专利名称：多用内燃往复发动机的制作方法
技术领域：
本发明为一种新型特种发动机，涉及发电机、压气机和液压机。
背景技术：
当前工程上广泛使用的，以内燃机为动力的往复式压气机和液压机，由两部份组成。在动力部份将内燃机活塞的往复运动，经过连杆、曲轴变为旋转运动输出功率；在压气机或液压机中再经过连杆、曲轴变为往复运动，带动压气机活塞或液压机柱塞。其结构既复杂，效率也低。通常使用的以内燃机为动力的发电机，也是以旋转轴带动发电机，其实发电并不一定需要旋转。因为内燃机原本是一种往复运动，就以内燃机为动力的压气机，液压机和发电机来说，旋转这一过程实际是多余的。就内燃机来说，因为有连杆和曲轴，也限制了性能的进一步提高。
现在虽然也有直接作用的自由活塞式压气机、液压机和往复式发电机，如1998年朱仙鼎主编“特种发动机原理与结构”中所述各种自由活塞压气机、液压机、往复发电机；1995年5月皮尔.安德烈.里加诺在我国申请的国际发明专利，线性发电机(95193464.3)等，由于控制部份过于复杂，或不适应迅速变动的负荷等缺点，得不到广泛的应用。我本人于1999年5月获得ZL97226009.9号专利的内燃往复发电机，由于当时没有提出在运转中改变压缩比和消除振动的具体方法，也不够完善。
发明内容
本发明的目的在于简化以内燃机为动力的发电机、压气机和液压机的机械结构并提高其效率。实现这一目的方法是省去普通内燃机用以输出功率的连杆和曲轴，将内燃机的活塞和发电机动子、压气机活塞或液压机的柱塞直接连接，在结构上使其成为一体，构成内燃往复发电机、内燃往复压气机或内燃往复液压机。发动机由两个或四个内燃机气缸在发电机定子、压气缸或液压缸两边对称设置。小型机也可以做成单汽缸，对称的另一面设一弹簧，加上配气轮的惯性，做回程动力。多缸可以直列，共用一根曲轴。
为了保证发动机稳定可靠的运转和适应各种工况，内燃往复发动机设有配气轮采取成熟的凸轮配气机构，控制内燃机的喷油、进、排气，由一个轻巧的连杆和内燃机活塞杆连接，带动配气轮旋转。在配气轮上沿径向开有一个长槽，槽内连杆的一端，通过一个电动轮提供动力，可以在长槽内活动。调节连杆和配气轮的偏心距离，可以改变活塞的行程，能够在运转中灵活改变气缸的压缩比。
所述发动机的动力活塞为扁平状，气缸后腔的缸径可以改变，可以密封，可做为祛气缸或增压缸。发动机可以是二冲程，也可以是四冲程，可以点燃，也可压燃，可以自然吸气，也可以采用增压，也不影响附加排气净化等各种装置。
双缸发动机在各自的配气轮上设有一对伞齿轮，由一钢管将两对伞齿轮啮合连接，构成同步机构，以消除振动。
由于内燃往复发动机没有输出功率的连杆和曲轴，气缸没有侧向压力，又可以灵活改变压缩比，所以大大减少了磨损，便于起动，还可以大幅度提高气缸有效压力，提高效率，降低油耗和使用包括燃气、汽油、柴油、重油等多种燃料。是结构紧凑、高效节能、符合环保要求的新型发动机。
图1是内燃往复压气机示意图。
图2是单缸永磁内燃往复发电机示意图。
图3是双缸电励磁内燃往复发电机示意图。
图4是双缸永磁内燃往复发电机示意5是内燃往复发动机压缩比调节装置示意图。
图6是内燃往复发动机同步装置示意图。
图7是四缸直列内燃往复发动机示意8是内燃往复发电机起动装置示意图。
具体实施例方式
以下结合实施例及附图对多用内燃往复发动机做进一步说明。
