CN104196621A - 一种水平对置式发电型内燃机结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平对置式发电型内燃机结构，主要包括自由活塞内燃机、直线发电机、储能蓄电池、动力输出电机以及控制电路，其特征在于：在连杆中间表面固定有一圈环状磁铁，环状磁铁左端安装有位移传感器，环状感应线圈固定在机体两侧分界面内壁上，环状感应线圈的中心轴线与环状磁铁的中心线、连杆中心线同轴；环状感应线圈通过导线与控制电路相连；控制电路通过导线分别与储能电池和动力输出电机连接。通过内燃机与直线发电机的巧妙结合，将活塞的往返直线运动的机械能通过直线发电机直接转化成电能，简化了内燃机的结构，改变了内燃机能量输出的方式，具有利用效率高、易控制、结构紧凑、重量轻、成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机领域，主要涉及一种水平对置式发电型内燃机结构。
背景技术
传统水平对置式内燃机是采用曲轴连杆机构将活塞的往复直线运动的机械能转化成曲轴的旋转运动，在转化的工程中，活塞始终会对气缸产生巨大的侧向压力，而侧向压力的存在是造成活塞与气缸摩擦的最主要原因，活塞与气缸之间的摩擦损失占内燃机有效功率10%以上。此外，传统水平对置式内燃机驱动汽车形式时，通过复杂的传动机构如离合器、变速箱、差速器等装置，将内燃机发出的功率传递到轮胎上。由于摩擦阻力的存在，仅变速箱将损失35%-40%的能量，再加上离合器、差速器、扭力分配等机构，综合利用率只有50%左右，再加上车载自动空调、车载娱乐等车载大功率用电器，使得内燃机整体的燃料利用率很低。
发明内容
本发明提出了一种水平对置式发电型内燃机结构，将水平对置式内燃机与直线发电机的巧妙结合，舍去了传统的曲轴等旋转部件，彻底消除了曲轴存在时活塞对缸套的侧向压力，使活塞与气缸的摩擦力(传统内燃机的占内燃机有效功率10%以上)变得几乎为零，简化了内燃机的结构，改变了内燃机能量输出的方式，将活塞的往返直线运动的机械能通过直线发电机直接转化成电能(机械能转化成电能效率可达90%)，通过控制电路12将产生的电能(0%<E1<100%)用于电机14(电能利用率可达到85%)做为汽车动力带动汽车前行，将剩余的电能(100%>E2>0%且E1+E2=100%)通过储能蓄电池10存储起来(充放电效率可达80%-90%)。假设传统水平对置式内燃机输出的机械能为100%，那么本发明基本消除了活塞与气缸的摩擦力，可以提高能量10%，以发电效率90%，电机利用率85%，计算，综合了利用率可达(110%*90%*80%=84%)，大幅提高了燃料的利用率。
本发明可通过以下技术方案实现：一种水平对置式发电型内燃机结构，包括自由活塞内燃机、直线发电机、储能蓄电池、动力输出电机以及控制电路，所述的自由活塞内燃机包括沿自由活塞内燃机中心对称线左右对称分布的机体、活塞、连杆、进气门、排气门、喷油器或火花塞、进气管和排气管，活塞和连杆位于机体内部，活塞安装在连杆两侧，且位于一条直线上，其特征在于：在连杆中间表面固定有一圈环状磁铁，环状磁铁左端安装有位移传感器，位移传感器固定在连杆上距离环状磁铁5mm-10mm处，环状感应线圈固定在机体两侧分界面内壁上，环状感应线圈的中心轴线与环状磁铁的中心线、连杆中心线同轴；环状磁铁与环状感应线圈之间的间隙控制在0.3mm-0.5mm；环状感应线圈通过导线与控制电路相连；控制电路通过导线分别与储能电池和动力输出电机连接。
