專利名稱：多用內(nèi)燃往復發(fā)動機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明為一種新型特種發(fā)動機，涉及發(fā)電機、壓氣機和液壓機。
背景技術：
當前工程上廣泛使用的，以內(nèi)燃機為動力的往復式壓氣機和液壓機，由兩部份組成。在動力部份將內(nèi)燃機活塞的往復運動，經(jīng)過連桿、曲軸變?yōu)樾D(zhuǎn)運動輸出功率；在壓氣機或液壓機中再經(jīng)過連桿、曲軸變?yōu)橥鶑瓦\動，帶動壓氣機活塞或液壓機柱塞。其結(jié)構既復雜，效率也低。通常使用的以內(nèi)燃機為動力的發(fā)電機，也是以旋轉(zhuǎn)軸帶動發(fā)電機，其實發(fā)電并不一定需要旋轉(zhuǎn)。因為內(nèi)燃機原本是一種往復運動，就以內(nèi)燃機為動力的壓氣機，液壓機和發(fā)電機來說，旋轉(zhuǎn)這一過程實際是多余的。就內(nèi)燃機來說，因為有連桿和曲軸，也限制了性能的進一步提高。
現(xiàn)在雖然也有直接作用的自由活塞式壓氣機、液壓機和往復式發(fā)電機，如1998年朱仙鼎主編“特種發(fā)動機原理與結(jié)構”中所述各種自由活塞壓氣機、液壓機、往復發(fā)電機；1995年5月皮爾.安德烈.里加諾在我國申請的國際發(fā)明專利，線性發(fā)電機(95193464.3)等，由于控制部份過于復雜，或不適應迅速變動的負荷等缺點，得不到廣泛的應用。我本人于1999年5月獲得ZL97226009.9號專利的內(nèi)燃往復發(fā)電機，由于當時沒有提出在運轉(zhuǎn)中改變壓縮比和消除振動的具體方法，也不夠完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于簡化以內(nèi)燃機為動力的發(fā)電機、壓氣機和液壓機的機械結(jié)構并提高其效率。實現(xiàn)這一目的方法是省去普通內(nèi)燃機用以輸出功率的連桿和曲軸，將內(nèi)燃機的活塞和發(fā)電機動子、壓氣機活塞或液壓機的柱塞直接連接，在結(jié)構上使其成為一體，構成內(nèi)燃往復發(fā)電機、內(nèi)燃往復壓氣機或內(nèi)燃往復液壓機。發(fā)動機由兩個或四個內(nèi)燃機氣缸在發(fā)電機定子、壓氣缸或液壓缸兩邊對稱設置。小型機也可以做成單汽缸，對稱的另一面設一彈簧，加上配氣輪的慣性，做回程動力。多缸可以直列，共用一根曲軸。
為了保證發(fā)動機穩(wěn)定可靠的運轉(zhuǎn)和適應各種工況，內(nèi)燃往復發(fā)動機設有配氣輪采取成熟的凸輪配氣機構，控制內(nèi)燃機的噴油、進、排氣，由一個輕巧的連桿和內(nèi)燃機活塞桿連接，帶動配氣輪旋轉(zhuǎn)。在配氣輪上沿徑向開有一個長槽，槽內(nèi)連桿的一端，通過一個電動輪提供動力，可以在長槽內(nèi)活動。調(diào)節(jié)連桿和配氣輪的偏心距離，可以改變活塞的行程，能夠在運轉(zhuǎn)中靈活改變氣缸的壓縮比。
所述發(fā)動機的動力活塞為扁平狀，氣缸后腔的缸徑可以改變，可以密封，可做為祛氣缸或增壓缸。發(fā)動機可以是二沖程，也可以是四沖程，可以點燃，也可壓燃，可以自然吸氣，也可以采用增壓，也不影響附加排氣凈化等各種裝置。
雙缸發(fā)動機在各自的配氣輪上設有一對傘齒輪，由一鋼管將兩對傘齒輪嚙合連接，構成同步機構，以消除振動。
