專利名稱：直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電動(dòng)機(jī)動(dòng)車用往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)。
內(nèi)燃機(jī)是能量轉(zhuǎn)換裝置，傳統(tǒng)的方式即內(nèi)燃機(jī)輸出的機(jī)械能，效率較低?；钊S式內(nèi)燃機(jī)除了將燃油的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的氣缸、活塞外，其他的聯(lián)桿、曲軸變速齒輪、離合器等機(jī)械傳動(dòng)輸出部分等結(jié)構(gòu)復(fù)雜、輸出效率低、可靠性較差。
本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、降低內(nèi)燃機(jī)生產(chǎn)成本及重量、提高燃油的利用效率、減少廢氣平均排放量、可靠性好的直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，由電子控制部分和機(jī)械部分組成，電子控制部分包括中央微處理器CPU，將振子位置傳感器、機(jī)體溫度、大氣溫度、濕度、燃料取樣轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換器，將CPU輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制定子繞組和振組的放大電路，D/P電路，與放大電路、D/P電路聯(lián)接的整流電路、電能輸出電路，其機(jī)械部分包括外殼30、氣缸15、活塞振子體31、21；外殼30外端設(shè)置軸向分布的散熱片3，外殼30上設(shè)置進(jìn)氣門4、10、排氣門1、2、振子位置傳感器9、燃燒傳感器16；沿外殼30內(nèi)壁設(shè)置定子繞組7、定子繞組電極5穿出外殼30，外殼30內(nèi)設(shè)置氣缸15及活塞振子體31、21，與氣缸15相應(yīng)的外殼處設(shè)置燃燒傳感器16，所述振子位置傳感器9、燃燒傳感器16與電子控制部分連接；活塞振子體31、21為圓柱形，由活塞31與振子體21組成，活塞31為分布有活塞體12及嵌在活塞環(huán)槽內(nèi)的活塞環(huán)13；振子體21柱體上軸向均勻分布硅鋼片19，硅鋼片19上設(shè)置振子繞組8槽、嵌在振子繞組槽內(nèi)的振子繞組8、槽口形成的磁隙11，所述硅鋼片19、振子繞組8、磁隙11形成振子電樞22，振子電樞22外表面設(shè)置振子位置傳感器刻度23。外殼30為圓柱形，外端設(shè)置緊固螺孔17。氣缸與外殼合鑄為一整體。定子繞組7的硅鋼片與外殼30合鑄為一整體。定子繞組7線圈為徑向均勻排列分布在兩端氣缸15之間，嵌在硅鋼片的槽內(nèi)。振子繞組的硅鋼片19軸向均勻分布，與活塞體12鑄成整體，其上設(shè)置繞組槽。機(jī)械部分包括一個(gè)以上并聯(lián)的外殼30，氣缸15、活塞振子體31、21，振子體21之間設(shè)置鏈接體24。進(jìn)氣門、排氣門為設(shè)置于端蓋18電磁閥26、27、28、29。
由于本實(shí)用新型采用將傳統(tǒng)的氣缸活塞機(jī)構(gòu)與直線往復(fù)式(發(fā)電/電動(dòng))電機(jī)直接連接，由電子控制部分控制，因此本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)a、本機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)部伴少，需運(yùn)滑面少、需要潤(rùn)滑油少，工作溫度可以相對(duì)較高，與傳統(tǒng)機(jī)型相比，體積重量減少50％以上。b、機(jī)械部件少，精度要求不高，其制造成本在大批量生產(chǎn)時(shí)，可相對(duì)地降低60％以上。且運(yùn)動(dòng)部件受力均勻且均為軸向受力，平均無故障工作時(shí)間將大幅提高5-10倍。