参见图1，图1所示内燃往复发动机用做压气机时，主要部件有气缸(1)、活塞(2)、活塞杆(3)、连杆(4)、配气轮(5)和压气活塞(6)、压气缸(7)。内燃机的动力活塞(2)通过活塞杆(3)和压气活塞(6)直接连接。其动作原理和普通内燃机和压气机并无差别，只是结构简化了，去掉了内燃机用以输出功率的连杆和曲轴。配气轮的旋转只需要轻巧的连杆，带动凸轮控制运转，活塞行程，即压缩比可以调节。单缸以配气轮的惯性做回程动力、双缸对称设置。
参见图2，图2是单缸永磁内燃往复发电机。除内燃机部件外，发电机有两个定子铁心(8)和两个感应绕组(11)并列安置，中间有一隔磁间隙(12)。永磁铁动子(13)和活塞杆(3)连接，在两个定子(8)中间往复摆动，循环交替地接通和断开两个定子的磁路，在感应绕组(11)中感生电流。内燃机气缸安装在定子铁心(8)的一侧，另一侧设有弹簧(14)，由弹簧(14)的弹性和配气轮(5)的惯性，提供活塞回程动力，仍由一个配气轮(5)带动凸轮，控制内燃机运转。
参见图3，图3所示双缸电励磁内燃往复发电机示意图。除内燃机部件外，有两个山字形定子(8)，在软铁动子(9)上下安置，两个动力气缸(1)在定子两边设置。动子铁心(9)通过活塞杆(3)和活塞(2)相连，在上下定子中间摆动。定子铁心上有励磁绕组(10)和感应绕组(11)，励磁绕组可用普通导线，也可用超导电线。由于活塞行程是可变的，所以定子铁心截面在靠近动子铁心(9)的地方，稍有扩大。增大的幅度和活塞行程最大变动相一致，以保证在活塞行程变化时，磁路仍可完全耦合。山字形定子铁心的电工钢片可以简单叠加，也可以组成圆筒形，动子铁心(9)大体是长方形或圆柱形，具体形状可以根据输出电流波形的需要加以调整。需要方波时，铁心边缘为锐角，正弦波时为圆角。连杆(4)和活塞杆(3)活动连接，带动配气轮(5)控制发电机运转。
参见图4，图4是双缸永磁内燃往复发电机示意图。发电机有两个带有齿槽的条形定子铁心(8)，在永磁动子(13)上下安置，定子铁心齿槽中镶有感应绕组(11)。永磁动子(13)两级附有软铁(27)，通过活塞杆(3)和活塞(2)做刚性连接，在定子铁心中间往复摆动，改变定子的磁路，在感应绕组(11)中感生电流。活塞杆(3)还和连杆(4)活动连接，带动配气轮控制发动机运转。
参见图5，图5是内燃往复发动机压缩比调节装置示意图。
如图所示，发动机配气轮(5)上，开有一个长槽(17)，连杆(4)的一端和内燃机活塞杆(3)做活动连接，连杆(4)的另一端也通过一个活动轴(25)连接在一个螺母(15)上，螺母安装在配气轮(5)的径向长槽(17)里，螺母内有一带轴的螺杆(16)，螺杆(16)旋转时，可带动连杆(4)在长槽内活动。螺杆底部均匀排列镶有6块永磁铁(13)，机座上安装有两个电磁铁(18)组成电动轮。螺杆(16)的旋转是在配气轮(5)转动时，由螺杆(16)上的永磁铁(13)和固定在机座上的电磁铁(18)相互作用获得的。电磁铁不加电，螺杆(16)被自身上的永磁铁(13)吸死，不会转动，改变电磁铁(18)的极性，即可改变螺杆(16)的旋转方向，控制电磁铁(18)的极性和加电时间，即可改变连杆(4)和配气轮轮轴的偏心距离，从而改变活塞的行程，实现内燃机在运转中灵活改变压缩比。这对内燃机的起动和适应各种工况都非常有利，由于内燃往复发动机的气缸不承受侧向压力，通过这一装置，在内燃机起动后，可以大幅度提高气缸压力，预计最高燃烧压力可达25Mpa，这是一般柴油机无法达到的。
参见图6，图6是内燃往复发动机同步装置示意图。
