磁悬浮自由活塞式六冲程发电机、内燃机及其控制方法技术领域
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
有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供磁悬浮自由活塞式六冲
程发电机、内燃机及其控制方法，将磁悬浮技术应用到内燃机和发电机中，以提高内燃机和
发动机的运行效率并减小机械磨损。
为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：
磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机，包括：带有进气口、排气口和喷水嘴E的缸体P，
设置在所述缸体P内的磁悬浮工作活塞工作段和行程活塞工作段，及所述磁悬浮工作活塞
工作段和行程活塞工作段与所述缸体P内壁所围成的可变气缸Y，其中，
所述磁悬浮工作活塞工作段包括设置在所述缸体P轴线方向上的方形铁芯G，所述
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，所述方形铁芯G的上表
面和左表面设置有第一励磁线圈组U，下表面和右表面设置有第二励磁线圈组Q；所述缸体P
内首部固定有与所述第一励磁线圈F相对设置的第二励磁线圈S，所述缸体P内上部和左侧
固定有与所述第一励磁线圈组U相对设置的第三励磁线圈组A，所述缸体P内下部和右侧固
定有与所述第二励磁线圈组Q相对设置的第四励磁线圈组R；其中，第一励磁线圈组U、第二
励磁线圈组Q、第三励磁线圈组A和第四励磁线圈组R皆包括多个结构和尺寸相同的励磁线
圈，任一所述励磁线圈皆为带铁芯的导电线圈；
所述第三励磁线圈组A沿所述缸体P轴线方向的长度＞所述第一励磁线圈组U沿所
述缸体P轴线方向的长度；所述第四励磁线圈组R沿所述缸体P轴线方向的长度＞所述第二
励磁线圈组Q沿所述缸体P轴线方向的长度；
所述磁悬浮行程活塞工作段用于配合所述磁悬浮工作活塞工作段在缸体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。
优选地，所述行程活塞工作段包括设置在所述缸体P轴线方向上的行程活塞连杆
X，所述行程活塞连杆X的一端套设有多个交替排列的永磁铁N极B和永磁铁S极C，另一端设
置有带有火花塞L的行程活塞T；所述行程活塞T包括进气管道N和排气管道Q，所述进气管道
N的一端开口朝向所述缸体P内壁，另一端开口朝向所述可变气缸Y且设置有电磁进气门K；
所述排气管道Q的一端开口朝向所述缸体P内壁，另一端开口朝向所述可变气缸Y且设置有
电磁排气门M；
所述缸体P内上部和左侧均固定有与所述多个永磁铁N极B和永磁铁S极C相对设置
的第五励磁线圈组V，所述缸体P内下部和右侧固定有与所述第五励磁线圈组V相对设置的
第六励磁线圈组W；所述缸体P上设有限位电磁阀通孔，所述限位电磁阀通孔内设置有限位
电磁阀D，所述限位电磁阀D用于对所述行程活塞连杆的位置进行限定；
其中，所述第五励磁线圈组V和第六励磁线圈组W皆包括多个结构和尺寸相同的励
磁线圈，任一所述励磁线圈皆为带铁芯的导电线圈；所述第五励磁线圈组V沿所述缸体P轴
线方向的长度＞所述多个永磁铁N极B和永磁铁S极C沿所述缸体P轴线方向的长度；所述第
六励磁线圈组W沿所述缸体P轴线方向的长度＞所述多个永磁铁N极B和永磁铁S极C沿所述
缸体P轴线方向的长度。
优选地，所述第三励磁线圈组A沿所述缸体P轴线方向的长度＝所述第四励磁线圈
组R沿所述缸体P轴线方向的长度，所述第一励磁线圈组U沿所述缸体P轴线方向的长度＝所
述第二励磁线圈组Q沿所述缸体P轴线方向的长度，所述第五励磁线圈组V沿所述缸体P轴线
方向的长度＝所述第六励磁线圈组W沿所述缸体P轴线方向的长度。
优选地，还包括圆形耐热橡胶密封圈I，所述圆形耐热橡胶密封圈I设置在所述工
作活塞H和/或行程活塞T上的环形凹槽内，所述环形凹槽设置在所述工作活塞H或行程活塞
