一种活塞式发动机的制作方法

本实用新型涉及发动机领域，尤其涉及一种活塞式发动机。

背景技术：

活塞是汽车发动机的“心脏”，承受交变的机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最恶劣的关键零部件之一。活塞的功用是承受气体压力，并通过活塞销传给连杆驱使曲轴旋转，活塞是组成燃烧室的零部件之一，进行高速往返运动，活塞头部的工作温度非常高，最高可达700k以上，运动加速度达到500g以上。活塞各区域的温度，是体现活塞热疲劳情况、燃烧情况的是一项重要参数。

在对活塞进行测温试验时，采用热电偶等对活塞表面各区域的温度进行测量时，此时需要电池对热电偶等进行供电，在采用电池对热电偶等进行供电时存在以下问题：

1、电池的寿命较短，高压环境下电池的寿命下降明显，无法满足活塞测试试验的需求；活塞的高速运动以及其内安装空间较小的限制，使电池的体积受限，继而使电池的寿命无法做到更大。

2、活塞的高速运动，需要使用电池支架，造成整个系统的运动惯量比较大，使活塞的寿命严重缩短。

3、由于活塞处于高温高压环境下，在高温高压环境下对电池的故障率较高，而且极易导致发动机运行过程中电池因过热而发生爆炸，引发发动机内部机油燃烧，存在火灾隐患。

由于上述问题的存在严重限制了活塞测温技术在发动机实际产品应用中的应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种活塞式发动机，能够实现发动机工作过程中自主供电，解决了现有技术无法实现在发动机实际产品应用中对活塞进行测温的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种活塞式发动机，包括测温装置和发电装置，所述发电装置包括电磁感应单元和电磁激励单元，所述电磁感应单元和所述电磁激励单元分别设于存在相对运动的两个结构件上；

在两个所述结构件相对运动的过程中，所述电磁激励单元能够激励所述电磁感应单元使所述电磁感应单元产生感应电流以对所述测温装置供电；

两个所述结构件分别为连杆小头和活塞的内腔底壁、或曲轴和连杆、或曲轴和主轴承座、或活塞和缸套。

作为上述活塞式发动机的一种优选技术方案，所述电磁感应单元包括由导磁材料制成的第一芯，及绕设于所述第一芯外壁的线圈。

作为上述活塞式发动机的一种优选技术方案，所述电磁激励单元包括沿其中一个所述结构件的运动方向依次分布的多个永磁体，每个所述永磁体的两个磁极均沿所述运动方向分布，相邻两个所述永磁体沿所述运动方向的磁极性分布不同。