由于內(nèi)燃往復發(fā)動機沒有輸出功率的連桿和曲軸，氣缸沒有側(cè)向壓力，又可以靈活改變壓縮比，所以大大減少了磨損，便于起動，還可以大幅度提高氣缸有效壓力，提高效率，降低油耗和使用包括燃氣、汽油、柴油、重油等多種燃料。是結(jié)構緊湊、高效節(jié)能、符合環(huán)保要求的新型發(fā)動機。


圖1是內(nèi)燃往復壓氣機示意圖。
圖2是單缸永磁內(nèi)燃往復發(fā)電機示意圖。
圖3是雙缸電勵磁內(nèi)燃往復發(fā)電機示意圖。
圖4是雙缸永磁內(nèi)燃往復發(fā)電機示意5是內(nèi)燃往復發(fā)動機壓縮比調(diào)節(jié)裝置示意圖。
圖6是內(nèi)燃往復發(fā)動機同步裝置示意圖。
圖7是四缸直列內(nèi)燃往復發(fā)動機示意8是內(nèi)燃往復發(fā)電機起動裝置示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例及附圖對多用內(nèi)燃往復發(fā)動機做進一步說明。
參見圖1，圖1所示內(nèi)燃往復發(fā)動機用做壓氣機時，主要部件有氣缸(1)、活塞(2)、活塞桿(3)、連桿(4)、配氣輪(5)和壓氣活塞(6)、壓氣缸(7)。內(nèi)燃機的動力活塞(2)通過活塞桿(3)和壓氣活塞(6)直接連接。其動作原理和普通內(nèi)燃機和壓氣機并無差別，只是結(jié)構簡化了，去掉了內(nèi)燃機用以輸出功率的連桿和曲軸。配氣輪的旋轉(zhuǎn)只需要輕巧的連桿，帶動凸輪控制運轉(zhuǎn)，活塞行程，即壓縮比可以調(diào)節(jié)。單缸以配氣輪的慣性做回程動力、雙缸對稱設置。
參見圖2，圖2是單缸永磁內(nèi)燃往復發(fā)電機。除內(nèi)燃機部件外，發(fā)電機有兩個定子鐵心(8)和兩個感應繞組(11)并列安置，中間有一隔磁間隙(12)。永磁鐵動子(13)和活塞桿(3)連接，在兩個定子(8)中間往復擺動，循環(huán)交替地接通和斷開兩個定子的磁路，在感應繞組(11)中感生電流。內(nèi)燃機氣缸安裝在定子鐵心(8)的一側(cè)，另一側(cè)設有彈簧(14)，由彈簧(14)的彈性和配氣輪(5)的慣性，提供活塞回程動力，仍由一個配氣輪(5)帶動凸輪，控制內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)。
參見圖3，圖3所示雙缸電勵磁內(nèi)燃往復發(fā)電機示意圖。除內(nèi)燃機部件外，有兩個山字形定子(8)，在軟鐵動子(9)上下安置，兩個動力氣缸(1)在定子兩邊設置。動子鐵心(9)通過活塞桿(3)和活塞(2)相連，在上下定子中間擺動。定子鐵心上有勵磁繞組(10)和感應繞組(11)，勵磁繞組可用普通導線，也可用超導電線。由于活塞行程是可變的，所以定子鐵心截面在靠近動子鐵心(9)的地方，稍有擴大。增大的幅度和活塞行程最大變動相一致，以保證在活塞行程變化時，磁路仍可完全耦合。山字形定子鐵心的電工鋼片可以簡單疊加，也可以組成圓筒形，動子鐵心(9)大體是長方形或圓柱形，具體形狀可以根據(jù)輸出電流波形的需要加以調(diào)整。需要方波時，鐵心邊緣為銳角，正弦波時為圓角。連桿(4)和活塞桿(3)活動連接，帶動配氣輪(5)控制發(fā)電機運轉(zhuǎn)。