T的周向。
优选地，所述工作活塞H和行程活塞T皆包括依次用螺栓固定在一起的底层、隔热
涂层J和外层，所述底层、隔热涂层J和外层皆与所述缸体P的轴线垂直；所述环形凹槽设置
在所述底层边缘处，所述方形铁芯G与所述底层的中心点相连。
磁悬浮自由活塞式六冲程发电机，包括上述的磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机。
磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机控制方法，应用于上述的磁悬浮自由活塞式六冲
程内燃机中，分别给第三励磁线圈组A、第四励磁线圈组R、第五励磁线圈组V和第六励磁线
圈组W的各励磁线圈编号；
控制第三励磁线圈组A和第四励磁线圈组R通电，使铁芯带动工作活塞悬浮在缸体
内之后，执行以下步骤：
步骤S1、关闭电磁排气门M，打开限位电磁阀D，启动进气冲程；
步骤S2、当进气冲程结束后，关闭电磁进气门K，打开限位电磁阀D，启动压缩冲程；
步骤S3、当压缩冲程结束后，启动做功冲程；
步骤S4、当做功冲程结束后，启动二次压缩冲程；
步骤S5、当二次压缩冲程结束后，启动二次做功冲程；
步骤S6、当二次做功冲程结束后，打开限位电磁阀D，启动排气冲程。
优选地，所述控制第三励磁线圈组A和第四励磁线圈组R通电，使铁芯带动工作活
塞悬浮在缸体内，具体为：
控制第三励磁线圈组A中偶数号励磁线圈和第四励磁线圈组R中奇数号励磁线圈
通入第一方向的直流电，控制第三励磁线圈组A中奇数号励磁线圈和第四励磁线圈组R中偶
数号励磁线圈通入第二方向的直流电。
优选地，所述进气冲程包括如下步骤：
控制第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入同向直流电，以拉动工作活塞H向缸
体P首部移动；
控制第五励磁线圈组V中预设段的偶数号励磁线圈和第六励磁线圈组W中预设段
的奇数号励磁线圈通入第一方向的直流电，控制第五励磁线圈组V中预设段的奇数号励磁
线圈和第六励磁线圈组W中预设段的偶数号励磁线圈通入第二方向的直流电，以拉动行程
活塞T向缸体P首部移动；
当所述行程活塞到达第一左侧极限位置时，进气管道N正对缸体P上的进气口，驱
动限位电磁阀D向缸体P内移动，以卡住行程活塞连杆X保持在当前位置；
打开电磁进气门K，以使燃料和空气的混合气进入可变气缸Y；
当所述工作活塞H向缸体P首部移动并到达第一预设位置时，控制所述第一励磁线
圈F和第二励磁线圈S中通入不同方向的直流电，以迫使工作活塞H向缸体P首部移动时减
速，并在到达第二左侧极限位置时减速为零。
所述压缩冲程包括如下步骤：
控制第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入的不同方向的直流电，以推动工作活
塞H和行程活塞T向缸体P尾部移动去压缩可变气缸Y中的燃料和空气的混合气；
当所述行程活塞T从第一左侧极限位置移动到中间预设位置，驱动限位电磁阀D向
缸体P内移动，以卡住行程活塞连杆X保持在当前位置；
当所述工作活塞H向缸体P尾部移动并到达第二预设位置时，控制第一励磁线圈F
和第二励磁线圈S中通入同向直流电，以迫使工作活塞H减速向缸体P尾部移动，并在到达第
二右侧极限位置时减速为零。
所述做功冲程包括如下步骤：
控制火花塞L点燃燃料和空气的混合气产生高温高压气体，以推动工作活塞H向缸
体首部移动到第一预设位置；
控制所述第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入不同方向的直流电，以迫使工作
活塞H向缸体P首部移动时减速，并在到达第二左侧极限位置时减速为零。
所述二次压缩冲程包括如下步骤：
控制第一磁线圈F和第二励磁线圈S中通入不同方向的直流电，以推动工作活塞H
和行程活塞T向缸体P尾部移动去压缩燃烧后的高温高压气体；
当行程活塞T从中间预设位置移动到第一右侧极限位置，驱动限位电磁阀D向缸体
P内移动，以卡住行程活塞连杆X保持在当前位置；
