CN103334836B - 一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块 - Google Patents

一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块，属于能源动力技术领域。具体包括回流扫气系统、椭圆截面气缸、双燃烧室椭圆截面活塞、缸盖、第一喷油器、第二喷油器。其中，回流扫气系统含多个扫气道、排气道；双燃烧室椭圆截面活塞在顶面上布置有第一燃烧室凹坑和第二燃烧室凹坑；能完整解决压燃式对置双缸回流扫气式自由活塞内燃发电机的运动组件轴向滚转问题，并能够将回流扫气系统产生的两个涡流分离，使其分别在两个燃烧室内单向吹散油束，加强油气混合，提高压燃式自由活塞内燃发电机性能。

Description

一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块
技术领域
本发明涉及一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块，属于能源动力技术领域。
背景技术
在日益严峻的能源问题和环境问题背景下，传统曲柄连杆式发动机的经济性能和环保性能一直在不断提高。但是出于自身的机械布局原因，其性能提高变得越来越困难，所付出的代价也日趋高昂。因此，人们一直在试图寻找具有高效率、环境友好特征的新型动力系统布局方案。
自由活塞内燃发电机就是在这一技术发展背景条件下应运而生的一种新型动力系统，构型分为内燃模块和发电模块。它将自由活塞式内燃机和直线电机相结合，缩短了功率流链条，对提高整体系统经济性具有重大意义。所以被认为在未来具有广阔的应用前景和深远的发展潜力。
在诸多自由活塞内燃发电机系统布局方案中，对置双缸方案是研究较深入的一种。同时，在子系统方面，扫气系统较多采用的回流扫气方案；燃烧系统各种工作方式中潜力较大的是压燃式。
然而，在目前已有的压燃式对置双缸回流扫气式自由活塞内燃发电机的研发过程中，发现回转体构型的运动组件存在沿轴向方向的滚转问题。同时回流扫气系统的气流特征和单燃烧室的喷油过程不相适应，油气混合质量还有可以进一步提高。因此需要寻求新的技术解决方案以消除相关问题、提升系统性能。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中压燃式对置双缸回流扫气式自由活塞内燃发电机的运动组件轴向滚转问题、回流扫气系统与燃烧系统之间匹配问题，提出一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块，包括回流扫气系统、椭圆截面气缸、双燃烧室椭圆截面活塞、缸盖、第一喷油器、第二喷油器。其中，回流扫气系统含多个扫气道、排气道；双燃烧室椭圆截面活塞在顶面上布置有第一燃烧室凹坑和第二燃烧室凹坑。
以上部件的连接关系为：双燃烧室椭圆截面活塞置于椭圆截面气缸内，能沿气缸轴向自由移动，其底端与自由活塞内燃发电机系统动子相连；椭圆截面气缸、发电机系统动子、双燃烧室椭圆截面活塞共中心轴，且为轴对称结构；回流扫气系统的多个扫气道相对于椭圆截面气缸的短轴平面对称，排气道位于椭圆截面气缸侧面，其对称截面与椭圆截面气缸的短轴平面在同一平面上；双燃烧室椭圆截面活塞的第一燃烧室凹坑和第二燃烧室凹坑相对于椭圆截面气缸的短轴平面对称；缸盖安装在椭圆截面气缸远离动子的一端；第一喷油器与第二喷油器安装在缸盖上，其各自喷嘴轴线分别与第一燃烧室凹坑和第二燃烧室凹坑的轴线重合。所述短轴平面为通过气缸椭圆横截面之短轴并垂直于椭圆横截面的平面。
本发明的自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块，其作用方式为：在扫气阶段，椭圆截面气缸内废气从排气道流出，同时新鲜空气通过回流扫气系统的扫气道的导向作用进入气缸内，双燃烧室椭圆截面活塞上行，气体在气缸内交汇并形成相对于椭圆气缸的短轴平面对称的两个涡流；当双燃烧室椭圆截面活塞接近上止点时，两个涡流逐渐分别进入第一燃烧室凹坑和第二燃烧室凹坑，在第一喷油器与第二喷油器喷油时刻起单向吹散油束作用，完成内燃模块换气过程；非回转截面的气缸、活塞组合能防止运动组件出现轴向滚转。
一台压燃式对置双缸回流扫气式自由活塞内燃发电机系统应当在两侧同时对称安装本发明所述的自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块。
有益效果
本发明的一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块的气缸、活塞组合的横截面属于非回转截面，不会发生滚转，故完整解决了压燃式对置双缸回流扫气式自由活塞内燃发电机的运动组件轴向滚转问题。并能够将回流扫气系统产生的两个涡流分离，使其分别在两个燃烧室内单向吹散油束，加强油气混合，提高压燃式自由活塞内燃发电机性能。
附图说明
图1为本发明的自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块位于自由活塞内燃发电机中的总体布局示意图；
图2为实施例中自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块的三维外观示意图；
图3为实施例中自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块在椭圆截面气缸短轴平面上的剖面图；
图4为实施例中自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块在椭圆截面气缸长轴平面上的剖面图；
图5为实施例中本装置在喷油时刻前两个燃烧室内的气体流场图；
标号说明：1—第一喷油器；2—第二喷油器；3—椭圆截面气缸；4—排气道；5—双燃烧室椭圆截面活塞；6—扫气道；7—直线电机定子；8—直线电机动子；9—缸盖；10—第一燃烧室凹坑；11—第二燃烧室凹坑；12—喷油时刻前第一燃烧室凹坑内的涡流；13—喷油时刻前第二燃烧室凹坑内的涡流。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实施例对分发明作进一步说明
一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块，如图1所示，包括回流扫气系统、椭圆截面气缸3、双燃烧室椭圆截面活塞5、缸盖9、第一喷油器1、第二喷油器2。其中，回流扫气系统含扫气道6、排气道4，如图2所示；双燃烧室椭圆截面活塞在活塞顶面上布置有第一燃烧室凹坑10和第二燃烧室凹坑11，如图3和图4所示。
将双燃烧室椭圆截面活塞5置于椭圆截面气缸2内；回流扫气系统的扫气道6相对于椭圆截面气缸3的短轴平面对称，排气道4的对称截面与椭圆截面气缸3的短轴平面重合；双燃烧室椭圆截面活塞5的第一燃烧室凹坑10和第二燃烧室凹坑11相对于椭圆截面气缸3的短轴平面对称；第一喷油器1与第二喷油器2均安装在缸盖上，其各自喷嘴轴线分别与第一燃烧室凹坑10和第二燃烧室凹坑11的轴线重合。
在扫气阶段，椭圆截面气缸3内废气从排气道4流出，同时新鲜空气从回流扫气系统的扫气道6进入椭圆截面气缸3内，完成内燃模块换气过程；在换气过程中，气体通过椭圆截面气缸3两侧扫气道6的导向作用，在椭圆截面气缸3内交汇并形成相对于椭圆截面气缸3短轴平面对称的两个涡流。
根据发明技术方案，建立一个采用实施本发明技术法案的自由活塞内燃发电机实施例模型，其内燃模块的三维模型如图2至图4所示，其中气缸椭圆截面长轴长度为125mm、短轴长度为80mm、运动组件质量10.3kg、气缸有效长度89.2mm、最大行程130mm、电磁阻尼系数314.5、循环输入能量548.5J、燃烧起始距离5.5mm。
对该实施例进行仿真得到图5。如图所示，当双燃烧室椭圆截面活塞5上行接近上止点过程中、喷油时刻，前述两个涡流12、13分别进入第一燃烧室凹坑10和第二燃烧室凹坑11，在两个燃烧室凹坑内分别形成单向涡流，当喷油时起到单向吹散喷射油束的作用。
同时，椭圆截面的气缸、活塞组合防止运动组件出现轴向滚转问题。