參見圖4，圖4是雙缸永磁內(nèi)燃往復發(fā)電機示意圖。發(fā)電機有兩個帶有齒槽的條形定子鐵心(8)，在永磁動子(13)上下安置，定子鐵心齒槽中鑲有感應繞組(11)。永磁動子(13)兩級附有軟鐵(27)，通過活塞桿(3)和活塞(2)做剛性連接，在定子鐵心中間往復擺動，改變定子的磁路，在感應繞組(11)中感生電流?；钊麠U(3)還和連桿(4)活動連接，帶動配氣輪控制發(fā)動機運轉(zhuǎn)。
參見圖5，圖5是內(nèi)燃往復發(fā)動機壓縮比調(diào)節(jié)裝置示意圖。
如圖所示，發(fā)動機配氣輪(5)上，開有一個長槽(17)，連桿(4)的一端和內(nèi)燃機活塞桿(3)做活動連接，連桿(4)的另一端也通過一個活動軸(25)連接在一個螺母(15)上，螺母安裝在配氣輪(5)的徑向長槽(17)里，螺母內(nèi)有一帶軸的螺桿(16)，螺桿(16)旋轉(zhuǎn)時，可帶動連桿(4)在長槽內(nèi)活動。螺桿底部均勻排列鑲有6塊永磁鐵(13)，機座上安裝有兩個電磁鐵(18)組成電動輪。螺桿(16)的旋轉(zhuǎn)是在配氣輪(5)轉(zhuǎn)動時，由螺桿(16)上的永磁鐵(13)和固定在機座上的電磁鐵(18)相互作用獲得的。電磁鐵不加電，螺桿(16)被自身上的永磁鐵(13)吸死，不會轉(zhuǎn)動，改變電磁鐵(18)的極性，即可改變螺桿(16)的旋轉(zhuǎn)方向，控制電磁鐵(18)的極性和加電時間，即可改變連桿(4)和配氣輪輪軸的偏心距離，從而改變活塞的行程，實現(xiàn)內(nèi)燃機在運轉(zhuǎn)中靈活改變壓縮比。這對內(nèi)燃機的起動和適應各種工況都非常有利，由于內(nèi)燃往復發(fā)動機的氣缸不承受側(cè)向壓力，通過這一裝置，在內(nèi)燃機起動后，可以大幅度提高氣缸壓力，預計最高燃燒壓力可達25Mpa，這是一般柴油機無法達到的。
參見圖6，圖6是內(nèi)燃往復發(fā)動機同步裝置示意圖。
內(nèi)燃往復發(fā)動機在單缸工作時，由于往復運動的質(zhì)量不能平衡，會引起振動。小型機運動質(zhì)量較小，振動有限，較大雙缸發(fā)動機需要安裝同步機構。同步機構是在配氣輪(5)的旋轉(zhuǎn)軸上安裝一對傘齒輪(22)，通過鋼管(23)，使兩缸兩對傘齒輪嚙合連接起來，安裝的角度是配氣輪長槽(5)和鋼管(23)互成90°角，使兩個活塞同時相向或相反動作，以平衡往復運動的質(zhì)量，消除振動。
參見圖7，圖7是四缸直列內(nèi)燃往復發(fā)動機示意圖內(nèi)燃往復發(fā)動機在雙缸或多缸配置時，氣缸可以對稱安置，也可以直列。直列發(fā)動機如同傳統(tǒng)內(nèi)燃機一樣，各缸連桿(4)共用一根曲軸(28)，活塞桿(3)分岔跨越在曲軸上傳輸功率，每組兩個動力活塞安裝相位相差180°，也可同步減震。直列發(fā)動機曲軸前端設有正時齒輪(29)，后端設有飛輪(30)。
參見圖8，圖8是內(nèi)燃往復發(fā)電機起動裝置接線示意圖。
內(nèi)燃往復發(fā)動機做為壓氣機或液壓機時，其起動裝置和普通內(nèi)燃機相同。做為發(fā)電機時，則不需要專門的起動裝置，只要在輸出電路上附設兩個開關。一個為雙向開關(19)，一個為換向開關(20)，在發(fā)動機起動時，切斷發(fā)電機的負荷電路(21)，并由蓄電池(24)給發(fā)電機勵磁繞組(10)施加直流電，通過換向開關(20)給感應繞組(11)施加脈動交流電，使發(fā)電機變?yōu)橥鶑碗妱訖C，做為起動裝置。
權利要求
