活塞式內(nèi)燃機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種活塞式內(nèi)燃機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0003] 近年來(lái)，隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的日益成熟，應(yīng)用日趨廣泛，人們開(kāi)始對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行 探索性改進(jìn)研究。傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)由于其本身曲軸連桿布置，活塞裙部有一個(gè)缺口。這樣，活塞 裙部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較弱，所能承受的應(yīng)力變化范圍較小。而自由活塞式內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過(guò)程中活 塞所受的應(yīng)力遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)活塞，因此，將普通活塞直接應(yīng)用于自由活塞式內(nèi)燃機(jī)上容易造 成裙部破裂。
[0004] 眾所周知，為了提高二沖程內(nèi)燃機(jī)的性能，采用電控噴油和點(diǎn)火定時(shí)是最關(guān)鍵的 因素，若控制不精確，則發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性差，甚至不能啟動(dòng)。自由活塞式內(nèi) 燃機(jī)面臨的主要問(wèn)題出現(xiàn)在上止點(diǎn)的控制上?？刂粕现裹c(diǎn)位置，可在不同工況下實(shí)現(xiàn)可變 壓縮比；可以限制活塞極限位置，避免碰壁而損壞氣缸等。而上止點(diǎn)的控制除了改進(jìn)機(jī)械結(jié) 構(gòu)以外通常由控制點(diǎn)火時(shí)間來(lái)進(jìn)行。所以研制精確、可靠、可控制的電火控制裝置是自由活 塞式內(nèi)燃機(jī)的首要任務(wù)。
[0005] 因此如何提高自由活塞式內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火的精確性，可靠性和可控制性成為目前亟 待解決的問(wèn)題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案解決的問(wèn)題是提高自由活塞式內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火的精確性，可靠性 和可控制性。
[0007] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種活塞式內(nèi)燃機(jī)， 包括： 活塞組，所述活塞組包括第一活塞和其連通的第二活塞，所述第一活塞和第二活塞均 為圓柱型，所述第一活塞的頂部與所述第二活塞的頂部均為平頂，所述第一活塞的頂部與 所述第二活塞的頂部均刻有螺旋狀凹槽； 氣缸，所述氣缸包括第一燃燒室和與其連通的第二燃燒室，所述第一燃燒室與所述第 二燃燒室對(duì)置，所述第一燃燒室的頂部和第二燃燒室的頂部均為取消余隙容積的平頂，所 述第一燃燒室的頂部與所述第一活塞的上表面相配合，所述第二燃燒室的頂部與所述第二 活塞的上表面相配合； 連桿，設(shè)置在所述氣缸內(nèi)，所述連桿在所述第一燃燒室和第二燃燒室之間作往復(fù)運(yùn) 動(dòng)； 噴嘴組，所述噴嘴組包括位于所述第一燃燒室的第一噴嘴和位于所述第二燃燒室的第 二噴嘴； 點(diǎn)火系統(tǒng)，所述點(diǎn)火系統(tǒng)包括： 輸入信號(hào)傳感器，所述輸入信號(hào)傳感器包括霍爾傳感器和電連接于所述霍爾傳感器的 直線位移傳感器，所述直線位移傳感器由所述霍爾傳感器觸發(fā)，所述霍爾傳感器設(shè)置于所 述連桿的運(yùn)動(dòng)路線上； 點(diǎn)火執(zhí)行器； 電連接于所述輸入信號(hào)傳感器且電連接與所述點(diǎn)火執(zhí)行器的電子控制單元，所述電子 控制單元從所述輸入信號(hào)傳感器接收點(diǎn)火控制信號(hào)后，控制所述點(diǎn)火執(zhí)行器點(diǎn)火。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)： 能夠?qū)崟r(shí)地判定連桿的位置，以精確地掌控點(diǎn)火時(shí)間，避免連桿撞擊到氣缸蓋而損壞 該自由活塞式內(nèi)燃機(jī)；此外，該內(nèi)燃機(jī)可以根據(jù)工況靈活調(diào)節(jié)點(diǎn)火參數(shù)，以保障該自由活塞 式內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行在最優(yōu)條件；此外，該自由活塞式內(nèi)燃機(jī)利用噴嘴進(jìn)行缸內(nèi)直噴燃料，能夠有 效的避免二沖程內(nèi)燃機(jī)掃氣過(guò)程中混合氣的損失，大幅降低油耗。
[0009] 本發(fā)明技術(shù)方案中的活塞式內(nèi)燃機(jī)，還具有點(diǎn)火保護(hù)模塊，該點(diǎn)火保護(hù)模塊能夠 判斷連桿與氣缸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況，當(dāng)該連桿即將撞上該氣缸蓋時(shí)，強(qiáng)制點(diǎn)火，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該自 由活塞式內(nèi)燃機(jī)的保護(hù)。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的自由活塞式內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的點(diǎn)火執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的點(diǎn)火執(zhí)行器的初級(jí)電流、次級(jí)電壓與時(shí)間的關(guān)系圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的點(diǎn)火執(zhí)行器限流控制圖示； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的點(diǎn)火保護(hù)模塊所需要的臨界速度脈普?qǐng)D； 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的點(diǎn)火保護(hù)模塊仿真； 圖7是現(xiàn)有技術(shù)的活塞內(nèi)燃機(jī)與本發(fā)明技術(shù)方案的活塞內(nèi)燃機(jī)的加速度對(duì)比圖。【具體實(shí)施方式】
