CN106285994B - 一种自由活塞式内燃机及内燃发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种自由活塞式内燃机及内燃发电机。能够对所述活塞往复运动过程中的下止点位置进行限定，从而使得所述内燃机的压缩比相对较为稳定。克服了现有技术中活塞的运动规律由气缸内气体的压力决定使得所述内燃机的压缩比不稳定，以及运行不稳定的缺陷。本发明实施例提供一种自由活塞式内燃机，包括：气缸，所述气缸包括缸体，设置在所述缸体内的活塞以及与所述活塞的下端面固定连接的活塞杆；所述缸体内还设置有限位部件，所述限位部件用于对所述活塞的下止点进行限位。

Description

一种自由活塞式内燃机及内燃发电机

技术领域

本发明涉及内燃机技术领域，尤其涉及一种自由活塞式内燃机及内燃发电机。

背景技术

现有的内燃机组发电机及分布式能源系统所使用的原动机大多采用四冲程往复式内燃机，这种内燃机结构复杂、体积大、噪音振动大、燃料单一、使用寿命短，难以满足发电机及分布式能源系统小型化以及环境友好性的需求。

为了满足机型小型化以及燃料多元化要求，现有的自由活塞式内燃机由左、右两端气缸及活塞、进气通道、排气口等组成，该内燃机用于将燃烧的能量转换为往复运动的动能，自由活塞式内燃机的活塞的运动规律由气缸内气体的压力决定，使得内燃机的压缩比不稳定，造成内燃机运行不稳定，甚至会出现失火或者爆震的现象。

发明内容

本发明的实施例提供一种自由活塞式内燃机及内燃发电机，能够对所述活塞往复运动过程中的下止点位置进行限定，从而使得所述内燃机的压缩比相对较为稳定。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供一种自由活塞式内燃机，包括：

气缸，所述气缸包括缸体，设置在所述缸体内的活塞以及与所述活塞的下端面固定连接的活塞杆；

所述缸体内还设置有限位部件，所述限位部件用于对所述活塞的下止点进行限位。

优选的，所述限位部件包括设置在所述缸体内壁上的限位凸起，以及设置在所述限位凸起与所述活塞的下端面之间的弹性部件，所述弹性部件用于对所述活塞和所述限位凸起之间的作用力进行缓冲。

可选的，所述限位凸起为圆环形板状结构，所述圆环形板状结构的外周面与所述缸体内壁的内周面固定连接，所述弹性部件设置在所述圆环形板状结构朝向所述活塞的表面上。

进一步的，所述弹性部件为弹簧，所述弹簧的一端与所述限位凸起固定连接，另一端为自由端，所述弹簧的延伸方向与所述活塞的往复运动方向一致。

可选的，所述弹簧的自由端与所述活塞的下端面之间还设置有挡板，所述挡板贴合设置在所述活塞的下端面上。

优选的，所述弹簧为至少两个，且均匀分布于所述限位凸起上。

进一步的，所述弹簧为圆柱型螺旋弹簧。

优选的，所述气缸为两个，且并排对称设置；

每一个所述活塞杆的一端与相对应设置的活塞固定连接，另一端位于所述缸体的外部且与传动机构连接；

所述传动机构用于将一个活塞做往复运动时所产生的作用力反作用于另一个活塞，带动其向相反的方向运动。

可选的，两个所述活塞杆位于所述缸体外部且相对设置的两个面上设置有齿状结构；

所述传动机构设置在位于所述缸体外部的两个所述活塞杆之间，包括齿轮轴以及套设在所述齿轮轴外表面上的齿轮，所述齿轮分别与两个所述活塞杆的下部的齿状结构啮合连接。

优选的，所述气缸还包括与所述缸体的上端面连接的上缸盖，所述上缸盖上设置有一个与所述气缸连通的进气通道，所述进气通道的入口处设置有进气门；

所述缸体靠近所述下止点位置处设置有至少两个排气口，所述排气口用于在所述活塞下行至所述下止点时，对所述缸体内产生的废气进行排放。

另一方面，本发明实施例提供一种自由活塞式内燃发电机，包括如上所述的内燃机；

所述缸体内壁上设置有发电机定子，所述活塞杆上设置有发电机动子，所述发电机定子和所述发电机动子之间存在间隙，所述发电机定子可在所述活塞做往复运动时切割所述发电机动子产生的磁感线而进行发电。

本发明实施例提供了一种自由活塞式内燃机及内燃发电机，通过在所述气缸内设置限位部件，能够在所述活塞做往复运动时，对所述活塞的下止点进行限位，能够对所述活塞在所述气缸内的行程进行限定，从而能够对所述内燃机的压缩比进行限定，使得所述内燃机能够稳定运行。克服了现有技术中活塞的运动规律由气缸内气体的压力决定使得所述内燃机的压缩比不稳定，以及运行不稳定的缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种自由活塞式内燃机的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种自由活塞式内燃发电机的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例提供的一种自由活塞式内燃机及内燃发电机进行详细描述。