1.一種多用內(nèi)燃往復發(fā)動機，包括氣缸(1)、活塞(2)、活塞桿(3)和配氣輪(5)，用做發(fā)電機還有定子(8)、動子(9)、勵磁繞組(10)和感應繞組(11)；用做壓氣機和液壓機附有壓氣缸(7)、壓氣活塞(6)或液壓缸、液壓柱塞，其特征是所述動力活塞(2)通過活塞桿(3)和發(fā)電機動子(9)，或壓氣活塞(6)，液壓柱塞直接連接，結(jié)成一體，發(fā)動機活塞桿上設有一連桿(4)，帶動配氣輪(5)旋轉(zhuǎn)，控制發(fā)動機、噴油、配氣，配氣輪上設有一徑向長槽(17)，連桿(4)的一端通過一個電動輪提供動力，可在長槽里滑動，調(diào)節(jié)連桿和配氣輪軸的偏心距離，以改變氣缸壓縮比，雙缸配置時，在配氣輪軸上設有一對傘齒輪(22)，由一鋼管(23)將兩缸兩對傘齒輪嚙合連接，組成同步機構，內(nèi)燃機活塞為扁平形，汽缸(1)底部密封，氣缸后腔構成祛氣缸(26)，多缸可以直列。
2.根據(jù)權利要求1所述多用內(nèi)燃往復發(fā)動機，其特征是由兩個或四個內(nèi)燃機氣缸(1)在發(fā)電機定子(8)或壓氣缸(7)、液壓缸兩邊對稱設置，小型機為單缸，和氣缸對稱的另一端設有一彈簧(14)，用彈簧和配氣輪(5)的慣性做回程動力。
3.根據(jù)權利要求1所述多用內(nèi)燃往復發(fā)動機，其特征是在發(fā)動機配氣輪(5)上，開有一徑向長槽(17)，連桿(4)的一端和活塞桿(3)活動連接，另一端通過一個活動軸(25)連接在一個螺母(15)上，螺母安裝在配氣輪的長槽(17)里，螺母內(nèi)有一帶軸的螺桿(16)，螺桿底部四周均勻排列6塊永磁鐵(13)，機座上安裝兩塊電磁鐵(18)，組成電動輪，在配氣輪(5)轉(zhuǎn)動時，永磁鐵(13)和電磁鐵(18)相互作用，使螺桿旋轉(zhuǎn)，帶動螺母和連桿在長槽里滑動，控制電磁鐵的極性和加電時間，即調(diào)節(jié)連桿和配氣輪軸的偏心距離，改變活塞行程。
4.根據(jù)權利要求1所述多用內(nèi)燃機往復發(fā)動機，其特征是用做發(fā)電機時，有一個或兩個發(fā)電機動子(9)，兩個或四個定子(8)，定子鐵心上纏有感應繞組(11)和勵磁繞組(10)，定子的安置做上下、左右或十字形對稱排列，動子在對稱定子中間通過活塞桿(3)和活塞(2)連接，往復擺動，循環(huán)交替地接通或斷開定子磁路，定子鐵心的端部，靠近動子的部位，鐵心斷面有所增加，形成類似喇叭形，增加的幅度和活塞行程最大變動相一致，所述發(fā)電機動子(9)是軟鐵，或以高性能永磁鐵代替軟鐵與勵磁繞組，動子的極性可以橫向安置，也可以豎向安置，動子的形狀大體為圓柱形和長方形，并根據(jù)輸出電流波形的需要加以調(diào)整，要求方波時，動子邊緣為銳角，正弦波為圓角，定子和動子之間可以有氣隙，也可無氣隙。
5.根據(jù)權利要求1和4所述內(nèi)燃往復發(fā)電機，其特征是做單缸、永磁配置時，只有1個氣缸(1)安在定子的一邊，有兩個凹字形定子鐵心(8)并列，兩定子中間有一隔磁間隙(12)，定子鐵心上纏有感應繞組(11)，一個永磁動子(13)通過活塞桿(3)和活塞(2)連接，在兩個定子之間擺動，永磁動子(13)的另一端和一彈簧(14)連接，活塞桿(3)還和連桿(4)活動連接，帶動配氣輪(5)旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權利要求1和4所述內(nèi)燃往復發(fā)電機，用做電勵磁發(fā)電時，其特征是有兩個山字形定子鐵心(8)和一個軟鐵動子(9)，兩個定子在動子上下或左右安置，兩個氣缸(1)在定子兩邊對稱設置，軟鐵動子(9)通過活塞桿(3)和活塞(2)相連，在定子(8)中間擺動，定子鐵心上有勵磁繞組和感應繞組，山字形鐵心可以簡單疊加，也可組成圓筒形，勵磁繞組可用普通導線，也可用超導電線。
