四缸联动活塞发动机和四缸联动活塞发电装置的制作方法

本发明涉及一种给汽车提供动力的四缸联动活塞发电装置和其中的四缸联动活塞发动机。

背景技术：

目前公知的自由活塞式内燃直线发电机是由多缸独立工作输出动力。燃烧室膨胀做功，带动直线发电机往复运动发电。上述机构在进气-压缩-做功-排气四个冲程中，只有做功冲程可以主动提供活塞运动的动力，其它三个冲程均需借助其他部件提供动力。这种结构的自由活塞式内燃直线发电机气缸数较多，结构较为复杂，为了保证连续动作，对于多缸工作协调性要求较高。

技术实现要素：

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种四缸联动活塞发动机和以该发动机驱动直线发电机动子运动的四缸联动活塞发电装置，所述四缸联动活塞发动机能为自由活塞式内燃直线发电机的进气、压缩与排气冲程提供动力。

本发明的主要技术方案有：

一种四缸联动活塞发动机，包括气缸和位于所述气缸内与其滑动配合的活塞，所述活塞包括中隔板和分别固定连接在所述中隔板上、下的上隔板和下隔板，所述活塞将所述气缸的缸筒内部空间分隔成左上、右上、左下和右下四个相互独立的腔室，当所述发动机工作时，四个所述腔室分别处于四个不同冲程所对应的气缸内状态，且同位于所述中隔板上方或下方的两个腔室同一时刻分别处于压缩冲程和排气冲程所对应的气缸内状态，或者分别处于做功冲程和进气冲程所对应的气缸内状态。

所述气缸的缸筒横截面形状可以为矩形、圆形或者椭圆形，或者其他具有旋转对称特性的平面几何形状。

所述中隔板优选为平板。

所述上隔板可以为平板或者曲面板，所述下隔板也可以为平板或者曲面板，所述上隔板的下面和所述下隔板的上面分别固定在所述中隔板的上面和下面。当所述上隔板和下隔板为曲面板时，所述曲面板所在的曲面为非回转面，且其母线为垂直于所述中隔板的直母线。

由所述中隔板和上隔板分隔而成的所述左上腔室和右上腔室的空间体积时时相等，由所述中隔板和下隔板分隔而成的所述左下腔室和右下腔室的空间体积时时相等。

所述活塞向上运动时，右上腔室处于压缩冲程，左上腔室处于排气冲程，左下腔室处于进气冲程，右下腔室处于做功冲程；所述活塞向下运动时，右上腔室处于做功冲程，左上腔室处于进气冲程，左下腔室处于压缩冲程，右下腔室处于排气冲程；所述活塞再次向上运动时，右上腔室处于排气冲程，左上腔室处于压缩冲程，左下腔室处于做功冲程，右下腔室处于进气冲程；所述活塞再次向下运动时，右上腔室处于进气冲程，左上腔室处于做功冲程，左下腔室处于排气冲程，右下腔室处于压缩冲程，一个工作循环完成。

所述气缸的缸筒壁上与每个所述腔室相对应的部分都对应设有喷油口、进气口和排气口，所述喷油口各自独立，四个所述进气口通过各自的进气支管连接到一个总进气管口，四个所述排气口通过各自的排气支管连接到一个总排气管口。

一种四缸联动活塞发电装置，包括所述四缸联动活塞发动机，还包括直线发电机，所述直线发电机的定子固定安装在所述气缸的缸筒壁的内部，所述定子的电线接头设置在所述缸筒壁上并向外引出，所述上隔板或下隔板与所述直线发电机的动子固定连接，所述活塞带动所述直线发电机的动子直线运动，切割磁力线，产生电能。

所述四缸联动活塞发电装置还可以包括连杆，所述上隔板或下隔板通过所述连杆与所述直线发电机的动子固定连接。

所述直线发电机的动子相对定子的相邻四次单向全行程运动中，四个所述腔室轮流处于做功冲程所对应的气缸内状态，每个所述腔室均在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程所对应的气缸内状态之间按序进行切换，且同一时刻四个所述腔室分别处于不同冲程所对应的气缸内状态。