c、由于可以做到每個(gè)做功沖程均可工作在最佳工作狀態(tài)，其能量傳動(dòng)、傳輸環(huán)節(jié)少，總體化學(xué)能利用可一直保持在35％以上，廢氣中有害氣體排放量，可保持在最低狀態(tài)，總體油耗減少，CO2排放量相應(yīng)降低。d、在需要調(diào)節(jié)輸出功率的情況下，由于其可工作在非對(duì)稱狀態(tài)下通過調(diào)整運(yùn)行頻率，改變輸出功率。e、工作狀態(tài)穩(wěn)定，不受外界反作用力矩干擾、且對(duì)散熱要求低，在機(jī)動(dòng)車輛上風(fēng)冷方式也可以滿足要求。f、在電動(dòng)汽車上，由于有蓄電池作為貯能裝置，內(nèi)燃機(jī)可工作在間歇方式之下，則上述優(yōu)點(diǎn)可更突出地體現(xiàn)出來。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。


圖1是本實(shí)用新型的整體示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的機(jī)械部分示意圖。
圖3是活塞振子體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是四燃燒室四沖程機(jī)型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是圖4的振子體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是圖4的A-A剖視圖。
圖7是四沖程機(jī)型主程序流程圖。
圖8是吸氣沖程子程序流程圖。
圖9是壓縮沖程子程序流程圖。
圖10是做功沖程子程序流程圖。
圖11是排氣沖程子程序流程圖。
圖中1、排氣門，2、排氣門，3、散熱片，4、進(jìn)氣門，5、定子繞組電極，6、振子繞組電極，7、定子繞組，8、振子繞組，9、振子位置傳感器，10、進(jìn)氣門，11、振子磁隙，12、活塞體，13、活塞環(huán)，14、燃燒室，15、氣缸，16、燃燒傳感器，17、緊固螺孔，18、端蓋，19、硅鋼片，20、振子繞組線圈，21、振子體，22、振子電樞，23、振子位置傳感器刻度，24、鏈接體，25、振子電極引線，26、電磁閥D,27、電磁閥A,28、電磁閥13,29、電磁閥C,30、外殼，31、活塞。
下面以僅有一個(gè)燃燒室的二沖程、汽油空氣混合氣型機(jī)型為例說明其工作原理。
a、壓縮沖程在氣缸中的廢氣排出，和新鮮氣體進(jìn)入燃燒室后，由蓄電池提供電能，電子控制部分的控制運(yùn)行壓縮沖程子程序，使電流以一定的方式流經(jīng)定子繞組和振子繞組，使其充當(dāng)一同步電動(dòng)機(jī)，將活塞體、推進(jìn)、壓縮氣體、直到混合氣體被壓燃為止，即CPU接收到燃燒傳感器的氣體被點(diǎn)燃的信號(hào)為止。
b、做功沖程在CPU接收到點(diǎn)燃信號(hào)后，立即將繞組以電動(dòng)機(jī)狀態(tài)變換為發(fā)電狀態(tài)，并隨時(shí)根據(jù)，振子的運(yùn)行中所處的位置調(diào)整電能輸出的狀態(tài)，即調(diào)整電流及電壓和脈沖寬度，最大限度地將能量安全地輸出。在振子位置達(dá)到預(yù)定值后，將廢氣排出，使新鮮氣體進(jìn)入，一個(gè)循環(huán)完成。
四沖程機(jī)型也類似這類二沖程機(jī)型。
另外，本系統(tǒng)又可制成對(duì)稱的啞鈴式，即兩端均為燃燒室，中間為繞組，則工作起來更為簡(jiǎn)便。如果將幾個(gè)單元經(jīng)過對(duì)稱或其它型式，則可最大限度地消除整體振動(dòng)的策動(dòng)力。
總的來說，本實(shí)用新型的核心就是將傳統(tǒng)的氣缸活塞機(jī)構(gòu)與直線往復(fù)式發(fā)電/電動(dòng)電機(jī)直接連接，由微電腦CPU和外圍輔助電路進(jìn)行控制以保證其工作于最佳狀態(tài)；以提高效率，減少有害氣體排放量，并且因壓縮/膨脹比可以調(diào)節(jié)，各沖程可以工作在非對(duì)稱的狀態(tài)之下，以保證在任何功率要求下，也工作于最佳狀態(tài)。
