[发明专利]磁悬浮自由活塞式六冲程发电机、内燃机及其控制方法

说明书

本发明具体涉及磁悬浮自由活塞式六冲程发电机、内燃机及其控制方法，该内燃机包括：缸体P、可变气缸Y，磁悬浮工作活塞H工作段包括方形铁芯G，方形铁芯G的一端设置有第一励磁线圈F，另一端设置有工作活塞H，上表面设置有第一励磁线圈组U，下表面设置有第二励磁线圈组Q；缸体P内首部固定有第二励磁线圈S，上部固定有第三励磁线圈组A，下部固定有第四励磁线圈组R；磁悬浮行程活塞工作段配合磁悬浮工作活塞H工作段在缸体P内移动，以完成进气冲程、压缩冲程、做功冲程、二次压缩冲程、二次做功冲程和排气冲程。本发明提供的技术方案，将磁悬浮技术应用到内燃机和发电机中，提高了内燃机和发动机的运行效率并减小了机械磨损。

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，具体涉及磁悬浮自由活塞式六冲程发电机、内燃机及其控制方法。

背景技术

1842年，英国物理学家Earnshow提出了磁悬浮的概念，同时指出：单靠永久磁铁是不能将一个铁磁体在所有六个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态。磁悬浮列车是利用“异性相吸”原理设计，是一种吸力悬浮系统，利用安装在列车两侧转向架上的悬浮电磁铁，和铺设在轨道上的磁铁。磁悬浮列车上装有电磁体，铁路底部则安装线圈。通电后，地面线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总保持相同，两者“同性相斥”，在磁场作用下产生的吸力使车辆浮起来。

磁悬浮列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N极，N极变成S极。循环交替，列车就向前奔驰。稳定性由导向系统来控制。磁悬浮列车底部及两侧转向架的顶部安装电磁铁，在“工”字轨的上方和上臂部分的下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流使电磁铁和轨道间保持1厘米的间隙，让转向架和列车间的吸引力与列车重力相互平衡，利用磁铁吸引力将列车浮起1厘米左右，使列车悬浮在轨道上运行。这必须精确控制电磁铁的电流。铁轨两侧也装有线圈，交流电使线圈变为电磁体。它与列车上的电磁体相互作用，使列车前进。列车头的电磁体(N极)被轨道上靠前一点的电磁体(S极)所吸引，同时被轨道上稍后一点的电磁体(N极)所排斥——结果是一“推”一“拉”。磁悬浮列车运行时与轨道保持一定的间隙(一般为1—10cm)，因此运行安全、平稳舒适、无噪声，可以实现全自动化运行。

目前丰田正在研发的一款自由活塞发动机线性发电机，该发电机的动力装置用不着曲轴和连杆了，通过活塞的往复运动就可以直接发电。一台自由活塞发动机线性发电机的输出功率可到10KW，仅需两台这样的装置便可驱动一台小型车或者紧凑型车达到120公里/小时。

自四冲程内燃机诞生至今，如何提高发动机的效率是发动机工程师们一直努力研究的课题。提到发动机效率，“压缩比”就自然而然地成为了讨论的主角了。一直以来，“高压缩比＝高效率、高功率”已经成为了内燃机学当中不变的信条。由进气、压缩、膨胀、排气四个冲程循环构成的四冲程内燃机，是奥托历时14年于1876年研发成功的，该发动机原理，被称为奥托循环。而其中能提高内燃机效率最具关键性的一环——压缩冲程，由原理变为机械的过程，曾困扰了奥托十数年之久。

1940年，miller研发了一种不对等膨胀/压缩比发动机，采用配气时机来制造这种效果。其解决方式为：在吸气冲程结束时，推迟气门的关闭，这就将吸入的混合气又“吐”出去一部分，再关闭气门，开始压缩冲程。这种巧妙的设计，不仅改善了发动机的进气效率，也使得发动机的膨胀比高于压缩比，有效地提高了发动机效率，这种发动机的工作原理被称为米勒循环。1821年，德国物理学家塞贝克发现，不同的金属导体(或半导体)具有不同的自由电子密度(或载流子密度)，当两种不同的金属导体相互接触时，在接触面上的电子就会由高浓度向低浓度扩散。而电子的扩散速率与接触区的温度成正比，所以只要维持两金属间的温差，就能使电子持续扩散，在两块金属的另两个端点形成稳定的电压。这就是“塞贝克效应”。

虽然前人在发动机和发电机的领域做出了一系列突出的研究，但现有技术中还缺少基于磁悬浮原理设计的发电机。

发明内容