[发明专利]单缸四室串联四冲程自由活塞发动机

说明书

一种自由活塞四冲程发动机，由四组对置活塞，将一个气缸分隔成四个封闭的燃烧室，串联而成。燃烧室中心垂直位置下有进气装置，上有出气装置，侧有点火窗口。缸体外两对完全镜像设置的连杆分别和各自对应的活塞连成一体，构成两个完全对称的运动部件。工作时两个部件同时向左右两个相反方向运行，避免了机体振动。缸体上装有三对传感器，通过对传感器的设置能改变发动机的内外止点和燃料压缩比适应不同的燃料。发动机扫气干净，燃烧彻底，对环境污染少，且工作稳定。发动机两端的单端活塞直连负载，活塞的往返运动，对外都能输出动能。本发动机具有极强的适用性，配合不同负载能组成自由活塞直线发电机，液压自由活塞发动机，自由活塞气压机。

技术领域

本发明属于能源动力领域，具体涉及到自由活塞直线发电机，气压自由活塞发动机，液压自由活塞发动机。

背景技术

为了节能和减少对环境污染，人们对十八世纪出现的自由活塞内燃发动机进行重新研发。自由活塞内燃发动机省略了曲柄机构和机械飞轮，活塞直接与负载(直线发电机，液压泵，气泵等)相连，将燃料燃烧的化学热能直接转化为电能，液压能，气压能输出。它具有整体结构简单，功率密度高，压缩比可调，能适应多种化学燃料，机械摩损小，转换效率高等许多潜在优势。国内外众多的科研机构，研发出了多种自由活塞发动机，这些发动机大都是和所带负载一起进行开发，分别有自由活塞发电机，液压自由活塞发动机。自由活塞发电机，根据活塞和气缸的布置一般可分三种类型，结构示意于图1所示：单气缸单活塞，对置活塞单气缸，双活塞双气缸。液压自由活塞发动机也有其相对应的三种类型：单活塞式，对置活塞式，双活塞式。现有这些自由活塞发动机，都分别还存在不少缺陷：

单气缸单活塞：内燃机点火造成单向冲击，引起系统产生振动。活塞膨胀做工后的回位需特殊回弹装置，利用积蓄的能源进行复位，这不但需要消耗一部份积蓄能源，还直接导至输出的能源产生较大的脉动，对负载工作造成影响。

对置活塞单气缸：需特殊回弹装置利用积蓄的能源进行复位，控制复杂，内外止点不稳定，随机飘移率大，影响发动机工作，易造成停车。

双活塞双气缸：动平稳不好，振动大，扫气时间短，扫气不充分，影响燃烧效果，不易实现四冲程。

自由活塞发动机这些技术难点还末得到完全攻克，研发的这些自由活塞发动机都还处于理论验证阶段，还并没有得到大规模的普及应用。

发明内容

鉴于技术的现状，本发明的目的在于提供一种自由活塞式内燃发动机，做到功率密度高，振动小，自由活塞内外止点稳定可靠。可根据不同燃料，调整不同的压缩比，使之燃烧充分，对环境污染少。不需要特殊回弹装置，回复行程不需要消耗额外积蓄的能源，能实现四冲程工作循环，发动机能稳定可靠工作，能直接连接直线发电机，液压泵等不同负载。

传统的四冲程内燃发动机，排气干净，燃烧效果好，工作稳定，它四个独立的燃烧室组成并联，由曲轴连杆形成联动对外做工。

创新的自由活塞发动机采用独立的四个燃烧室，在同一轴线上组成串联；省去曲轴，曲柄，用连杆组成联动对外做工。其结构原理如示意图2：

气缸1内，由两个双头活塞2，四个单活塞3，将气缸分隔成四个燃烧室，101，102，103，104；

燃烧室由单头活塞3，双头活塞2的一头与气缸壁形成封闭的一个腔，活塞在其中可自由往返运动；

四个燃烧室中心的垂直位置，下方设有进气孔4，上方设有排气孔5，侧面设有点火窗口6；

燃烧室膨胀做工，对置的活塞同时向相反方向运行；

连杆7，连杆8，置于气缸体外，将六个活塞相互错开连成两组，即将一端的双头活塞与另一端双头活塞与之对置的两个单头活塞连在一起，形成一组，另一端的双头活塞与一端双头活塞与之对置的两个单头活塞连在一起形成另一组；