直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，由電子控制部分和機(jī)械部分組成，電子控制部分包括中央微處理器CPU，將振子位置傳感器、機(jī)體溫度、大氣溫度、濕度、燃料取樣轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換器，將CPU輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制定子繞組和振組的放大電路，D/P電路，與放大電路、D/P電路聯(lián)接的整流電路、電能輸出電路，其機(jī)械部分包括外殼30、氣缸15、活塞振子體31、21；外殼30外端設(shè)置軸向分布的散熱片3，外殼30上設(shè)置進(jìn)氣門4、10、排氣門1、2、振子位置傳感器9、燃燒傳感器16；沿外殼30內(nèi)壁設(shè)置定子繞組7、定子繞組電極5穿出外殼30，外殼30內(nèi)設(shè)置氣缸15及活塞振子體31、21，與氣缸15相應(yīng)的外殼處設(shè)置燃燒傳感器16，所述振子位置傳感器9、燃燒傳感器16與電子控制部分連接；活塞振子體31、21為圓柱形，由活塞31與振子體21組成，活塞31為分布有活塞體12及嵌在活塞環(huán)槽內(nèi)的活塞環(huán)13；振子體21柱體上軸向均勻分布硅鋼片19，硅鋼片19上設(shè)置振子繞組8槽、嵌在振子繞組槽內(nèi)的振子繞組8、槽口形成的磁隙11，所述硅鋼片19、振子繞組8、磁隙11形成振子電樞22，振子電樞22外表面設(shè)置振子位置傳感器刻度23。外殼30為圓柱形，外端設(shè)置緊固螺孔17。氣缸與外殼合鑄為一整體。定子繞組7的硅鋼片與外殼30合鑄為一整體。定子繞組7線圈為徑向均勻排列分布在兩端氣缸15之間，嵌在硅鋼片的槽內(nèi)。振子繞組的硅鋼片19軸向均勻分布，與活塞體12鑄成整體，其上設(shè)置繞組槽。機(jī)械部分包括一個(gè)以上并聯(lián)的外殼30，氣缸15、活塞振子體31、21，振子體21之間設(shè)置鏈接體24。進(jìn)氣門、排氣門為設(shè)置于端蓋18電磁閥26、27、28、29。
本機(jī)機(jī)形及結(jié)構(gòu)如二沖程、二燃燒室、空氣汽油混合氣機(jī)型的外殼30機(jī)體外形為長(zhǎng)園柱形，例如275型、尺寸約為X100×500mm，其外表軸向分布散熱片3，其外表可以看見的機(jī)械部件為8個(gè)M10×20的螺孔17、端蓋18及4個(gè)氣門即排氣門1、排氣門2、進(jìn)氣門4、進(jìn)氣門10，外表可以看見的電子及電力端口有三相四線式定子繞組電極5及與定子繞組7共用接地線的單相單線式振子繞組8、選用霍爾器件，型號(hào)為MOC8102，輸出量為電壓模擬量的振子位置傳感器接口、燃燒傳感器接口，、燃燒室內(nèi)燃燒室放出的可見光由玻璃光纖傳導(dǎo)式燃燒傳感器接口傳出，經(jīng)型號(hào)為PH104的光敏三極管轉(zhuǎn)變后輸出，信號(hào)為脈沖數(shù)字信號(hào)，低電平有效。
外殼內(nèi)部包括上下兩燃燒室的與外殼合鑄成一體的氣缸15、軸向排列與外殼體合鑄為一整體的定子繞組7的硅鋼片、振子位置傳感器9、定子繞組線圈8，定子繞組線圈8為徑向均勻排列分布在兩端氣缸之間嵌在硅鋼片的槽內(nèi)漆包紫銅線?；钊褡芋w31、12外形大體為X75×400mm，在上面分布有活塞體12。上下兩個(gè)活塞31上各有三根共六根嵌在活塞環(huán)槽內(nèi)的活塞環(huán)。硅鋼片軸向均勻分布并與活塞體鑄成一整體，在其上面沖有繞組槽孔。
電子控制部分電子控制部分主體為uPD(型號(hào)為NEC產(chǎn)uPD70616)RAM(型號(hào)為NEC產(chǎn)uPD424260)將振子位置傳感器以及機(jī)體溫度取樣，大氣溫度汽壓、溫度、燃料等取樣轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換器(型號(hào)為uPD700213)，將CPU輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制定子繞組和振子繞組的大功率三極管(型號(hào)選用2SK1491)其它輔助電路如D/P(數(shù)據(jù)/脈沖電路)可用數(shù)字信號(hào)直接代替，運(yùn)放電路可用uA71,NE5532等代用，可控硅整流電路其可控硅選用BTA400-16型等，其具體的工作程序流程圖可以見圖紙正文。