当所述工作活塞H向缸体P尾部移动并到达第二预设位置时，控制第一励磁线圈F
和第二励磁线圈S中通入同向直流电，以迫使工作活塞H减速向缸体P尾部移动，并在到达第
二右侧极限位置时减速为零。
所述二次做功冲程包括如下步骤：
启动喷水嘴E喷水，以使喷入气缸内的水被高温高压气体迅速加热变成高温高压
水蒸气，进而推动工作活塞H向缸体首部移动到第一预设位置；
控制所述第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入不同方向的直流电，以迫使工作
活塞H向缸体P首部移动时减速，并在到达第二左侧极限位置时减速为零。
所述排气冲程包括如下步骤：
控制第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入的不同方向的直流电，以推动工作活
塞H向缸体P尾部移动；
打开限位电磁阀D，控制第五励磁线圈组V中预设段的偶数号励磁线圈和第六励磁
线圈组W中预设段的奇数号励磁线圈通入第一方向直流电，控制第五励磁线圈组V中预设段
的奇数号励磁线圈和第六励磁线圈组W中预设段的偶数号励磁线圈通入第二方向的直流
电，以拉动行程活塞T从第一右侧极限位置移动到中间预设位置，此时排气管道正对缸体P
上的排气口；
驱动限位电磁阀D向缸体P内移动，以卡住行程活塞连杆X保持在当前位置；
打开电磁排气门M，排出废气；
控制所述第一磁线圈F和第二励磁线圈S中通入不同方向的直流电，以迫使工作活
塞H向缸体P首部移动时减速，并在到达第一左侧极限位置时减速为零。
本发明采用以上技术方案，至少具备以下有益效果：
由上述技术方案可知，本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机和发电
机，相比现有技术庞大机械结构组成的驱动装置，本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六
冲程内燃机，驱动部件结构简单，相比现有技术，没有曲柄连杆机构以及进排气凸轮轴和摇
臂，零部件少，后期维修方便；另外，由于方形铁芯G在缸体P内移动过程中是处于悬浮状态，
减少了部件之间的摩擦阻力，能量损耗小，运行效率高。
本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机控制方法，采用六冲程设计将
内燃机可燃性混合气第一次做功后所产生的尾气中所隐藏的能量进行回收利用(第一次做
功产生的能量用于推动工作活塞运动)，大大提高了内燃机热效率，降低燃料消耗。同时本
发明所涉及内燃机无需重大改变即可适应甲醇，乙醇等多种燃料(使用甲醇或乙醇燃料时
只需对内燃机点火时间及喷油量即混合气浓度进行相应调整即可)，摆脱了传统内燃机对
石油燃料的依赖。
附图说明
图1A为本发明一实施例提供的磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机进气冲程的结构
示意图；
图1B为本发明一实施例提供的磁悬浮工作活塞工作段铁芯的剖面结构示意图；
图1C为本发明一实施例提供的铁芯悬浮的工作原理示意图；
图1D为本发明一实施例提供的铁芯带动工作活塞悬浮移动的工作原理示意图；
图2A为本发明一实施例提供的行程活塞连杆在缸体内悬浮的工作原理示意图；
图2B为本发明一实施例提供的行程活塞连杆带动行程活塞在缸体内悬浮移动的
工作原理示意图；
图3为本发明一实施例提供的磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机控制方法的流程示
意图；
图4为本发明一实施例提供的磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机压缩冲程的结构示
意图；
图5为本发明一实施例提供的磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机做功冲程的结构示