本发明的有益效果是：当发动机工作时，四个腔室分别处于四个冲程，且压缩冲程与排气冲程所属腔室在活塞运动方向的同侧，进气冲程与做功冲程所属腔室在活塞运动方向的同侧。因此，总有一个腔室处于做功冲程，因此可以带动整个活塞运动，从而为处于其它三个冲程的腔室或者说其它三个腔室对应的活塞运动提供动力。

由于气缸活塞结构较为简单，活塞每个方向运动都能输出动力，因此应用时可以减少气缸数量，即使没有多气缸之间的协调也可以实现连续动作。

本发明为自由活塞式内燃直线发电机的进气、压缩与排气冲程的动力来源提供了一种简易、可行的技术解决方案。

附图说明

图1是本发明的四缸联动活塞机构的一个实施例的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1中活塞的结构示意图；

图5是图4的左视图；

图6是图4的俯视图；

图7是图1中气缸缸体的结构示意图；

图8是图7的左视图；

图9是图7的俯视图；

图10是本发明的四缸联动活塞发动机的一个实施例的3D模型示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种四缸联动活塞发动机，包括气缸和位于所述气缸内与其滑动配合的活塞，如图1-10所示，所述活塞包括中隔板7和分别固定连接在所述中隔板上、下的上隔板5和下隔板8，所述中隔板和所述上、下隔板可以合称为隔板，所述活塞将所述气缸的缸筒6内部空间分隔成四个相互独立的腔室，分别是左上腔室2、右上腔室1、左下腔室3和右下腔室4(其排布如图1所示的田字形)。当所述发动机工作时，四个所述腔室分别处于四个不同冲程所对应的气缸内状态，且同位于所述中隔板上方或下方的两个腔室同一时刻分别处于压缩冲程和排气冲程所对应的气缸内状态，或者分别处于做功冲程和进气冲程所对应的气缸内状态。

所述气缸的缸筒横截面形状可以为矩形(如图7-9所示)、圆形或者椭圆形，或者其他具有旋转对称特性的平面几何形状。相应地，所述活塞的中隔板与所述气缸的缸筒的横截面形状相匹配。所述中隔板在所述缸筒内滑动配合，将所述缸筒内空间分隔成上下两部分。所述中隔板的侧面设有环槽，所述环槽内安装有密封环，用于上下腔室之间的密封和隔离。

所述中隔板优选为平板。位于每个所述腔室内的所述中隔板的板面上均可设置凹坑，有利于燃油蒸发及混合，进而有利于可燃混合气体的燃烧。

所述上隔板可以为平板或者曲面板，所述下隔板也可以为平板或者曲面板，所述上隔板的下面和所述下隔板的上面分别固定在所述中隔板的上面和下面。当所述上隔板和下隔板为曲面板时，所述曲面板所在的曲面为柱面，且其母线为垂直于所述中隔板的直线，柱面的准线可以是波浪线形。所述上隔板和下隔板的侧面为其形状与所述缸筒的内壁形状相匹配的侧面，所述上隔板和下隔板与所述缸筒滑动配合，且所述上隔板和下隔板的侧面设有密封结构，用于左右腔室之间的密封和隔离。

所述上隔板和下隔板的形状和相对所述中隔板的安装位置优选为使得由所述中隔板和上隔板分隔而成的所述左上腔室和右上腔室的空间体积时时相等，由所述中隔板和下隔板分隔而成的所述左下腔室和右下腔室的空间体积时时相等，以使得活塞在相邻两次上下往复运动过程中两次、两个方向产生的驱动力相等。当然，也可以为了实现特定方向特定行程产生不同的驱动力，将左上腔室和右上腔室(或左下腔室和右下腔室)的空间体积设置成不等。

本发明的气缸的工作过程是：所述活塞向上运动时，右上腔室处于压缩冲程，左上腔室处于排气冲程，左下腔室处于进气冲程，右下腔室处于做功冲程；所述活塞向下运动时，右上腔室处于做功冲程，左上腔室处于进气冲程，左下腔室处于压缩冲程，右下腔室处于排气冲程；所述活塞再次向上运动时，右上腔室处于排气冲程，左上腔室处于压缩冲程，左下腔室处于做功冲程，右下腔室处于进气冲程；所述活塞再次向下运动时，右上腔室处于进气冲程，左上腔室处于做功冲程，左下腔室处于排气冲程，右下腔室处于压缩冲程，一个工作循环完成。

