CN103939205A - 基于四冲程直线内燃机-直线电机的车用增程器 - Google Patents

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王哲
孙晨乐
顾旺旺
尹兆雷
李惠聪
余弢
丁宣
蒋盛飞
章桐
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Abstract

本发明公开一种基于四冲程直线内燃机-直线电机的车用增程器，该增程器包括两个四冲程直线内燃机和一个直线电机。其中四冲程直线内燃机由进气门、排气门、进气管、排气管、气室、活塞组成，对置于直线电机两侧，进气门、排气门由弹簧机构控制开闭；直线电机由线圈、永磁体、齿轮、齿条组成，线圈布置永磁体两侧，齿条与永磁体连接，齿轮与齿条啮合；直线内燃机活塞通过连杆与直线电机永磁体相连；本发明使四冲程直线内燃机每个往复都能点火，从而提高功率密度，并解决运行转速不均匀、工作不平稳的缺陷。本发明作为增程式电动汽车的增程器为电动汽车提供能量，将有效提高电动汽车的续驶里程。

Description

基于四冲程直线内燃机-直线电机的车用增程器
技术领域
本发明涉及一种应用于增程式电动汽车的增程器，具体是一种基于四冲程直线内燃机-直线电机的车用增程器，属于车辆工程领域。
背景技术
以直线电机结合直线内燃机作为电动汽车增程器为增程式电动汽车的驱动电机、动力电池及其它辅助系统提供能量是一种高效、高功率密度的车用增程器技术。直线内燃机由于取消了曲柄连杆机构而具有摩擦力小、压缩比可变、功率密度高等优点，其按照一个工作循环期间活塞往复运动的行程数可分为四冲程与二冲程两种形式，两种形式各有其优缺点：
（1）四冲程直线内燃机由于混合气更加均匀，并且几乎全部参加燃烧，故燃烧效率、燃油经济性、排放性均优于二冲程直线内燃机。但四冲程直线内燃机的四个冲程中只有一个冲程是做功冲程，所以其功率密度较二冲程直线内燃机要低。此外，作为单缸运行时，四冲程直线内燃机转速不均匀，工作不平稳。
（2）二冲程直线内燃机结构简单、重量轻、体积小，而且每一次往复都点火，从而保证了很高的功率密度。但是由于传统二冲程直线内燃机扫气结构的存在，使其燃烧效率不高、燃油经济性低下，并且排放性尤其是碳氢化合物排放性较差。
可见传统四冲程直线内燃机在效率上具有优势，而在功率密度上不足；传统二冲程直线内燃机反之。而这些不足无疑将抵消作为电动汽车增程器高效、高功率密度的优势，成为制约其在电动汽车上得以进一步应用的瓶颈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提出一种新型的四冲程直线内燃机，发电机系统的可控气门机构，在保留传统四冲程直线内燃机经济性、排放性较好等优势的基础上，通过在内燃机气缸内的活塞两侧均设置气室的手段，使内燃机每个往复都点火，并利用两缸直线内燃机对置的形式使系统每个冲程都对外做功，从而使四冲程直线内燃机具备同二冲程直线内燃机同样的功率密度，解决其作为单缸运行时转速不均匀、工作不平稳的缺陷。本发明提出的新型四冲程直线内燃机同直线电机相结合，作为增程式电动汽车的增程器为电动汽车提供能量，将有效提高电动汽车的续驶里程。
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
一种基于四冲程直线内燃机-直线电机的车用增程器，其中，所述增程器由两个四冲程直线内燃机和一个直线电机连接而成，其中两个四冲程直线内燃机对置于直线电机两侧。