電子控制部分主體由單片機(jī)加外圍電路構(gòu)成其CPU(型號(hào)選用uPD70616、16位機(jī)型，或其它型號(hào))，其編寫好以后的程序和一些運(yùn)行參數(shù)均寫入ROM之中，程序運(yùn)行過程和一些中間數(shù)據(jù)存放在RAM之中，RAM選用uPD42426016位×256K，各燃燒室的燃燒傳感器輸入的低電平有效的數(shù)字脈沖信號(hào)直接分別接入uPU的A號(hào)I/O口，振子位置傳感器由霍爾器件充當(dāng)，其霍爾器件輸出的模擬信號(hào)-5V-+5V)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器(型號(hào)選用YPD700213)轉(zhuǎn)換后，輸入CPU，再經(jīng)過運(yùn)算，推算振子的實(shí)時(shí)位置及運(yùn)動(dòng)方向、速度、加速度等數(shù)據(jù)供使用。
另外，I/O口、C口主要承擔(dān)振子電樞繞組電流和定子電樞的三相繞組的電流輸入、輸出電流的控制，在輸入電流的控制當(dāng)中。
先由CPU輸出并行數(shù)據(jù)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器(選用型號(hào)為uPD6221)，經(jīng)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)(-5V-+5V)后，經(jīng)功率放大三極管(型號(hào)選用2SK1492,250V×40A或2SK1491,250V×25A)，功率放大后驅(qū)動(dòng)繞組運(yùn)行。
在定子繞組的三極輸出電能時(shí)則選用CPU輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)光電隔離(可選用MOC401)，后由數(shù)字信號(hào)作脈沖信號(hào)直接控制可控硅，可控硅型號(hào)可選用BTA400-30型的單向晶閘管，進(jìn)行橋式整流作大功率的開關(guān)管(選用2SK1493、250V×100A)對(duì)電感充電后，輸出電壓穩(wěn)定電流大小可調(diào)的電流。
信號(hào)類型①燃燒傳感器 輸出低電平有效的數(shù)字信號(hào)占1位。
②電磁閥 輸入三態(tài)數(shù)字信號(hào)(-1,0,1)占2位。
③A/D轉(zhuǎn)換器 輸入(-5V-+5V)模擬信號(hào)輸出8位(或16位)并行數(shù)字信號(hào)。
④振子位置傳感器 由霍爾器件輸出電壓模擬信號(hào)(-5V-+5V)。
⑤振子繞組電極輸入大電流高電壓功率、電流。
⑥定子繞組電極輸入功率電能，輸出功率電能。
⑦D/A轉(zhuǎn)換器 輸入8位(或16位)數(shù)字信號(hào)輸出控制模擬信號(hào)(-5V-+5V)。
本實(shí)用新型還可用于a、在電動(dòng)汽車特別是電動(dòng)小汽車上作為主電源，發(fā)動(dòng)機(jī)工作于恒功率狀態(tài)。
b、在輕型機(jī)動(dòng)車上如摩托車等，則可只采用小容量蓄電池(僅作啟動(dòng)等電源用)；通過調(diào)整頻率調(diào)出輸出功率。
c、在其它需移動(dòng)或便攜電源時(shí)也可作供電電源，其容量可很小或以積木方式做到較大數(shù)量級(jí)。