所述气缸的缸筒壁上与每个所述腔室相对应的部分都对应设有喷油口9、进气口和排气口，所述喷油口各自独立，四个所述进气口通过各自的进气支管10连接到一个总进气管口11，四个所述排气口通过各自的排气支管12连接到一个总排气管口。

所述喷油口与相应腔室内的所述凹槽优选处于正面相对的位置，能有效引导油雾束的喷出。

总进气管口和总排气管口可分别设置于所述气缸缸筒的相对的两个侧面以外，例如分别靠近缸筒的前侧面和后侧面，所述喷油口、进气口和排气口可以设置在所述气缸缸筒的顶面和底面上，例如左上腔室和右上腔室的所述喷油口、进气口和排气口设置在气缸缸筒的顶面(也称上面)上，左下腔室和右下腔室的所述喷油口、进气口和排气口则设置在气缸缸筒的底面(也称下面)上。

图10所示的实施例中，右上腔室的喷油口在右上面的中间，进气口在右上面靠近前侧，排气口在右上面靠近后侧；左上腔室的喷油口在左上面的中间，进气口在左上面靠近前侧，排气口在左上面靠近后侧；左下腔室喷油口在左下面的中间，进气口在左下面靠近前侧，排气口在左下面靠近后侧；右下腔室喷油口在右下面的中间，进气口在右下面靠近前侧，排气口在右下面靠近后侧。

所述中隔板的侧面不设环槽的区域可以设置微观上由众多不规则线条分布所组成的纹理，纹理中线条所在处的微观浅槽可用于容纳润滑油脂，可显著改善隔板上下往复运动时的润滑状况。

本发明还公开了一种四缸联动活塞发电装置，包括所述四缸联动活塞发动机，还包括直线发电机，所述直线发电机的定子优选为固定安装在所述气缸的缸筒壁的内部，所述定子的电线接头13固定设置在所述缸筒壁上并向外引出，用于引出电流。所述上隔板或下隔板与所述直线发电机的动子固定连接，所述活塞带动所述直线发电机的动子直线运动，切割磁力线，产生电能。

为了安装所述定子，所述气缸的缸筒壁可以是由多个部分组装而成的。例如可以将缸筒壁设置成由内外两层组合而成，当然内层也可以由多个部分组成，装配状态下内外两层之间形成有一个环形的空腔，用于安装所述定子。用于安装所述定子的电线接头的地方与所述空腔相通。具体而言，外层可以相当于在传统的气缸缸筒壁的内部沿纵向(活塞往复的方向)加工出一定深度的内凹平台后所形成的结构，内凹部分的侧壁能够与所述定子的外侧表面相配合，内层可以是一端设有向外翻边的套筒结构，套筒的内壁与传统的气缸缸筒的内壁的形状和尺寸相同，套筒的外壁能够与所述定子的内侧表面相配合。安装状态下，内层和外层相扣合，并将所述定子夹在其间，所述翻边的端面构成缸筒部分的一端端面。套筒上翻边的外侧表面可以与所述外层的外壁的形状和尺寸相同。

事实上，所述定子也可以固定安装在所述气缸的缸筒的周围。

所述四缸联动活塞发电装置还可以包括连杆，所述上隔板或下隔板通过所述连杆与所述直线发电机的动子固定连接。所述活塞通过所述连杆带动所述动子直线运动。

当发动机工作时，所述直线发电机的动子相对定子的相邻四次单向全行程运动中，四个所述腔室轮流处于做功冲程所对应的气缸内状态，因此，总有一个腔室处于做功冲程所对应的气缸内状态，即总有一个腔室能够输出动力，为处于其它三个冲程的气缸内状态的腔室的活塞动作提供动力，由此带动整个活塞运动。每个所述腔室均在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程所对应的气缸内状态之间按序进行切换，且同一时刻四个所述腔室分别处于不同冲程所对应的气缸内状态。

本文所称的上下左右是为了方便表达各组成部分的相对位置关系，并不构成对本发明的具体结构的实际位置的限定。