作为上述活塞式发动机的一种优选技术方案，所述电磁激励单元还包括由导磁材料制成的第二芯，每个所述第二芯均夹设于相邻两个所述永磁体之间。

作为上述活塞式发动机的一种优选技术方案，还包括与所述电磁感应单元电连接的储能及电量管理装置，所述储能及电量管理装置与所述测温装置电连接。

作为上述活塞式发动机的一种优选技术方案，所述储能及电量管理装置包括：

储能元件，其与所述电磁感应单元和所述测温装置均电连接，所述储能元件用于储存电能及对所述测温装置供电。

作为上述活塞式发动机的一种优选技术方案，所述储能及电量管理装置还包括：

电源调理单元，其与所述电磁感应单元、所述储能元件均电连接，所述电源调理单元用于对所述电磁感应单元的输出电压进行整流滤波。

作为上述活塞式发动机的一种优选技术方案，所述储能及电量管理装置还包括：

电荷泵，其与所述电磁感应单元和所述电源调理单元均电连接，所述电荷泵用于对所述电源调理单元的输出电压进行升压。

作为上述活塞式发动机的一种优选技术方案，所述储能及电量管理装置还包括：

电量检测单元，用于检测所述储能元件的剩余电量；

输入隔离器，用于控制所述电荷泵选择性地与所述储能元件电连接或断开；

输出隔离器，用于控制所述储能元件选择性地与所述测温装置电连接或断开。

作为上述活塞式发动机的一种优选技术方案，所述储能元件为超级电容或可充电电池。

本实用新型的有益效果：本实用新型将电磁感应单元和电磁激励单元分别设于存在相对运动的两个结构件上，两个结构件分别为连杆小头和活塞的内腔底壁、或曲轴和连杆、或曲轴和主轴承座、或活塞和缸套，在两个结构件相对运动的过程中，电磁激励单元将会激励电磁感应单元使电磁感应单元产生感应电流，通过产生的感应电流对测温装置供电，无需在活塞内设置电池，也就不存在采用电池供电时存在的使用寿命短、体积大、运动惯量大以及因过热而易发生爆炸的问题，实现了发动机工作过程中自主供电，而且可以在发动机实际产品中进行推广应用。而且电磁感应单元和电磁激励单元属于非接触设置，没有摩擦损耗，使用寿命长，能够实现对测温装置的长时间供电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的活塞式发动机的局部结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的电磁感应单元和电磁激励单元的原理图；

图3是本实用新型实施例提供的发电装置的控制原理图。

图中：

1、活塞；2、连杆小头；3、电磁感应单元；31、第一芯；32、线圈；4、电磁激励单元；41、永磁体；42、第二芯。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种活塞式发动机，包括测温装置和发电装置，其中发电装置包括电磁感应单元3和电磁激励单元4，电磁感应单元3和电磁激励单元4分别设于存在相对运动的两个结构件上；在两个结构件相对运动的过程中，电磁激励单元4能够激励电磁感应单元3使电磁感应单元3产生感应电流以对测温装置供电，其中测温装置主要是对活塞1上的预设活塞测点进行温度测量，至于预设活塞测点的具体位置可以根据实际需求进行设定，在此不再限定。

本实施例将电磁感应单元3和电磁激励单元4分别设于存在相对运动的两个结构件上，在两个结构件相对运动的过程中，电磁激励单元4将会激励电磁感应单元3使电磁感应单元3产生感应电流，通过产生的感应电流对测温装置供电，无需在活塞1内设置电池，也就不存在采用电源或电池供电时存在的使用寿命短、体积大、运动惯量大以及因过热而易发生爆炸的问题，实现了发动机工作过程中自主供电，而且可以在发动机实际产品中进行推广应用。而且电磁感应单元3和电磁激励单元4属于非接触设置，没有摩擦损耗，使用寿命长，实现对测温装置的长时间供电。

在发动机工作过程中，连杆小头2和活塞1的内腔底壁之间存在相对摆动，本实施例将电磁感应单元3设于活塞1的内腔底壁，将电磁激励单元4设于连杆小头2上。优选地，在发动机的气门配气机构的凸轮位于上止点或下止点时，电磁感应单元3和电磁激励单元4关于连杆大头的中心轴线和连杆小头2的中心轴线形成的平面对称，且此时电磁激励单元4位于连杆小头2的头部正对电磁感应单元3的位置。

本实用新型的其他实施例中，也可以将电磁感应单元3和电磁激励单元4的位置互换，即将电磁激励单元4设于活塞1的内腔底壁，将电磁感应单元3设于连杆小头2上；也可以将电磁感应单元3和电磁激励单元4中的其中一个设于曲轴上，另一个设于与曲轴存在相对运动的连杆上；或者将电磁感应单元3和电磁激励单元4中的其中一个设于曲轴上，另一个设于与曲轴存在相对运动的主轴承座上；或者将电磁感应单元3和电磁激励单元4中的其中一个设于活塞1上，另一个设于与活塞1存在相对运动的缸套上。

本实施例提供的电磁感应单元3包括由导磁材料制成的第一芯31，及绕设于第一芯31外壁的线圈32。优选地，上述线圈32为环形线圈。电磁激励单元4包括沿其中一个结构件的运动方向依次分布的多个永磁体41，每个永磁体41的两个磁极均沿上述运动方向分布，相邻两个永磁体41沿上述运动方向的磁极性分布不同。优选地，电磁激励单元4还包括由导磁材料制成的第二芯42，每个第二芯42夹均设于相邻两个永磁体41之间；上述第一芯31和第二芯42均为铁芯。

具体地，参照图2，第一芯31大致呈开口朝下的e型，第一芯31包括第一槽、第二槽及设于第一槽和第二槽之间的芯体，线圈32绕设于芯体上。

在发动机工作的过程中，连杆小头2相对于活塞1摆动，永磁体41跟随连杆小头2运动使通过第一芯31的磁通量改变以在线圈32中产生感应电流，即产生感应电动势，可以通过该感应电动势对测温装置供电。

