一种对置活塞三冲程内燃直线发电机组的制作方法

本发明属于活塞式内燃机领域，特别是一种对置活塞三冲程内燃机带直线发电机组，可用于组织点燃式和压燃式自由活塞内燃发电机组的燃烧过程。

背景技术：

近年来，由于内燃机的能源问题和环境污染问题，直线式自由活塞内燃发电机组受到了研究者们的重视，在中国和其他国家都有相关的研究成果。但是，目前的自由活塞发电机组基本上都是基于二冲程原理开发而来，因此二冲程内燃机的固有缺点也就毫无保留地出现在上自由活塞内燃发电机组上。

技术实现要素：

为了解决基于二冲程内燃机原理的自由活塞发电机组具有的一些固有缺点，并结合自由活塞发动机的特点，本发明提供了一种对置活塞三冲程内燃直线发电机组。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种对置活塞三冲程内燃直线发电机组，包括机体，从机体向机体内部依次设置线圈绕组、电枢和主轴，所述主轴上固定有主轴位置传感器；

在所述机体左侧固定有第一气缸筒，所述第一气缸筒内设置有第一活塞，第一活塞的环槽内设置有第一活塞环；所述第一活塞左右两侧分别为第一气缸腔和第一空气腔；在第一气缸腔这侧的第一气缸筒上固定有第一液压排气门和第一火花塞，所述第一液压排气门的头部朝向第一气缸腔，在第一空气腔这侧的第一气缸筒上开有第一空气进口，所述第一空气进口上安装有仅让空气流入发动机的单向阀；所述第一活塞上设置有第一进气门，第一进气门的头部朝向第一气缸腔；在第一气缸筒上安装有第一正时凸轮，所述第一正时凸轮通过第一凸轮轴连接至第一电机，且第一凸轮轴与第一进气门垂直，第一正时凸轮位置与第一进气门的尾部位置相对应；

在所述机体右侧固定有第二气缸筒，所述第二气缸筒内设置有第二活塞，第二活塞的环槽内设置有第二活塞环；所述第二活塞左右两侧分别为第二空气腔和第二气缸腔，在第二气缸腔这侧的第二气缸筒上固定有第二液压排气门和第二火花塞，所述第二液压排气门的头部朝向第二气缸腔，在第二空气腔这侧的第二气缸筒上开有第二空气进口，所述第二空气进口上安装有仅让空气流入发动机的单向阀；所述第二活塞上设置有第二进气门，第二进气门的头部朝向第二气缸腔；在第二气缸筒上安装有第二正时凸轮，所述第二正时凸轮通过第二凸轮轴连接至第二电机，且第二凸轮轴与第二进气门垂直，第二正时凸轮位置与第二进气门的尾部位置相对应；

所述主轴左侧固定第一活塞，右侧固定有第二活塞，形成对置活塞；还包括电子控制单元ecu，所述电子控制单元ecu接收来自主轴位置传感器的信息，包括位置信息和频率信息，根据接到收到主轴位置传感器信息控制第一火花塞和第二火花塞的点火时机、喷油器的喷油量以及第一电机和第二电机的转动。

进一步的，所述第一液压排气门、第一进气门和第一正时凸轮都有两对；所述第二液压排气门、第二进气门和第二正时凸轮也有两对。

进一步的，所述第一空气进口有两个，所述第二空气进口也有两个。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)重新组织了发动机的冲程，克服了二冲程发动机的固有缺点，有利于提升发动机的排放及油耗水平。

2)将进气门布置在活塞上，解决了二冲程发动机存在扫气口的结构缺陷。

3)利用电机控制进气门的控制凸轮，可以实现可变气门正时和升程，为优化自由活塞发动机的性能提供了先决条件。

附图说明

图1是本发明一种对置活塞三冲程内燃直线发电机组结构示意图。

图中：1-机体；2-线圈绕组；3-电枢；4-主轴；5-主轴位置传感器；101-第一液压排气门；102-第一气缸筒；103-第一气缸腔；104-第一进气门；105-第一空气进口；106-第一空气腔；107-第一正时凸轮；108-第一凸轮轴；109-第一电机；110-第一活塞；111-第一活塞环；112-第一火花塞；201-第二液压排气门；202-第二气缸筒；203-第二气缸腔；204-第二进气门；205-第二空气进口；206-第二空气腔；207-第二正时凸轮；208-第二凸轮轴；209-第二电机；210-第二活塞；211-第二活塞环；212-第二火花塞。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明一种对置活塞三冲程内燃直线发电机组，其结构包括发电机部分、自由活塞内燃机部分和控制系统，具体如下：

发电机部分：包括机体1，从机体1向机体内部依次设置线圈绕组2(固定部件，固定于机体1)、电枢3(活动部件)和主轴4，所述主轴4上固定有主轴位置传感器5；

自由活塞内燃机部分(包括气缸筒、两套活塞组件、两套进气系统、两套排气系统、两个火花塞等等)：在所述机体1左侧固定有第一气缸筒102，所述第一气缸筒102内设置有第一活塞110，第一活塞110的环槽内设置有第一活塞环111；所述第一活塞110左右两侧分别为第一气缸腔103和第一空气腔106；在第一气缸腔103这侧的第一气缸筒102上固定有第一液压排气门101和第一火花塞112(第一液压排气门101上安装有液压组件，液压组件可以驱动第一液压排气门101开闭；第一火花塞112安装在第一液压排气门101旁)，所述第一液压排气门101的头部朝向第一气缸腔103，在第一空气腔106这侧的第一气缸筒102上开有第一空气进口105，所述第一空气进口105上安装有仅让空气流入发动机的单向阀；所述第一活塞110上设置有第一进气门104，第一进气门104的头部朝向第一气缸腔103；在第一气缸筒102上安装有第一正时凸轮107，所述第一正时凸轮107通过第一凸轮轴108连接至第一电机109，且第一凸轮轴108与第一进气门104垂直，第一正时凸轮107位置与第一进气门104的尾部位置相对应；

