧的另一端通过弹簧座与所述活塞相连接；所述底座上设置有进气阀，所述缸体上设置有进气道，所述进气阀通过所述运动空腔与所述进气道相连通。

【技术特征摘要】
1.一种单缸自由活塞式发动机，其特征在于，包括：缸体、电机壳体、底座、活塞运动组件以及线圈；其中，所述电机壳体的一端设置有底座，所述电机壳体的另一端与所述缸体相连接，所述线圈位于所述电机壳体的内壁上；所述缸体内设置有通道，且所述通道与所述电机壳体内部相连通形成运动空腔；所述活塞运动组件包括导向轴、活塞、永磁体和弹簧；所述导向轴位于所述电机壳体内，且所述导向轴的一端与所述底座相连接；所述永磁体与所述活塞相连接，所述活塞套设于所述导向轴上；所述活塞能够带动所述永磁体沿所述导向轴的轴线方向在所述运动空腔内往复运动，用于切割所述线圈的磁感线；所述弹簧也套设于所述导向轴上，且所述弹簧的一端与所述底座相连接，所述弹簧的另一端通过弹簧座与所述活塞相连接；所述底座上设置有进气阀，所述缸体上设置有进气道，所述进气阀通过所述运动空腔与所述进气道相连通。2.根据权利要求1所述的单缸自由活塞式发动机，其特征在于，所述缸体远离所述电机壳体的一端设置有缸盖，所述缸盖上嵌设有喷油器和火花塞；所述喷油器用于向所述通道内喷油，所述火花塞用于引燃置于所述通道内的油和空气的混合物。3.根据权利要求1所述的单缸自由活塞式发动机，其特征在于，所述缸体上还设置有排气道，所述排气道的一端与所述缸体的通道相连通，所述排气道的另一端与外界相连通。4.根据权利要求1所述的单缸自由活塞式发动机，其特征在于，所述进气阀为单向阀。5.根据权利要求1所述的单缸自由活塞式发动机，其特征在于，所述活塞为阶梯轴状结构，其一端为头部，另一端为尾部；所述头部能够伸入发动机缸体内；所述活塞的头部设置有楔形结构，用于使所述发动机缸体内的气体产生涡流。6.根据权利要求5所述的单缸自由活塞式发动机，其特征在于，所述活塞内沿其轴向设置有内孔，所述内孔贯穿所述活塞的尾部，所述活塞通过所述内孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文武，刘玉坤，姚君韦，刘东，赵福成，王瑞平，
申请(专利权)人：宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司，浙江吉利控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33