[0011] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0012] 在以下描述中闡述了具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以多種不 同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類 似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的【具體實(shí)施方式】的限制。
[0013] 自由活塞式內(nèi)燃機(jī)(簡(jiǎn)稱活塞式內(nèi)燃機(jī)）是指發(fā)動(dòng)機(jī)取消了通常的曲柄連桿機(jī)構(gòu)， 活塞運(yùn)動(dòng)不受物理約束的一種特種內(nèi)燃機(jī)。其結(jié)構(gòu)一般包括兩個(gè)同軸相向開(kāi)口的氣缸，及 一活動(dòng)連杠兩頭分別置于該氣缸中，并沿軸向往復(fù)活動(dòng)。由于不受機(jī)械桿件的約束，其動(dòng)力 活塞是自由的，即壓縮比可變。與傳統(tǒng)的曲軸式發(fā)動(dòng)機(jī)相比，它省去了曲軸式內(nèi)燃機(jī)中將 活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件數(shù)目少、重量輕、成 本低、效率高等優(yōu)點(diǎn)；并且在受力和運(yùn)動(dòng)方面，活塞與缸體間無(wú)側(cè)向力作用，摩擦力小，從而 延長(zhǎng)了發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命；另一方面只有做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的活塞組件，發(fā)動(dòng)機(jī)的起停相對(duì)容易； 此外由于壓縮比可變，易于使用其它代用燃料，啟動(dòng)性能好。由此可見(jiàn)，自由活塞式內(nèi)燃機(jī) 具有廣闊的發(fā)展前景。
[0014] 近年來(lái)，隨著內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的日益成熟，應(yīng)用日趨廣泛，人們開(kāi)始對(duì)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行 探索性改進(jìn)研究。國(guó)外關(guān)于自由活塞式內(nèi)燃機(jī)也開(kāi)始了基礎(chǔ)性的探索研究，主要圍繞液壓 自由活塞式內(nèi)燃機(jī)和自由活塞內(nèi)燃式發(fā)電機(jī)展開(kāi)。但現(xiàn)在對(duì)自由活塞式內(nèi)燃機(jī)的研究還不 夠深入，也缺乏相關(guān)的報(bào)道。
[0015] 眾所周知，為了提高二沖程內(nèi)燃機(jī)的性能，采用電控噴油和點(diǎn)火定時(shí)是最關(guān)鍵的 因素，若控制不精確，則發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性差，甚至不能啟動(dòng)。自由活塞式內(nèi) 燃機(jī)面臨的主要問(wèn)題出現(xiàn)在上止點(diǎn)的控制上。控制上止點(diǎn)位置，可在不同工況下實(shí)現(xiàn)可變 壓縮比；可以限制活塞極限位置，避免碰壁而損壞氣缸等。而上止點(diǎn)的控制除了改進(jìn)機(jī)械結(jié) 構(gòu)以外通常由控制點(diǎn)火時(shí)間來(lái)進(jìn)行。所以研制精確、可靠、可控制的電火控制裝置是自由活 塞式內(nèi)燃機(jī)的首要任務(wù)。
[0016] 現(xiàn)有技術(shù)中的液壓自由活塞式內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火系統(tǒng)，其利用霍爾開(kāi)關(guān)定點(diǎn)觸發(fā)火花 塞點(diǎn)火，屬于硬件控制。但其在變工況時(shí)不能靈活調(diào)整點(diǎn)火位置，某些工況下不恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火 時(shí)刻會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)性能惡化，經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性變差，很難發(fā)揮自由活塞式內(nèi)燃機(jī)壓縮比可變 的優(yōu)勢(shì)。
[0017] 傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)由于其本身曲軸連桿布置，活塞裙部有一個(gè)缺口。這樣，活塞裙部的結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度較弱，所能承受的應(yīng)力變化范圍較小。而自由活塞式內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行過(guò)程中活塞所受的 應(yīng)力遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)活塞，因此，將普通活塞直接應(yīng)用于自由活塞式內(nèi)燃機(jī)上容易造成裙部破 裂。
[0018] 此外，傳統(tǒng)火花塞點(diǎn)火的內(nèi)燃機(jī)缸蓋與活塞頂之間的燃燒室余隙容積較大，若將 其直接應(yīng)用到自由活塞式內(nèi)燃機(jī)上，一旦系統(tǒng)控制程序發(fā)生故障，活塞很可能與缸蓋發(fā)生 碰撞產(chǎn)生安全隱患。
[0019] 另一方面，普通兩沖程內(nèi)燃機(jī)的掃氣過(guò)程容易造成混合氣短路損失，因此油耗較 大。
[0020] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種活塞式內(nèi)燃機(jī)，包括： 活塞組，所述活塞組包括第一活塞