意图；
图6为本发明一实施例提供的磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机二次压缩冲程的结
构示意图；
图7为本发明一实施例提供的磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机二次做功冲程的结
构示意图；
图8为本发明一实施例提供的磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机排气冲程的结构示
意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。参见图1A，本
发明一实施例提供的磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机，包括：带有进气口、排气口和喷水嘴
E的缸体P，设置在所述缸体P内的磁悬浮工作活塞工作段和行程活塞工作段，及所述磁悬浮
工作活塞工作段和行程活塞工作段与所述缸体P内壁所围成的可变气缸Y，其中，
所述磁悬浮工作活塞工作段包括设置在所述缸体P轴线方向上的方形铁芯G，所述
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，参见图1B，所述方形铁
芯G的上表面和左表面设置有第一励磁线圈组U，下表面和右表面设置有第二励磁线圈组Q；
所述缸体P内首部固定有与所述第一励磁线圈F相对设置的第二励磁线圈S，所述缸体P内上
部和左侧固定有与所述第一励磁线圈组U相对设置的第三励磁线圈组A，所述缸体P内下部
和右侧固定有与所述第二励磁线圈组Q相对设置的第四励磁线圈组R；其中，第一励磁线圈
组U、第二励磁线圈组Q、第三励磁线圈组A和第四励磁线圈组R皆包括多个结构和尺寸相同
的励磁线圈，任一所述励磁线圈皆为带铁芯的导电线圈；
所述第三励磁线圈组A沿所述缸体P轴线方向的长度＞所述第一励磁线圈组U沿所
述缸体P轴线方向的长度；所述第四励磁线圈组R沿所述缸体P轴线方向的长度＞所述第二
励磁线圈组Q沿所述缸体P轴线方向的长度；
所述磁悬浮行程活塞工作段用于配合所述磁悬浮工作活塞工作段在缸体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。
需要说明的是：1、本申请文件中的左表面和右表面皆指从缸体首部向方形铁芯G
的视角来看，方形铁芯G的左表面和右表面；上述的左侧和右侧皆指从缸体首部向方形铁芯
G的视角来看，缸体的左侧和右侧；
方形铁芯G的上表面和左表面及其对应的缸体位置处设置第三励磁线圈组A，方形
铁芯G的下表面和右表面及其对应的缸体位置处设置第四励磁线圈组R，是为了让方形铁芯
G不仅在缸体上下位置处保持悬浮，在左右位置处也保持悬浮。
2、第一励磁线圈组U和第二励磁线圈组Q与第一励磁线圈F非接触设置，第三励磁
线圈组A和第四励磁线圈组R与第二励磁线圈S非接触设置。
可以理解的是，所述第三励磁线圈组A沿所述缸体P轴线方向的长度＞所述第一励
磁线圈组U沿所述缸体P轴线方向的长度；所述第四励磁线圈组R沿所述缸体P轴线方向的长
度＞所述第二励磁线圈组Q沿所述缸体P轴线方向的长度。这样设置的好处是，可以保证方
形铁芯G带动工作活塞H，运行到缸体P的指定位置，以完成六个工作冲程。
需要说明的是，参见图1C，本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机，方
形铁芯G悬浮的工作原理为：
控制第三励磁线圈组A中奇数号励磁线圈和第四励磁线圈组R中偶数号励磁线圈
通入第一方向直流电，控制第三励磁线圈组A中偶数号励磁线圈和第四励磁线圈组R中奇数
号励磁线圈通入第二方向直流电。根据磁铁(励磁线圈中的铁芯被磁化后相当于磁铁)的磁
性对铁、钴、镍等物质有吸引作用，第三励磁线圈组A和第四励磁线圈组R所产生的磁场都对
方形铁芯G有吸引作用从而保证方形铁芯G能悬浮在缸体内。