一方面，本发明实施例提供一种自由活塞式内燃机，参见图1，包括：

气缸1，所述气缸1包括缸体，设置在所述缸体内的活塞2以及与所述活塞2的下端面固定连接的活塞杆3；

所述缸体内还设置有限位部件4，所述限位部件4用于对所述活塞2的下止点进行限位。

本发明实施例提供了一种内燃机，通过在所述气缸1内设置限位部件4，能够在所述活塞2做往复运动时，对所述活塞2的下止点进行限位，能够对所述活塞2在所述气缸1内的行程进行限定，从而能够对所述内燃机的压缩比进行限定，使得所述内燃机能够相对稳定运行。克服了现有技术中活塞的运动规律由气缸内气体的压力决定使得所述内燃机的压缩比不稳定，以及运行不稳定的缺陷。

其中，对所述限位部件4的具体结构不做限定，只要能够对所述活塞2的下止点位置进行限定即可。

本发明的一实施例中，所述限位部件4包括设置在所述缸体内壁上的限位凸起41，以及设置在所述限位凸起41与所述活塞2的下端面之间的弹性部件42，所述弹性部件42用于对所述活塞2和所述限位凸起41之间的作用力进行缓冲。

在本发明实施例中，通过限位凸起41，能够对所述活塞2的下行运动进行阻挡，所述限位凸起41和所述活塞2之间发生碰撞，通过设置弹性部件42，能够对所述限位凸起41和所述活塞2之间的作用力进行缓冲，提高所述内燃机的运行稳定性。

其中，对所述限位凸起41的结构不做限定，只要能够对所述活塞2进行阻挡，并能够与所述弹性部件42接触即可。

本发明的又一实施例中，所述限位凸起41为圆环形板状结构，所述圆环形板状结构的外周面与所述缸体内壁的内周面固定连接，所述弹性部件42设置在所述圆环形板状结构朝向所述活塞2的表面上。

在本发明实施例中，所述限位凸起41与所述弹性部件42为面接触，且在对所述活塞2进行限位时，所述限位凸起41受力较为均匀。

其中，对所述弹性部件42不做限定，所述弹性部件42可以为气垫、弹簧或者其他可以起到缓冲作用的部件。

优选的，所述弹性部件42为弹簧，所述弹簧42的一端与所述限位凸起41固定连接，另一端为自由端，所述弹簧42的延伸方向与所述活塞2的往复运动方向一致。

需要说明的是，所述活塞2在做往复运动的过程中，所述活塞2到达下止点的位置与所述弹簧42的弹力有关，为了对所述下至点的位置进行固定，所述弹簧42可以仅仅起到缓冲作用，这时，所述弹簧42可以满足如下条件，即在各个工况下所述弹簧42均能够被压缩至最短。

优选的，当所述内燃机怠速时，所述弹簧42可被压缩至最短。怠速是指发动机在无负荷的情况下运转，只需克服自身内部机件的摩擦阻力，不对外输出功率，维持发动机稳定运转的最低转速被称为怠速，由于怠速时所述弹簧42能够被压缩至最短，在其他工况下，发动机的转速均大于怠速工况下的转速，因此，在其他工况时所述弹簧42也可被压缩至最短，从而能够对下止点的位置进行固定。

本发明的一实施例中，所述弹簧42的自由端与所述活塞2的下端面之间还设置有挡板5，所述挡板5贴合设置在所述活塞2的下端面上。通过在所述弹簧42的自由端和所述活塞2的下端面之间设置挡板5，在所述弹簧42被压缩时与所述挡板5充分接触，同时，所述挡板5设置在所述活塞2的下端面，还能够阻挡用于润滑活塞2飞溅出的机油。

其中，对所述弹簧42的个数不做限定，所述弹簧42可以为一个，也可以为多个。

本发明的一实施例中，所述弹簧42为至少两个，且均匀分布于所述限位凸起41上。通过在所述限位凸起41上均匀布置多个弹簧42，能够更好地对所述活塞2和所述限位凸起41之间的作用力进行缓冲。

其中，对所述弹簧42的形状不做限定，所述弹簧42可以为锥形，也可以为圆柱形，可以为Z形，也可以为螺旋状。

本发明的又一实施例中，所述弹簧42为圆柱型螺旋弹簧。由于圆柱形螺旋弹簧在压缩方向上受力比较均匀，能够避免发生弹簧42错位而使得下止点位置发生变动。

其中，对所述气缸1的个数不做限定，当所述气缸1为两个以上时，对所述气缸1的相对位置关系也不做限定，可以分别针对不同的气缸1，对所述活塞2的下止点的位置进行限定。

本发明的一实施例中，所述气缸1为两个，且并排对称设置；

每一个所述活塞杆3的一端与相对应设置的活塞2固定连接，另一端位于所述缸体的外部且与传动机构6连接；

所述传动机构6用于将一个活塞2做往复运动时所产生的作用力反作用于另一个活塞2，带动其向相反的方向运动。

通过将两个气缸1并排对称设置，并在所述活塞2做往复运动时，通过传动机构6配合作用，使得两个活塞2上下往复运动，当一个气缸内燃烧气体爆发，相对应的活塞2下行至下止点的过程中，所述活塞2将向下运动的作用力传递给所述传动机构6，所述传动机构6利用杠杆原理将该作用力反作用于另一个活塞2，使其向相反的方向运动至上止点，以此能够对所述内燃机的压缩比进行固定。