Claims (3)

1.一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块，其特征在于：包括回流扫气系统、椭圆截面气缸、双燃烧室椭圆截面活塞、缸盖、第一喷油器、第二喷油器；其中，回流扫气系统含多个扫气道、排气道；双燃烧室椭圆截面活塞在顶面上布置有第一燃烧室凹坑和第二燃烧室凹坑；
以上部件的连接关系为：双燃烧室椭圆截面活塞置于椭圆截面气缸内，能沿气缸轴向自由移动，其底端与自由活塞内燃发电机系统动子相连；椭圆截面气缸、发电机系统动子、双燃烧室椭圆截面活塞共中心轴，且为轴对称结构；回流扫气系统的多个扫气道相对于椭圆截面气缸的短轴平面对称，排气道位于椭圆截面气缸侧面，其对称截面与椭圆截面气缸的短轴平面在同一平面上；双燃烧室椭圆截面活塞的第一燃烧室凹坑和第二燃烧室凹坑相对于椭圆截面气缸的短轴平面对称；缸盖安装在椭圆截面气缸远离动子的一端；第一喷油器与第二喷油器安装在缸盖上，其各自喷嘴轴线分别与第一燃烧室凹坑和第二燃烧室凹坑的轴线重合；所述短轴平面为通过气缸椭圆横截面之短轴并垂直于椭圆横截面的平面。
2.根据权利要求1所述的一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块，其特征在于：在扫气阶段，椭圆截面气缸内废气从排气道流出，同时新鲜空气通过回流扫气系统的扫气道的导向作用进入气缸内，双燃烧室椭圆截面活塞上行，气体在气缸内交汇并形成相对于椭圆气缸的短轴平面对称的两个涡流；当双燃烧室椭圆截面活塞接近上止点时，两个涡流逐渐分别进入第一燃烧室凹坑和第二燃烧室凹坑，在第一喷油器与第二喷油器喷油时刻起单向吹散油束作用，完成内燃模块换气过程；非回转体截面的气缸、活塞组合能防止运动组件出现轴向滚转。
3.根据权利要求1所述的一种自由活塞内燃发电机双燃烧室椭圆气缸内燃模块，其特征在于：对置双缸同时对称安装在压燃式对置双缸回流扫气式自由活塞内燃发电机系统两侧。
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