權(quán)利要求1.一種直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，由電子控制部分和機(jī)械部分組成，電子控制部分包括中央微處理器CPU，將振子位置傳感器、機(jī)體溫度、大氣溫度、濕度、燃料取樣轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換器，將CPU輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制定子繞組和振子繞組的放大電路，D/P數(shù)字信號(hào)/脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，與放大電路、D/P電路聯(lián)接的整流電路、電能輸出電路，其特征在于其機(jī)械部分包括外殼(30)、氣缸(15)、活塞振子體(31、21)；外殼(30)外端設(shè)置軸向分布的散熱片(3)，外殼(30)上設(shè)置進(jìn)氣門(4、10)、排氣門(1、2)、振子位置傳感器(9)、燃燒傳感器(16)；沿外殼(30)內(nèi)壁設(shè)置定子繞組(7)、定子繞組電極(5)穿出外殼(30)，外殼(30)內(nèi)設(shè)置氣缸(15)及活塞振子體(31、21)，與氣缸(15)相應(yīng)的外殼處設(shè)置燃燒傳感器(16)，所述振子位置傳感器(9)、燃燒傳感器(16)與電子控制部分連接；活塞振子體(31、21)為圓柱形，由活塞(31)與振子體(21)組成，活塞(31)為分布有活塞體(12)及嵌在活塞環(huán)槽內(nèi)的活塞環(huán)(13)；振子體(21)柱體上軸向均勻分布硅鋼片(19)，硅鋼片(19)上設(shè)置振子繞組(8)槽、嵌在振子繞組槽內(nèi)的振子繞組(8)、槽口形成的磁隙(11)，所述硅鋼片(19)、振子繞組(8)、磁隙(11)形成振子電樞(22)，振子電樞(22)外表面設(shè)置振子位置傳感器刻度(23)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，其特征在于外殼(30)為圓柱形，外端設(shè)置緊固螺孔(17)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，其特征在于氣缸可與外殼合鑄為一整體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，其特征在于定子繞組(7)的硅鋼片與外殼(30)合鑄為一整體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，其特征在于定子繞組(7)線圈為園周分布徑向均勻排列分布在兩端氣缸(15)之間，嵌在硅鋼片的槽內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，其特征在于硅鋼片(19)軸向均勻分布，與活塞體(12)鑄成整體，其上設(shè)置繞組槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，其特征在于機(jī)械部分包括一個(gè)以上并聯(lián)的外殼(30)、氣缸(15)、活塞振子體(31、21)，振子體(21)之間設(shè)置鏈接體(24)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，對(duì)于四燃燒室四沖程其特征在于進(jìn)氣門、排氣門為設(shè)置于端蓋(18)電磁閥(26、27、28、29)。
專利摘要一種電動(dòng)機(jī)動(dòng)車用直線往復(fù)式內(nèi)燃發(fā)電機(jī),其電子控制部分包括中央微處理器,將振子位置傳感器、溫度、濕度、燃料取樣處理的A/D轉(zhuǎn)換器,放大電路,D/P電路,與放大電路、D/P電路聯(lián)接的整流電路、電能輸出電路,其機(jī)械部分包括設(shè)置氣門、振子位置傳感器、燃燒傳感器的外殼,外殼內(nèi)設(shè)置定子繞組、定子繞組電極、氣缸及活塞振子體;具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、降低內(nèi)燃機(jī)成本及重量、提高燃油利用效率、減少廢氣排放量、可靠性好等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02D41/00GK2317317SQ9823517
公開日1999年5月5日 申請(qǐng)日期1998年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月20日
發(fā)明者黃瑜 申請(qǐng)人:黃瑜