所述的四冲程直线内燃机由两个进气门、两个排气门、一个进气管、一个排气管、两个气室、一个活塞组成，其中两个进气门置于进气管两端，由弹簧机构控制开闭；两个排气门置于排气管两端，由弹簧机构控制开闭；活塞置于两个气室之间。
所述的直线电机由线圈、永磁体、齿轮、齿条组成，其中线圈布置永磁体两侧；齿条与永磁体连接；齿轮与齿条啮合。
所述活塞通过连杆与永磁体相连。
具体来说，本发明包括为四个气室、两个进气管、四个进气门、两个排气管、四个排气门、两个活塞、两个连杆、两组永磁体、四组线圈、两个齿条、一个齿轮组成的四冲程直线内燃机-直线电机的车用增程器。
进气门一、排气门一、进气门二、排气门二、进气管一、排气管一、气室一、气室二、活塞一组成左侧四冲程直线内燃机。其中进气门一、进气门二置于进气管一两端，由弹簧机构控制开闭；排气门一、排气门二置于排气管一两端，由弹簧机构控制开闭；活塞一置于气室一、气室二之间。进气门三、排气门三、进气门四、排气门四、进气管二、排气管二、气室三、气室四、活塞二组成右侧四冲程直线内燃机。其中进气门三、进气门四置于进气管二两端，由弹簧机构控制开闭；排气门三、排气门四置于排气管二两端，由弹簧机构控制开闭；活塞二置于气室三、气室四之间。活塞一通过连杆一与永磁体一相连，线圈一、线圈二布置于永磁体一两侧；活塞二通过连杆二与永磁体二相连，线圈三、线圈四布置于永磁体二两侧。齿条一与永磁体一相连，齿条二与永磁体二相连；齿轮分别与齿条一、齿条二啮合。
与现有的二冲程及四冲程直线内燃机相比，本发明集聚了二者的优点，而消除了缺陷，在效率及功率密度上均具有明显优势，利于作为电动汽车高效发电装置的推广。
与现有技术相比，本发明的优越性在于：
（1）本发明通过对传统四冲程直线内燃机中配气机构、进排气系统、燃油系统的重新布置与改进，在四冲程直线内燃机上实现了每个循环均做功，保持燃油经济性、排放性的同时提高了系统的功率密度。
（2）齿轮齿条组成的机构一方面保证了两侧活塞运动的同步性，另一方面在直线内燃机发生异常失火时起到拖动活塞保持原有运动的作用。
（3）根据直线内燃机压缩比可变的特性，可依需要燃烧汽油、柴油、天然气、液化石油气等不同燃料，调整压缩比，可实现点燃、压燃、均值充量压燃比等不同燃烧方式，进一步提高燃油经济性、排放性。
（4）本发明作为车用增程器应用于增程式电动汽车，为驱动电机、动力电池及其它辅助系统提供能量，可有效提高电动汽车的续驶里程，利于电动汽车的推广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明工作循环表。 
附图中标号说明，1为进气门一、2为气室一、3为活塞一、4为进气管一、5为气室二、6为进气门二、7为连杆一、8为永磁体一、9为线圈一、10为齿轮、11为齿条二、12为永磁体二、13为线圈三、14为进气门三、15为连杆二、16为气室三、17为活塞二、18为气室四、19为进气管二、20为进气门四、21为排气门四、22为排气管二、23为排气门三、24为线圈四、25为齿条一、26为线圈二、27为排气门二、28为排气管一、29为排气门一。
具体实施方式
下面请参阅附图，对本发明进一步描述。
如图1本发明的结构示意图所示，进气门一1、排气门一29、进气门二6、排气门二27、进气管一4、排气管一28、气室一2、气室二5、活塞一3组成左侧四冲程直线内燃机。其中进气门一1、进气门二6置于进气管一4两端，由弹簧机构控制开闭；排气门一29、排气门二27置于排气管一28两端，由弹簧机构控制开闭；活塞一3置于气室一2、气室二5之间。进气门三14、排气门三23、进气门四20、排气门四21、进气管二19、排气管二22、气室三16、气室四18、活塞二17组成右侧四冲程直线内燃机。其中进气门三14、进气门四20置于进气管二19两端，由弹簧机构控制开闭；排气门三23、排气门四21置于排气管二22两端，由弹簧机构控制开闭；活塞二17置于气室三16、气室四18之间。活塞一3通过连杆一7与永磁体一8相连，线圈一9、线圈二26布置于永磁体一8两侧；活塞二17通过连杆二15与永磁体二12相连，线圈三13、线圈四24布置于永磁体二12两侧。齿条一25与永磁体一8相连，齿条二11与永磁体二12相连；齿轮10分别与齿条一25、齿条二11啮合。