进一步地，如图3所示，上述活塞式发动机还包括与电磁感应单元3电连接的储能及电量管理装置，储能及电量管理装置与测温装置电连接，通过储能及电量管理装置对感应电流进行能量储存以及调节。

具体地，储能及电量管理装置包括储能元件、电源调理单元和电荷泵，其中，储能元件与电磁感应单元3和测温装置均电连接，储能元件用于储存电能及对测温装置供电；电源调理单元与电磁感应单元3、储能元件均电连接，电源调理单元用于对电磁感应单元3的输出电压进行整流滤波；电荷泵与电磁感应单元3和电源调理单元均电连接，电荷泵用于对电源调理单元的输出电压进行升压，使无论发动机处于低速运转状态还是高速运转状态均能适用于测温装置使用。上述电荷泵可以通过外购获取，电源调理单元可以为现有的整流滤波结构，在此不再赘叙。

由于发动机运转的过程中转速的不确定性，导致电磁感应单元3的输出电压波动较大，在对电磁感应单元3的输出电压进行整流滤波时利用整流、高通滤波和低通滤波提高电压的稳定性。

优选地，上述储能元件为超级电容或可充电电池。通过储能元件对测温装置进行供电，而非通过电荷泵升压后直接接入测温装置，能够进一步地通过储能装置如超级电容或可充电电池提高输出至测温装置的电压的稳定性。至于感应电流如何对超级电容或可充电电池进行充电为现有技术，在此不再赘叙。

为了确保电磁感应单元3能够产生感应电流以对储能元件进行充电，要求线圈32与储能元件能够形成闭合回路。

上述储能及电量管理装置还包括输出控制器，通过电荷泵的输出电压对输出控制器进行供电，以使输出控制器工作。上述储能及电量管理装置还包括用于检测储能元件剩余电量的电量检测单元，用于控制电荷泵选择性地与储能元件电连接或断开的输入隔离器，及用于控制储能元件选择性地与测温装置电连接或断开的输出隔离器。上述输入隔离器和输出隔离器均是一个可单向导通的无损耗开关装置，可以通过外购获取；而且电量检测单元的结构为现有技术，在此不再赘叙。

上述输入隔离器通常处于常开状态，此时可以将经过电荷泵升压后的能量储存到储能元件中；输出隔离器通常处于常开状态，此时可以通过储能元件对测温装置进行供电，而且通过关闭输出隔离器可以防止测温装置工作造成储能元件过放电。输入隔离器和输出隔离器的状态，主要包括三种状态组合：第一种状态组合是输入隔离器处于打开状态且输出隔离器处于打开状态；第二种状态组合是输入隔离器处于打开状态且输出隔离器处于关闭状态；第三种状态组合是输入隔离器处于关闭状态且输出隔离器处于打开状态。

电荷泵的输出电压不满足输出控制器的供电需求时，输入隔离器和输出隔离器以第二状态组合工作；电荷泵的输出电压满足输出控制器的供电需求且储能元件内的电量大于预设最低电量且小于预设最高电量，输入隔离器和输出隔离器以第一状态组合工作；电荷泵的输出电压满足输出控制器的供电需求且储能元件内的电量小于等于预设最低电量时，输入隔离器和输出隔离器以第二状态组合工作；电荷泵的输出电压满足输出控制器的供电需求且储能元件内的电量大于等于预设最高电量时，输入隔离器和输出隔离器以第三种状态组合工作。

上述输出控制器可以是集中式或分布式的控制器，比如，控制器可以是一个单独的单片机，也可以是分布的多块单片机构成，或者plc芯片构成，单片机或plc芯片中可以运行控制程序，进而控制输入隔离器和输出隔离器实现其功能。

进一步地，通过电流检测单元如电流表等实时监测上述测温装置工作时的电流，以辅助输出控制器控制输出隔离器的状态调节。在测温装置的电流低于预设电流值时，也说明此时储能单元处于过放电状态，需要关闭输出隔离器。

本实施例提供的活塞式发动机的体积较小，整个发电装置仅为现有电池体积的三分之一，减小了空间的占用，便于安装；而且重量大大地降低，运动惯量小，不至于对运动件的运动惯量造成影响；而且通过测温装置对活塞1温度的实时监测，能够为后期提供数据支撑。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。