所述直线发电机包括：环状感应线圈、环状磁铁；环状磁铁为发电机的动子，环状感应线圈为发电机定子，环状感应线圈的中心轴线与环状磁铁的中心线、连杆中心线同轴，环状磁铁与环状感应线圈之间的间隙控制在0.3mm-0.5mm。
储能电池为铅蓄电池或锂电池，铅蓄电池或锂电池之间通过串联方式连接；储能电池的电压在220V-380V之间。
动力输出电机为无刷或有刷电动机；环状感应线圈通过导线与控制电路相连；控制电路通过导线分别与储能电池和动力输出电机连接；所述直线发电机安装在自由活塞内燃机内部，通过将环状磁铁固定在连杆中间表面，将自由活塞内燃机与直线发动机结合起来；自由活塞内燃机、储能蓄电池、动力输出电机以及控制电路为独立系统，位置无固定要求。
其工作过程为：
自由活塞内燃机工作时，活塞带动连杆以及固定在连杆上的环状磁铁一起做直线往复运动，环状磁铁的往复的直线运动导致环状感应线圈中的磁通量发生变化，变化的磁通量产生感应电动势，从而将活塞直线往复运动的机械能转化成电能（机械能转化成电能效率可达90%），通过控制电路12将产生的电能(0%<E1<100%)用于电机14(电能利用率可达到85%)做为汽车动力带动汽车前行，将剩余的电能(100%>E2>0%且E1+E2=100%)通过储能蓄电池存储10起来(充放电效率可达80%-90%)。
本发明的有益效果是，自由活塞内燃机燃烧做功时，活塞带动连杆以及固定在连杆上的磁铁一起做直线往复运动，环状磁铁的往复的直线运动导致环状感应线圈中的磁通量发生变化，变化的磁通量产生感应电动势，从而将活塞直线往复运动的机械能转化成电能(机械能转化成电能效率可达90%)，一方面可以根据汽车电机的动力需要来确定发电机发电量，即根据电机电力需要，通过控制电路调整内燃机使得产生的100%电能刚好满足电机需要，另一方面可以将电能(0%<E1<100%)用于电机作为汽车动力，另一部分电能(100%>E2>0%且E1+E2=100%)通过蓄电池存储起来，大大提高了效率，提高燃油利用率；喷油器开始喷油（或火花塞点火）的时刻对应的位移传感器的角度不同，活塞可到达的实际上止点也不同，因此可以通过控制喷油器开始喷油（或火花塞点火）的时刻来改变内燃机的压缩比，实现高的热效率；利用直线发电机来代替传统的曲轴传动，舍去了昂贵的变速箱、差速器等部件，于此同时，环状磁铁作为动子，环状感应线圈作为定子，两者组合既可以用作直线发电机，也可以用作直线电动机，降低了制造成本。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明环状感应线圈、连杆、环状磁铁组合的示意图。
图1中，1进气门A，2喷油器A (或火花塞)，3排气门A，4排气管A，5进气管A，6机体A， 7活塞A，8连杆，9位移传感器，10储能电池，11环状感应线圈，12控制电路，13环状磁铁，14动力输出电动机，15活塞B，16机体B，17进气管B，18排气管B，19排气门B，20喷油器B(或火花塞)，21进气门B。
图2中，8连杆，11环状感应线圈，13环状磁铁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实例1
本发明提出了一种水平对置式发电型内燃机结构。主要包括自由活塞内燃机、直线发电机、储能蓄电池、动力输出电机以及控制电路；自由活塞内燃机包括：机体A6、活塞A7、连杆8、排气门A3、排气管A4、喷油器A2(或火花塞)、进气门A1、进气管A5、机体B16、活塞B15、排气门B19、排气管B18、喷油器B20(或火花塞) 、进气门B21、进气管B17；机体A6、活塞A7、连杆8、排气门A3、排气管A4、进气门A1、进气管A5、喷油器A2(或火花塞)和机体B16、活塞B15、排气门B19、排气管B18、进气门B21、进气管B17、喷油器B20(或火花塞)沿自由活塞内燃机中心对称线左右对称分布，具体如图1所示；直线发电机包括：环状感应线圈13、连杆8以及固定在连杆上的环状磁铁11，具体如图2所示。