可以理解的是，当缸体上部的第三励磁线圈组A对方形铁芯G的吸引力＝缸体下部
的第四励磁线圈组R对方形铁芯G的吸引力+方形铁芯G的重力+第一励磁线圈组U的重力+第
二励磁线圈组Q的重力+第一励磁线圈F的重力时，缸体左侧第三励磁线圈组A对方形铁芯G
的吸引力＝缸体右侧第四励磁线圈组R对方形铁芯G的吸引力时，方形铁芯G保持稳定悬浮
在缸体内一个相对固定位置状态。
参见图1D，本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机，方形铁芯G带动工
作活塞H在缸体内悬浮移动的工作原理为：
控制第三励磁线圈组A中奇数号励磁线圈和第四励磁线圈组R中偶数号励磁线圈
通入第一方向直流电，控制第三励磁线圈组A中偶数号励磁线圈和第四励磁线圈组R中奇数
号励磁线圈通入第二方向直流电。控制第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入同向或不同
方向的直流电，根据“同向电流相吸引，反向电流相排斥”的原理，方形铁芯G带动工作活塞H
向缸体首部移动或缸体尾部移动；根据磁铁(励磁线圈中的铁芯被磁化后相当于磁铁)的磁
性对铁、钴、镍物质有吸引作用，第三励磁线圈组A和第四励磁线圈组R所产生的磁场都对方
形铁芯G有吸引作用从而保证方形铁芯G在缸体内移动的同时，还能悬浮在缸体内。
由上述技术方案可知，本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机，相比
现有技术庞大机械结构组成的驱动装置，本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六冲程内燃
机，驱动部件结构简单、零部件少，后期维修方便；另外，由于方形铁芯G在缸体P内移动过程
中是处于悬浮状态，减少了部件之间的摩擦阻力，能量损耗小，运行效率高。
参见图1A，优选地，所述行程活塞工作段包括设置在所述缸体P轴线方向上的行程
活塞连杆X，所述行程活塞连杆X的一端套设有多个交替排列的永磁铁N极B和永磁铁S极C，
另一端设置有带有火花塞L的行程活塞T；所述行程活塞T包括进气管道N和排气管道Q，所述
进气管道N的一端开口朝向所述缸体P内壁，另一端开口朝向所述可变气缸Y且设置有电磁
进气门K；所述排气管道Q的一端开口朝向所述缸体P内壁，另一端开口朝向所述可变气缸Y
且设置有电磁排气门M；
所述缸体P内上部和左侧均固定有与所述多个永磁铁N极B和永磁铁S极C相对设置
的第五励磁线圈组V，所述缸体P内下部和右侧固定有与所述第五励磁线圈组V相对设置的
第六励磁线圈组W；所述缸体P上设有限位电磁阀通孔，所述限位电磁阀通孔内设置有限位
电磁阀D，所述限位电磁阀D用于对所述行程活塞连杆的位置进行限定；
其中，所述第五励磁线圈组V和第六励磁线圈组W皆包括多个结构和尺寸相同的励
磁线圈，任一所述励磁线圈皆为带铁芯的导电线圈；所述第五励磁线圈组V沿所述缸体P轴
线方向的长度＞所述多个永磁铁N极B和永磁铁S极C沿所述缸体P轴线方向的长度；所述第
六励磁线圈组W沿所述缸体P轴线方向的长度＞所述多个永磁铁N极B和永磁铁S极C沿所述
缸体P轴线方向的长度。
可以理解的是，所述第五励磁线圈组V沿所述缸体P轴线方向的长度＞所述多个永
磁铁N极B和永磁铁S极C沿所述缸体P轴线方向的长度；所述第六励磁线圈组W沿所述缸体P
轴线方向的长度＞所述多个永磁铁N极B和永磁铁S极C沿所述缸体P轴线方向的长度。这样
设置的好处是，可以保证行程活塞连杆X带动行程活塞T运行到缸体P的指定位置，以完成六
个工作冲程。
参见图2A，本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机，行程活塞连杆X悬
浮在缸体内的工作原理为：
控制第五励磁线圈组V中奇数号励磁线圈和第六励磁线圈组W中偶数号励磁线圈
通入第一反向的直流电，控制第五励磁线圈组V中偶数号励磁线圈和第六励磁线圈组W中奇
数号励磁线圈通入第二方向的直流电；