在所述机体1右侧固定有第二气缸筒202，所述第二气缸筒202内设置有第二活塞210，第二活塞210的环槽内设置有第二活塞环211；所述第二活塞210左右两侧分别为第二空气腔206和第二气缸腔203，在第二气缸腔203这侧的第二气缸筒202上固定有第二液压排气门201和第二火花塞212(第二液压排气门201上安装有液压组件，液压组件可以驱动第二液压排气门201开闭；第二火花塞212安装在第二液压排气门201旁)，所述第二液压排气门201的头部朝向第二气缸腔203，在第二空气腔206这侧的第二气缸筒202上开有第二空气进口205，所述第二空气进口205上安装有仅让空气流入发动机的单向阀；所述第二活塞210上设置有第二进气门204，第二进气门204的头部朝向第二气缸腔203；在第二气缸筒202上安装有第二正时凸轮207，所述第二正时凸轮207通过第二凸轮轴208连接至第二电机209，且第二凸轮轴208与第二进气门204垂直，第二正时凸轮207位置与第二进气门204的尾部位置相对应；

所述主轴4左侧固定第一活塞110，右侧固定有第二活塞210，形成对置活塞，即两个活塞分别对置安装在主轴4的两端，并且活塞与电枢3同轴安装；

控制系统：包括电子控制单元ecu，所述电子控制单元ecu接收来自主轴位置传感器5的信息，包括位置信息和频率信息，根据接到收到主轴位置传感器5信息控制第一火花塞112和第二火花塞212的点火时机、喷油器的喷油量以及第一电机109和第二电机209的转动(第一电机109和第二电机209分别驱动第一凸轮轴108和第二凸轮轴208旋转，最终可以改变凸轮轴上的正时凸轮与进气门尾部的间距，相当于改变发气门的升程曲线)。

当然，在实际发电机组应用中，第一液压排气门101、第一进气门104和第一正时凸轮107都有两对；所述第二液压排气门201、第二进气门204和第二正时凸轮207也有两对。第一空气进口105有两个，所述第二空气进口205也有两个。

采用上述结构的对置活塞三冲程内燃直线发电机组(主要是活塞内燃机部分)工作过程如下：

在发动机停机状态下，必有一气缸的进、排气门全关。以第一气缸(图1左侧气缸)的气门全关为例，在停机状态下，第一气缸为全封闭，缸内为预混合燃气，此时控制第一气缸点火，第一气缸压力上升向右推运动件，第二气缸(图1中右侧气缸)压缩，压缩到合适位置第二气缸点火，如此往复即可起动发动机。

如图1所示，在工作过程中，当活塞向左运动时，第一进气门104关闭后第一气缸内压力上升，到一定时刻点火；同时，第一空气腔106变大，空气在真空的作用下进入到第一空气腔106内；同时，第二空气腔206变小，由于空气腔带有单向阀，因此第二空气腔206的压力会上升，相当于增压，当运动到一定位置后第二进气门204打开，空气在正压的作用下必会进入第二气缸。第一点火后，第一气缸内的压力会急剧上升，最终必会推动活塞往右运动；当活塞运动到一定位置后，第一液压排气门101打开排气，第二进气门204关闭与第一液压排气门101开无确定关系；第二进气门204关闭后第二气缸内压力上升，到一定时刻点火；同时，第二空气腔206变大，空气在真空的作用下进入到第二空气腔206内；同时，第一空气腔106变小，由于空气腔带有单向阀，因此第一空气腔106的压力会上升，相当于增压，当运动到一定位置后第一进气门104打开，空气在正压的作用下必会进入第一气缸。第二气缸点火后，重复与第一气缸相似的过程。

在整个工作过程中，发动机的气缸包括3个独立的冲程：(1)进气、压缩冲程，发动机自由活塞在远端时，活塞上的进气门打开，在空气腔内的正气压作用下，空气由空气腔进入气缸腔内；进气门关闭后，活塞自远端开始压缩气缸容积，此冲程的主要作用是将空气压缩，为点火做准备。(2)膨胀做功、自由排气、扫气冲程，发动机容积压缩至最小容积后，发动机点火，然后气缸内气体膨胀做功，当膨胀到一定程度后液压排气门打开，发动机开始自由排气；自由排气到一定程度后，进气门打开，在空气腔的正压空气作用下，空气进入气缸腔，将气缸腔内的废气扫出。(3)空气进气、预压缩冲程，在活塞对气缸腔内的空气进行压缩时，活塞背面形成的真空将空气由外部吸入发动机的空气腔；在气缸腔内的高压燃气对活塞做功时，活塞背面对进入发动机空气腔的空气进行预压缩。