7.根據(jù)權利要求1和4所述內(nèi)燃往復發(fā)電機，用做雙缸永磁發(fā)電機時，其特征是發(fā)電機有兩個或四個帶有齒槽的條形定子鐵心(8)，在永磁動子(13)上下或上下左右安置，定子鐵心齒槽中鑲有感應繞組(11)，永磁動子(13)兩極附有軟鐵(27)，通過活塞桿(3)和活塞(2)做剛性連接，在定子鐵心中間往復擺動，活塞(3)還和連桿(4)活動連接，帶動配氣輪旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權利要求1和2所述內(nèi)燃往復發(fā)動機，其特征是在雙缸或四缸配置時，在配氣輪軸上附有一對傘齒輪(22)，由一根鋼管(23)將兩缸兩對傘齒輪嚙合連接起來，構成同步裝置，安裝的角度是配氣輪長槽(17)和鋼管(23)互成90度，使兩個活塞同時相向或相反運動。
9.根據(jù)權利要求1所述內(nèi)燃往復發(fā)動機，其特征是在雙缸或多缸配置時，也可以直列安置，直列往復發(fā)動機各連桿(4)共用一根曲軸(28)，活塞桿(3)分岔跨越在曲軸(28)上傳輸功率，每組兩個動力活塞安裝相位相差180°，構成同步機構，直列發(fā)動機曲輪前端設有正時齒輪(29)，后端設有飛輪(30)。
10.根據(jù)權利要求1和4所述內(nèi)燃往復發(fā)電機，其特征是在發(fā)電機輸出電路上，設有兩組開關，一組為雙向開關(19)，一組為換向開關(20)，雙向開關和感應繞組(11)、負荷(21)和換向開關(20)連接，換向開關(20)和雙向開關(19)、蓄電池(24)、勵磁繞組(10)連接，起動時，扳動雙向開關和換向開關，斷開負荷(21)由蓄電池(24)給勵磁繞組(10)施加直流電，通過換向開關(20)給感應繞組(11)施加脈動交流電，使發(fā)電機變?yōu)橥鶑碗妱訖C，做為起動裝置。
全文摘要
多用內(nèi)燃往復發(fā)動機是一種新型特種發(fā)動機。它沒有常規(guī)內(nèi)燃機用以輸出功率的連桿和曲軸，其動力活塞和發(fā)電機動子或壓氣機壓氣活塞，液壓機柱塞直接連接，結(jié)成一體；構成往復發(fā)電機，往復壓氣機或液壓機。在發(fā)動機配氣輪上設有由電磁驅(qū)動的壓縮比調(diào)節(jié)裝置，可在運轉(zhuǎn)中靈活改變壓縮比。由兩對傘齒輪和一根鋼管組成的同步機構，平衡往復運動的質(zhì)量，消除振動。發(fā)動機可附加增壓、尾氣凈化等各種設備。由于發(fā)動機結(jié)構簡單緊湊，沒有氣缸側(cè)向壓力，壓縮比可調(diào)，所以便于起動，能夠減少磨損，提高效率，降低油耗，適應各種工況變化，使用包括重油在內(nèi)的多種燃料，并符合環(huán)保要求。可用做車、船、泵站、建筑等工程動力和中小功率供電電源。
文檔編號F02B75/32GK1504633SQ200310102278
公開日2004年6月16日 申請日期2003年10月30日 優(yōu)先權日2002年11月6日
發(fā)明者鄒立田 申請人:鄒立田