各励磁线圈产生的磁场如图2B所示，根据“同性磁极相互排斥、异性磁极相互吸
引”的原则，可知第五励磁线圈组V和相对设置的多个永磁铁N极B和永磁铁S极C相互排斥，
第六励磁线圈组W和相对设置的多个永久磁铁N极B和永磁铁S极C相互排斥，使得行程活塞
连杆X悬浮在缸体内。
可以理解的是，缸体P下部的第六励磁线圈组W对多个永久磁铁N极B和永久磁铁S
极C排斥力＝缸体P上部的第五励磁线圈组V对多个永久磁铁N极B和永久磁铁S极C的排斥力
+行程活塞连杆X重力+全部永磁铁N极B的重力+全部永磁铁S极C重力，缸体P左侧第五励磁
线圈组V对行程活塞连杆X的排斥力＝缸体P右侧第六励磁线圈组W对行程活塞连杆X的排斥
力时，行程活塞连杆X保持稳定悬浮在缸体内一个相对固定的位置。
参见图2B，同时给部分第五励磁线圈V和第六励磁线圈组W通入同向或不同方向的
直流电，由于通电后的第五励磁线圈V和第六励磁线圈组W对多个永磁铁N极B和永磁铁S极C
有吸引力，使得行程活塞连杆X能够在缸体内悬浮的同时左右移动(类似于悬浮式直线电机
的工作原理)。
需要说明的是，本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机，行程活塞工
作段的缸体内设置有多个霍尔传感器，用于检测第五励磁线圈组V相对于多个永磁铁N极B
和永磁铁S极C的位置，检测第六励磁线圈组W相对于多个永磁铁N极B和永磁铁S极C的位置，
以给各励磁线圈组中的各励磁线圈通入不同方向的直流电。
优选地，所述第三励磁线圈组A沿所述缸体P轴线方向的长度＝所述第四励磁线圈
组R沿所述缸体P轴线方向的长度，所述第一励磁线圈组U沿所述缸体P轴线方向的长度＝所
述第二励磁线圈组Q沿所述缸体P轴线方向的长度，所述第五励磁线圈组V沿所述缸体P轴线
方向的长度＝所述第六励磁线圈组W沿所述缸体P轴线方向的长度。
可以理解的是，这样设置的好处是，可以保证方形铁芯G带动工作活塞H，行程活塞
连杆X带动行程活塞T平稳地在缸体P内移动。
优选地，参见图1A，所述磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机，还包括圆形耐热橡胶密
封圈I，所述圆形耐热橡胶密封圈I设置在所述工作活塞H和/或行程活塞T上的环形凹槽内，
所述环形凹槽设置在所述工作活塞H或行程活塞T的周向。
可以理解的是，这样设置的好处是：用耐热橡胶密封圈I来减少可变气缸的漏气情
况，同时由于耐热橡胶密封圈I的存在，避免了活塞与可变气缸接触时产生摩擦而且损坏活
塞或可变气缸。
优选地，所述工作活塞H和行程活塞T皆包括依次用螺栓固定在一起的底层、隔热
涂层J和外层，所述底层、隔热涂层J和外层皆与所述缸体P的轴线垂直；所述环形凹槽设置
在所述底层边缘处，所述方形铁芯G与所述底层的中心点相连。
可以理解的是，因为耐热橡胶密封圈I的耐热能力有限，为了降温延长耐热橡胶密
封圈I的寿命，因此将活塞做成三明治结构，在底层和外层中间夹着一层隔热涂层J。
另外，本发明还提供了一种磁悬浮自由活塞式六冲程发电机，包括上述的磁悬浮
自由活塞式六冲程内燃机。
参见图3，本发明还提供了一种磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机控制方法，应用于
上述的磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机中，
分别给第三励磁线圈组A、第四励磁线圈组R、第五励磁线圈组V和第六励磁线圈组
W的各励磁线圈编号；
控制第三励磁线圈组A和第四励磁线圈组R通电，使铁芯带动工作活塞悬浮在缸体
内之后，执行以下步骤：
步骤S1、关闭电磁排气门M，打开限位电磁阀D，开始进气冲程；
步骤S2、当进气冲程结束后，关闭电磁进气门K，打开限位电磁阀D，启动压缩冲程；
步骤S3、当压缩冲程结束后，启动做功冲程；
步骤S4、当做功冲程结束后，启动二次压缩冲程；
步骤S5、当二次压缩冲程结束后，启动二次做功冲程；