内燃往复发动机在单缸工作时，由于往复运动的质量不能平衡，会引起振动。小型机运动质量较小，振动有限，较大双缸发动机需要安装同步机构。同步机构是在配气轮(5)的旋转轴上安装一对伞齿轮(22)，通过钢管(23)，使两缸两对伞齿轮啮合连接起来，安装的角度是配气轮长槽(5)和钢管(23)互成90°角，使两个活塞同时相向或相反动作，以平衡往复运动的质量，消除振动。
参见图7，图7是四缸直列内燃往复发动机示意图内燃往复发动机在双缸或多缸配置时，气缸可以对称安置，也可以直列。直列发动机如同传统内燃机一样，各缸连杆(4)共用一根曲轴(28)，活塞杆(3)分岔跨越在曲轴上传输功率，每组两个动力活塞安装相位相差180°，也可同步减震。直列发动机曲轴前端设有正时齿轮(29)，后端设有飞轮(30)。
参见图8，图8是内燃往复发电机起动装置接线示意图。
内燃往复发动机做为压气机或液压机时，其起动装置和普通内燃机相同。做为发电机时，则不需要专门的起动装置，只要在输出电路上附设两个开关。一个为双向开关(19)，一个为换向开关(20)，在发动机起动时，切断发电机的负荷电路(21)，并由蓄电池(24)给发电机励磁绕组(10)施加直流电，通过换向开关(20)给感应绕组(11)施加脉动交流电，使发电机变为往复电动机，做为起动装置。
权利要求
1.一种多用内燃往复发动机，包括气缸(1)、活塞(2)、活塞杆(3)和配气轮(5)，用做发电机还有定子(8)、动子(9)、励磁绕组(10)和感应绕组(11)；用做压气机和液压机附有压气缸(7)、压气活塞(6)或液压缸、液压柱塞，其特征是所述动力活塞(2)通过活塞杆(3)和发电机动子(9)，或压气活塞(6)，液压柱塞直接连接，结成一体，发动机活塞杆上设有一连杆(4)，带动配气轮(5)旋转，控制发动机、喷油、配气，配气轮上设有一径向长槽(17)，连杆(4)的一端通过一个电动轮提供动力，可在长槽里滑动，调节连杆和配气轮轴的偏心距离，以改变气缸压缩比，双缸配置时，在配气轮轴上设有一对伞齿轮(22)，由一钢管(23)将两缸两对伞齿轮啮合连接，组成同步机构，内燃机活塞为扁平形，汽缸(1)底部密封，气缸后腔构成祛气缸(26)，多缸可以直列。
2.根据权利要求1所述多用内燃往复发动机，其特征是由两个或四个内燃机气缸(1)在发电机定子(8)或压气缸(7)、液压缸两边对称设置，小型机为单缸，和气缸对称的另一端设有一弹簧(14)，用弹簧和配气轮(5)的惯性做回程动力。
3.根据权利要求1所述多用内燃往复发动机，其特征是在发动机配气轮(5)上，开有一径向长槽(17)，连杆(4)的一端和活塞杆(3)活动连接，另一端通过一个活动轴(25)连接在一个螺母(15)上，螺母安装在配气轮的长槽(17)里，螺母内有一带轴的螺杆(16)，螺杆底部四周均匀排列6块永磁铁(13)，机座上安装两块电磁铁(18)，组成电动轮，在配气轮(5)转动时，永磁铁(13)和电磁铁(18)相互作用，使螺杆旋转，带动螺母和连杆在长槽里滑动，控制电磁铁的极性和加电时间，即调节连杆和配气轮轴的偏心距离，改变活塞行程。
4.根据权利要求1所述多用内燃机往复发动机，其特征是用做发电机时，有一个或两个发电机动子(9)，两个或四个定子(8)，定子铁心上缠有感应绕组(11)和励磁绕组(10)，定子的安置做上下、左右或十字形对称排列，动子在对称定子中间通过活塞杆(3)和活塞(2)连接，往复摆动，循环交替地接通或断开定子磁路，定子铁心的端部，靠近动子的部位，铁心断面有所增加，形成类似喇叭形，增加的幅度和活塞行程最大变动相一致，所述发电机动子(9)是软铁，或以高性能永磁铁代替软铁与励磁绕组，动子的极性可以横向安置，也可以竖向安置，动子的形状大体为圆柱形和长方形，并根据输出电流波形的需要加以调整，要求方波时，动子边缘为锐角，正弦波为圆角，定子和动子之间可以有气隙，也可无气隙。