其中，对所述传动机构6的结构不做限定，只要能够实现将一个活塞2传递的作用力反作用于另一个活塞2，并带动其运行相同的行程即可。

本发明的又一实施例中，两个所述活塞杆3位于所述缸体外部且相对设置的两个面上设置有齿状结构；

所述传动机构6设置在位于所述缸体外部的两个所述活塞杆3之间，包括齿轮轴61以及套设在所述齿轮轴61外表面上的齿轮62，所述齿轮62分别与两个所述活塞杆3的下部的齿状结构啮合连接。

通过回转齿轮，能够在一个活塞2向下运动至下止点时，带动另一个活塞2运动至上止点，能够对所述上止点和下止点的位置进行固定，从而能够固定所述内燃机的压缩比。

当然，所述气缸1还可以为三个以上，并且两两并排对称设置，每两个活塞杆3之间设置一个所述传动机构6，这样，同样能够对所述内燃机的压缩比进行固定。

本发明的又一实施例中，所述气缸1还包括与所述缸体的上端面连接的上缸盖11，所述上缸盖11上设置有一个与所述气缸1连通的进气通道7，所述进气通道7的入口处设置有进气门；

所述缸体靠近所述下止点位置处设置有至少两个排气口8，所述排气口8用于在所述活塞2下行至所述下止点时，对所述缸体内产生的废气进行排放。

在本发明实施例中，单进气口7进气，多排气口8排气，能够实现单向扫气，从而能够提高扫气效率和燃烧效率。

另一方面，本发明实施例提供一种内燃发电机，参见图2，包括如上所述的自由活塞式内燃机；

所述缸体1内壁上设置有发电机定子9，所述活塞杆3上设置有发电机动子10，所述发电机定子9和所述发电机动子10之间存在间隙，所述发电机定子9可在所述活塞2做往复运动时切割所述发电机动子10产生的磁感线而进行发电。

本发明实施例提供了一种内燃发电机，能够实现内燃机和发电机的一体化结构，节省空间，实现内燃发电机的紧凑设计，同时，通过对所述自由活塞式内燃机的上、下止点位置进行固定，能够固定所述自由活塞式内燃机的压缩比，使得内燃发电机能够稳定运行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种自由活塞式内燃机，其特征在于，包括：

气缸，所述气缸包括缸体，设置在所述缸体内的活塞以及与所述活塞的下端面固定连接的活塞杆；

所述缸体内还设置有限位部件，所述限位部件用于对所述活塞的下止点进行限位；

所述限位部件包括设置在所述缸体内壁上的限位凸起，以及设置在所述限位凸起与所述活塞的下端面之间的弹性部件，所述弹性部件用于对所述活塞和所述限位凸起之间的作用力进行缓冲；

所述弹性部件为弹簧，所述弹簧的一端与所述限位凸起固定连接，另一端为自由端，所述弹簧的延伸方向与所述活塞的往复运动方向一致。

2.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，

所述限位凸起为圆环形板状结构，所述圆环形板状结构的外周面与所述缸体内壁的内周面固定连接，所述弹性部件设置在所述圆环形板状结构朝向所述活塞的表面上。

3.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，

所述弹簧的自由端与所述活塞的下端面之间还设置有挡板，所述挡板贴合设置在所述活塞的下端面上。

4.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，

所述弹簧为至少两个，且均匀分布于所述限位凸起上。

5.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，

所述弹簧为圆柱型螺旋弹簧。

6.根据权利要求1-5任一项所述的内燃机，其特征在于，

所述气缸为两个，且并排对称设置；

每一个所述活塞杆的一端与相对应设置的活塞固定连接，另一端位于所述缸体的外部且与传动机构连接；

所述传动机构用于将一个活塞做往复运动时所产生的作用力反作用于另一个活塞，带动其向相反的方向运动。

7.根据权利要求6所述的内燃机，其特征在于，

两个所述活塞杆位于所述缸体外部且相对设置的两个面上设置有齿状结构；

所述传动机构设置在位于所述缸体外部的两个所述活塞杆之间，包括齿轮轴以及套设在所述齿轮轴外表面上的齿轮，所述齿轮分别与两个所述活塞杆的下部的齿状结构啮合连接。

8.根据权利要求1所述的内燃机，其特征在于，

所述气缸还包括与所述缸体的上端面连接的上缸盖，所述上缸盖上设置有一个与所述气缸连通的进气通道，所述进气通道的入口处设置有进气门；

所述缸体靠近所述下止点位置处设置有至少两个排气口，所述排气口用于在所述活塞下行至所述下止点时，对所述缸体内产生的废气进行排放。

9.一种内燃发电机，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的内燃机；

所述缸体内壁上设置有发电机定子，所述活塞杆上设置有发电机动子，所述发电机定子和所述发电机动子之间存在间隙，所述发电机定子可在所述活塞做往复运动时切割所述发电机动子产生的磁感线而进行发电。