步骤S6、当二次做功冲程结束后，打开限位电磁阀D，启动排气冲程。
优选地，所述控制第三励磁线圈组A和第四励磁线圈组R通电，使铁芯带动工作活
塞悬浮在缸体内，具体为：
控制第三励磁线圈组A中偶数号励磁线圈和第四励磁线圈组R中奇数号励磁线圈
通入第一方向的直流电，控制第三励磁线圈组A中奇数号励磁线圈和第四励磁线圈组R中偶
数号励磁线圈通入第二方向的直流电。
参见图1A，优选地，所述进气冲程包括如下步骤：
控制第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入同向直流电，以拉动工作活塞H向缸
体P首部移动；
控制第五励磁线圈组V中预设段的偶数号励磁线圈和第六励磁线圈组W中预设段
的奇数号励磁线圈通入第一方向的直流电，控制第五励磁线圈组V中预设段的奇数号励磁
线圈和第六励磁线圈组W中预设段的偶数号励磁线圈通入第二方向的直流电，以拉动行程
活塞T向缸体P首部移动；
当所述行程活塞到达第一左侧极限位置时，进气管道N正对缸体P上的进气口，驱
动限位电磁阀D向缸体P内移动，以卡住行程活塞连杆X保持在当前位置；
打开电磁进气门K，以使燃料和空气的混合气进入可变气缸Y；
当所述工作活塞H向缸体P首部移动并到达第一预设位置时，控制所述第一励磁线
圈F和第二励磁线圈S中通入不同方向的直流电，以迫使工作活塞H向缸体P首部移动时减
速，并在到达第二左侧极限位置时减速为零。
需要说明的是，若行程活塞T向缸体首部移动，本申请文件中的预设段是指第五励
磁线圈组V和第六励磁线圈组W中与行程活塞连杆X最右端的永磁体相对的励磁线圈到第五
励磁线圈组V和第六励磁线圈组W中最左端的励磁线圈这一段；若行程活塞T向缸体尾部移
动，预设段是指第五励磁线圈组V和第六励磁线圈组W中与行程活塞连杆X最左端的永磁体
相对的励磁线圈到第五励磁线圈组V和第六励磁线圈组W中最右端的励磁线圈这一段。
参见图4，所述压缩冲程包括如下步骤：
控制第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入的不同方向的直流电，以推动工作活
塞H和行程活塞T向缸体P尾部移动去压缩可变气缸Y中的燃料和空气的混合气；
当所述行程活塞T从第一左侧极限位置移动到中间预设位置，驱动限位电磁阀D向
缸体P内移动，以卡住行程活塞连杆X保持在当前位置；
当所述工作活塞H向缸体P尾部移动并到达第二预设位置时，控制第一励磁线圈F
和第二励磁线圈S中通入同向直流电，以迫使工作活塞H减速向缸体P尾部移动，并在到达第
二右侧极限位置时减速为零。
参见图5，所述做功冲程包括如下步骤：
控制火花塞L点燃燃料和空气的混合气产生高温高压气体，以推动工作活塞H向缸
体首部移动到第一预设位置；
控制所述第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入不同方向的直流电，以迫使工作
活塞H向缸体P首部移动时减速，并在到达第二左侧极限位置时减速为零。
参见图6，所述二次压缩冲程包括如下步骤：
控制第一磁线圈F和第二励磁线圈S中通入不同方向的直流电，以推动工作活塞H
和行程活塞T向缸体P尾部移动去压缩燃烧后的高温高压气体；
当行程活塞T从中间预设位置移动到第一右侧极限位置，驱动限位电磁阀D向缸体
P内移动，以卡住行程活塞连杆X保持在当前位置；
当所述工作活塞H向缸体P尾部移动并到达第二预设位置时，控制第一励磁线圈F
和第二励磁线圈S中通入同向直流电，以迫使工作活塞H减速向缸体P尾部移动，并在到达第
二右侧极限位置时减速为零。
参见图7，所述二次做功冲程包括如下步骤：
启动喷水嘴E喷水，以使喷入气缸内的水被高温高压气体迅速加热变成高温高压
水蒸气，进而推动工作活塞H向缸体首部移动到第一预设位置；
控制所述第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入不同方向的直流电，以迫使工作
活塞H向缸体P首部移动时减速，并在到达第二左侧极限位置时减速为零。