5.根据权利要求1和4所述内燃往复发电机，其特征是做单缸、永磁配置时，只有1个气缸(1)安在定子的一边，有两个凹字形定子铁心(8)并列，两定子中间有一隔磁间隙(12)，定子铁心上缠有感应绕组(11)，一个永磁动子(13)通过活塞杆(3)和活塞(2)连接，在两个定子之间摆动，永磁动子(13)的另一端和一弹簧(14)连接，活塞杆(3)还和连杆(4)活动连接，带动配气轮(5)旋转。
6.根据权利要求1和4所述内燃往复发电机，用做电励磁发电时，其特征是有两个山字形定子铁心(8)和一个软铁动子(9)，两个定子在动子上下或左右安置，两个气缸(1)在定子两边对称设置，软铁动子(9)通过活塞杆(3)和活塞(2)相连，在定子(8)中间摆动，定子铁心上有励磁绕组和感应绕组，山字形铁心可以简单叠加，也可组成圆筒形，励磁绕组可用普通导线，也可用超导电线。
7.根据权利要求1和4所述内燃往复发电机，用做双缸永磁发电机时，其特征是发电机有两个或四个带有齿槽的条形定子铁心(8)，在永磁动子(13)上下或上下左右安置，定子铁心齿槽中镶有感应绕组(11)，永磁动子(13)两极附有软铁(27)，通过活塞杆(3)和活塞(2)做刚性连接，在定子铁心中间往复摆动，活塞(3)还和连杆(4)活动连接，带动配气轮旋转。
8.根据权利要求1和2所述内燃往复发动机，其特征是在双缸或四缸配置时，在配气轮轴上附有一对伞齿轮(22)，由一根钢管(23)将两缸两对伞齿轮啮合连接起来，构成同步装置，安装的角度是配气轮长槽(17)和钢管(23)互成90度，使两个活塞同时相向或相反运动。
9.根据权利要求1所述内燃往复发动机，其特征是在双缸或多缸配置时，也可以直列安置，直列往复发动机各连杆(4)共用一根曲轴(28)，活塞杆(3)分岔跨越在曲轴(28)上传输功率，每组两个动力活塞安装相位相差180°，构成同步机构，直列发动机曲轮前端设有正时齿轮(29)，后端设有飞轮(30)。
10.根据权利要求1和4所述内燃往复发电机，其特征是在发电机输出电路上，设有两组开关，一组为双向开关(19)，一组为换向开关(20)，双向开关和感应绕组(11)、负荷(21)和换向开关(20)连接，换向开关(20)和双向开关(19)、蓄电池(24)、励磁绕组(10)连接，起动时，扳动双向开关和换向开关，断开负荷(21)由蓄电池(24)给励磁绕组(10)施加直流电，通过换向开关(20)给感应绕组(11)施加脉动交流电，使发电机变为往复电动机，做为起动装置。
全文摘要
多用内燃往复发动机是一种新型特种发动机。它没有常规内燃机用以输出功率的连杆和曲轴，其动力活塞和发电机动子或压气机压气活塞，液压机柱塞直接连接，结成一体；构成往复发电机，往复压气机或液压机。在发动机配气轮上设有由电磁驱动的压缩比调节装置，可在运转中灵活改变压缩比。由两对伞齿轮和一根钢管组成的同步机构，平衡往复运动的质量，消除振动。发动机可附加增压、尾气净化等各种设备。由于发动机结构简单紧凑，没有气缸侧向压力，压缩比可调，所以便于起动，能够减少磨损，提高效率，降低油耗，适应各种工况变化，使用包括重油在内的多种燃料，并符合环保要求。可用做车、船、泵站、建筑等工程动力和中小功率供电电源。
文档编号F02B75/32GK1504633SQ200310102278
公开日2004年6月16日 申请日期2003年10月30日 优先权日2002年11月6日
发明者邹立田 申请人:邹立田