其连接关系为：活塞A7、连杆8、活塞B15在一条直线上，活塞A7、活塞B15安装在连杆8的两侧，气缸数目必须为偶数，且沿竖直方向中心线对称分布在两端；具体如图1所示；环状磁铁13固定在连杆8中间表面上，环状磁铁13左端安装有位移传感器9，位移传感器9固定在连杆上与环状磁铁13距离5mm-10mm处，环状感应线圈11固定在机体A6与机体B16分界面内壁上，环状感应线圈11的中心轴线与环状磁铁13的中心线、连杆8中心线同轴；环状磁铁与环状感应线圈之间的间隙控制在0.3mm-0.5mm；具体如图2所示；环状感应线圈11与控制电路12相连，控制电路12通过导线分别与储能电池10和动力输出电机14连接。具体如图1、2所示。
其工作过程为：
（1）启动过程：根据位移传感器判断活塞A7所处位置，通过控制电路控制感应线圈中的电流方向，推动环状磁铁以及连杆、与连杆相连的两侧活塞向左做直线运动，开始压缩冲程，当活塞A7处于上止点时，此时喷油器A2喷射出高压燃油，燃油被压燃(或火花塞点燃后)开始做功，推动活塞A7向右运动，此时控制电路改变感应线圈中的电流方向，使得环状磁铁13向右运动，同时带动连杆8以及连杆两侧的活塞一起向右运动，当活塞A7处于下止点时，此时喷油器B20喷射出高压燃油，燃油被压燃(或火花塞点燃)后开始做功，推动活塞B15左运动，此时控制电路改变感应线圈中的电流方向，使得环状磁铁向左运动，活塞A7处于上止点时，开始重复上述过程；当活塞移动速度较快，且控制电路停止向感应线圈提供电流时，内燃机能持续稳定工作时，启动过程完成。
（2）运行过程：根据位移传感器判断活塞A7所处位置，当活塞A7处于上止点时，此时打开进气门A1，活塞A7带动连杆、环状磁铁、活塞B15向右运动，开始进气冲程，活塞A7到达下止点时，此时关闭进气门A1，完成进气冲程；此时活塞A7带动连杆、环状磁铁、活塞B15向左运动，开始压缩冲程；当活塞A7处于上止点时，完成压缩冲程；此时ECU控制喷油器A2开始喷柴油(或控制火花塞点火)，燃油着火后开始做功冲程，活塞A7带动连杆、环状磁铁、活塞B15向右运动，当活塞A7运行到下止点时，完成做功冲程；此时排气门A3打开，活塞A7带动连杆、环状磁铁、活塞B15向左运动，开始排气冲程，当活塞A7处于上止点时，排气门A3关闭，完成排气冲程，如此往复运行；活塞A7与活塞B15工作过程基本一致，有如下对应关系：活塞A7处于进气冲程——活塞B15处于排气冲程，活塞A7处于压缩冲程——活塞B15处于进气冲程，活塞A7处于做功冲程——活塞B15处于压缩冲程，活塞A7处于排气冲程——活塞B15处于做功冲程，如此循环；当活塞A7处于进气冲程——活塞B15处于排气冲程时，通过控制电路控制环状感应线圈中的电流，使得环状磁铁向右运动，并带动连杆、活塞A7以及活塞B15向右来完成活塞A7的进气冲程以及活塞B15的排气冲程；当活塞A7处于压缩冲程——活塞B15处于进气冲程时，通过控制电路控制环状感应线圈中的电流，使得环状磁铁向左运动，并带动连杆、活塞A7以及活塞B15向左来完成活塞A7的压缩冲程以及活塞B15的进气冲程；当活塞A7(或活塞B15)处于做功冲程时，活塞带动