参见图8，所述排气冲程包括如下步骤：
控制第一励磁线圈F和第二励磁线圈S中通入的不同方向的直流电，以推动工作活
塞H向缸体P尾部移动；
打开限位电磁阀D，控制第五励磁线圈组V中预设段的偶数号励磁线圈和第六励磁
线圈组W中预设段的奇数号励磁线圈通入第一方向直流电，控制第五励磁线圈组V中预设段
的奇数号励磁线圈和第六励磁线圈组W中预设段的偶数号励磁线圈通入第二方向的直流
电，以拉动行程活塞T从第一右侧极限位置移动到中间预设位置，此时排气管道正对缸体P
上的排气口；
驱动限位电磁阀D向缸体P内移动，以卡住行程活塞连杆X保持在当前位置；
打开电磁排气门M，排出废气；
控制所述第一磁线圈F和第二励磁线圈S中通入不同方向的直流电，以迫使工作活
塞H向缸体P首部移动时减速，并在到达第一左侧极限位置时减速为零。
需要说明的是，本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六冲程内燃机，可以实现米
勒循环和奥拓循环双循环，节约燃料。
奥拓循环又称四冲程循环，内燃机热力循环的一种，为定容加热的理想热力循环。
1862年法国一位工程师首先提出四冲程循环原理，1876年德国工程师尼古拉斯·奥托利用
这个原理发明了发动机，因这种发动机具有转动平稳、噪声小等优良性能，对工业影响很
大，故把这种循环命名为奥托循环。
奥托循环的一个周期是由吸气过程、压缩过程、膨胀做功过程和排气过程这四个
冲程构成，首先活塞向下运动使燃料与空气的混合体通过一个或者多个气门进入气缸，关
闭进气门，活塞向上运动压缩混合气体，然后在接近压缩冲程顶点时由火花塞点燃混合气
体，燃烧空气爆炸所产生的推力迫使活塞向下运动，完成做功冲程，最后将燃烧过的气体通
过排气门排出气缸。由上述技术方案可知，本发明提供的这种磁悬浮自由活塞式六冲程内
燃机可以实现奥拓循环。
可以理解的是，发动机的做功，点火后混合气燃烧推动活塞下行，但到了下止点以
后，其实混合气的能量还远未释放完毕。按照奥托循环，此时就得打开排气门排气了，剩余
能量被白白的排放出去。不仅浪费，而且不环保。如果膨胀比变大呢？活塞会再往下运行一
段再到下止点，这样可以更有效地利用混合气的剩余能量，效率也自然更高，因此本发明提
供的技术方案在奥拓循环的基础上又加入了米勒循环。
汽油引擎作的功都是在爆发行程所产生，那如果这个爆发行程能一直持续，活塞
通过下止点的时间比较慢，就能尽量利用燃烧气膨胀的压力来产生功了。有一个称为膨胀
比的值，就是用来定义燃烧气体膨胀后容积与燃烧室容积的比值。米勒循环引擎就是一种
膨胀比大的引擎，代表了燃烧气体膨胀的比较多，做功比较大。
但是膨胀比大，也代表着压缩比的增加，压缩比一提高，爆震的问题很难避免，米
勒循环把进气时吸进来的气，又给偷偷的放了出去。在压缩冲程刚开始的时候，进气门其实
没有关闭，所以有一部分混合气就又回到了进气管中(本发明提供的技术方案在进气冲程
中，驱动行程活塞移动到第一左侧极限位置减小了可变气缸的容积，即相当于米勒循环中
将进气时吸进来的气又给放了出去，从而达到了米勒循环的效果)。这时，再利用原本就有
的10:1的高压缩比进行做功冲程，就产生了如此大的动力。因为压缩行程时，真正被压缩的
混合气其实没有这么多，实际上的压缩比没有膨胀比这么高，藉此也有效避免掉了爆震的
问题。
可以理解的是，内燃机在运行米勒循环时动力较奥托循环时有所降低但燃料经济
性有所提高。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种
形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技
术方案，均落在本发明的保护范围之内。术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第
六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“多个”指两个或两个以
上，除非另有明确的限定。