本发明需要起动时，向线圈一9、线圈二26、线圈三13、线圈四24通入电流，建立的电枢磁场分别与永磁体一8、永磁体二12的磁场相互作用，产生切向电磁力拖动永磁体一8、永磁体二12运动；对通入电流的大小与相序进行控制，获得合适的起动推力，并实现电磁力的准确换向，从而通过连杆一7、连杆二15分别带动活塞一3、活塞二17往复运动。
当起动行程及频率达到内燃机燃烧要求后，本发明进入常规运行阶段。其工作循环如图2，即本发明工作循环表所示。
（1）活塞一3向右运动
进气管一4通入可燃混合气，进气门一1打开，可燃混合气进入气室一2；气室二5中可燃混合气被压缩；通过齿轮10、齿条一25、齿条二11的同步作用，活塞二17向左运动，排气门三23打开，将上一循环气室三16中的燃烧废气排出；气室四18中的可燃混合气燃烧做功。
（2）活塞一向左运动
活塞一3向左运动压缩气室一2中可燃混合气；气室二5中的可燃混合气燃烧做功；通过齿轮10、齿条一25、齿条二11的同步作用，活塞二17向右运动，进气管二19通入可燃混合气，进气门三14打开，可燃混合气进入气室三16；排气门四21打开，将气室四18做功后的燃烧废气排出。
（3）活塞一3再向右运动
气室一2中可燃混合气燃烧做功；排气门二27打开，将气室二5做功后的燃烧废气排出；通过齿轮10、齿条一25、齿条二11的同步作用，活塞二17向左运动，压缩气室三16中可燃混合气；进气管二19通入可燃混合气，进气门四20打开，可燃混合气进入气室四18。
（4）活塞一3再向左运动
排气门一29打开，将气室一2做功后的燃烧废气排出；进气管一4通入可燃混合气，进气门二6打开，可燃混合气进入气室二5；通过齿轮10、齿条一25、齿条二11的同步作用，活塞二17向右运动，气室三16中的可燃混合气燃烧做功；气室四18中可燃混合气被压缩。
在直线内燃机活塞一3、活塞二17往复运动的同时，永磁体一8、永磁体二12分别通过连杆一7、连杆二15被带动，产生的磁场分别切割线圈一9、线圈二26、线圈三13、线圈四24，产生感应电动势及感应电流，将直线内燃机往复运动的机械能转换为直线电机的电能输出，从而向增程式电动汽车供电。

Claims (4)

1. 一种基于四冲程直线内燃机-直线电机的车用增程器，其特征在于：所述增程器由两个四冲程直线内燃机和一个直线电机连接而成，其中两个四冲程直线内燃机对置于直线电机两侧。
2. 根据权利要求1所述的基于四冲程直线内燃机-直线电机的车用增程器，其特征在于：四冲程直线内燃机由两个进气门、两个排气门、一个进气管、一个排气管、两个气室、一个活塞组成，其中两个进气门置于进气管两端，由弹簧机构控制开闭；两个排气门置于排气管两端，由弹簧机构控制开闭；活塞置于两个气室之间。
3. 根据权利要求1所述的基于四冲程直线内燃机-直线电机的车用增程器，其特征在于：直线电机由线圈、永磁体、齿轮、齿条组成，其中线圈布置永磁体两侧；齿条与永磁体连接；齿轮与齿条啮合。
4. 根据权利要求2所述的基于四冲程直线内燃机-直线电机的车用增程器，其特征在于：所述活塞通过连杆与永磁体相连。
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