连杆以及固定在连杆上的环状磁铁一起做直线往复运动，环状磁铁的往复直线运动导致环状感应线圈中的磁通量发生变化，变化的磁通量产生感应电动势，从而将活塞直线往复运动的机械能转化成电能(机械能转化成电能效率可达90%)，通过导线将环状感应线圈中的感应电动势接入控制电路，控制电路处理后将电能分成可变比例的电能，将电能(0%<E1<100%)通过导线用于电机作为汽车动力，将剩余的电能(100%>E2>0%且E1+E2=100%)通过导线与储能电池相连将电能存储起来(充放电效率可达80%-90%)。
Claims (9)
1.一种水平对置式发电型内燃机结构，包括自由活塞内燃机、直线发电机、储能蓄电池、动力输出电机以及控制电路，所述的自由活塞内燃机包括沿自由活塞内燃机中心对称线左右对称分布的机体、活塞、连杆、进气门、排气门、喷油器或火花塞、进气管和排气管，活塞和连杆位于机体内部，活塞安装在连杆两侧，且位于一条直线上，其特征在于：在连杆中间表面固定有一圈环状磁铁，环状磁铁左端安装有位移传感器，环状感应线圈固定在机体两侧分界面内壁上，环状感应线圈的中心轴线与环状磁铁的中心线、连杆中心线同轴；环状感应线圈通过导线与控制电路相连；控制电路通过导线分别与储能电池和动力输出电机连接。
2.如权利要求1所述的一种水平对置式发电型内燃机结构，其特征在于：所述位移传感器固定在连杆上距离环状磁铁5mm-10mm处。
3.如权利要求1所述的一种水平对置式发电型内燃机结构，其特征在于：所述环状感应线圈与环状磁铁构成间隙配合，环状磁铁与环状感应线圈之间的间隙控制在0.3mm-0.5mm。
4.如权利要求1所述的一种水平对置式发电型内燃机结构，其特征在于：所述直线发电机
包括环状感应线圈和环状磁铁；环状磁铁为发电机的动子，环状感应线圈为发电机定子，两者组合既可以用作直线发电机，也可以用作直线电动机；环状感应线圈的中心轴线与环状磁铁的中心线、连杆中心线同轴；所述直线发电机安装在自由活塞内燃机内部，通过将环状磁铁固定在连杆中间表面，将自由活塞内燃机与直线发动机结合起来。
5.如权利要求1所述的一种水平对置式发电型内燃机结构，其特征在于：所述储能电池为铅蓄电池或锂电池，铅蓄电池或锂电池之间通过串联方式连接；储能电池的电压在220V-380V之间。
6.如权利要求1所述的一种水平对置式发电型内燃机结构，其特征在于：所述动力输出电机为无刷或有刷电动机。
7.如权利要求1所述的一种水平对置式发电型内燃机结构，其特征在于：所述内燃机气缸
形式为水平对置结构，气缸数目为偶数，且沿竖直方向中心线对称分布在两端。
8.如权利要求1所述的一种水平对置式发电型内燃机结构，其特征在于：活塞带动连杆以
及固定在连杆上的环状磁铁一起做直线往复运动，环状磁铁的往复直线运动导致环状感应线圈中的磁通量发生变化，变化的磁通量产生感应电动势，从而将活塞直线往复运动的机械能转化成电能，通过控制电路将产生的电能(0%<E1<100%)用于电机做为汽车动力带动汽车前行，将剩余的电能(100%>E2>0%且E1+E2=100%)通过储能蓄电池存储起来。
9.如权利要求1所述的一种水平对置式发电型内燃机结构，其特征在于，通过连杆上的位
移传感器判断活塞所处位置，喷油器开始喷油（或火花塞点火）的时刻对应的位移传感器的角度不同，活塞能到达的实际上止点也不同；因此可以通过控制喷油器开始喷油（或火花塞点火）的时刻来改变内燃机的压缩比，实现高的热效率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141210 |