CN115750082A

CN115750082A - 一种对置活塞式自增压自由活塞发电装置

Info

Publication number: CN115750082A
Application number: CN202211588089.9A
Authority: CN
Inventors: 徐照平; 张智龙; 邓凯强; 刘梁
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2022-12-12
Publication date: 2023-03-07

Abstract

本发明公开了一种对置活塞式自增压自由活塞发电装置，包括空气弹簧、直线电机定子、气缸、进气口、火花塞、空气弹簧活塞组件、扫气室B、气缸活塞组件、中央燃烧室、扫气室A、连通道、扫气道、喷油器、排气口、直线电机动子和补气口等；所述空气弹簧布置在装置的最外端；所述直线电机布置在气缸和空气弹簧之间；所述气缸活塞组件将气缸内部的空腔分为扫气室和中央燃烧室；所述扫气室可通过扫气道与燃烧室相连通；本发明的对置活塞式自增压自由活塞发电装置无需任何外部设备便能实现自增压式直流扫气，结构简单，集成度高，可大幅改善自由活塞发动机的扫气效果。

Description

一种对置活塞式自增压自由活塞发电装置

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种对置活塞式自增压自由活塞发电装置。

背景技术

换气过程一直来都是困扰二冲程发动机进一步发展的重要原因之一，换气质量的好坏直接影响自由活塞发动机的动力性、经济性及工作稳定性。

自由活塞发动机取消了曲柄连杆机构，使得活塞的运动不再受到曲轴的限制，因其结构紧凑、质量轻、燃料适用性强和热效率高等优点受到越来越多的国内外学者的青睐，是一种新型动力装置。因为直流扫气系统具有更好的扫气效果，所以对置活塞式自由活塞发动机大多采用直流扫气的方式。而直流扫气式发动机必须借助增压进气来完成扫气。自由活塞发动机的突出特点之一就是其整体结构十分紧凑，如果外接增压设备来为其增压供气，一方面会额外增加其功耗和成本等，另一方面则会大大增加发动机整体体积。所以设计一套能够不需要借助外部设备就能完成增压进气的系统非常重要且有意义深远。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对置活塞式自增压自由活塞发电装置，以克服现有技术中自由活塞发动机增压进气需要额外配备外部增压设备，发动机集成度不高，增压器功耗大，成本高和体积庞大的缺陷。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种对置活塞式自增压自由活塞发电装置，包括：

气缸，对称设置在气缸两侧的空气弹簧，以及设置在气缸和空气弹簧之间的直线电机，用于将动能转化为电能；

所述气缸内对称的设有气缸活塞组件，气缸活塞组件与对应侧的直线电机动子、空气弹簧活塞组件耦合在一起；

所述气缸内部的空腔被两个气缸活塞组件分隔为三个腔室：位于中间的中央燃烧室和左右两侧的扫气室；

所述中央燃烧室上设有喷油器、火花塞和排气口；

所述扫气室上设有进气口，用于向扫气室内补气；

两个扫气室能够与中央燃烧室连通，当气缸活塞组件位于内止点时，进气口开启，两个扫气室与燃烧室不连通，排气口关闭；当气缸活塞组件位于外止点时，两个扫气室与燃烧室，排气口打开，将两个扫气室内被压缩的空气补充至中央燃烧室，并将中央燃烧室内的燃烧废气从排气口排出。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

(1)自增压式进气：利用活塞自身的运动规律，加以合理的设置各个气口的位置，扫气室可以帮助发动机自身实现进气增压，而不需要借助任何外部设备；

(2)直流扫气：扫气道和排气口分别置于气缸左右两侧，气流路径总体呈“一”字，扫气方式直流扫气，换气效率高，废气清洁更彻底；

(3)集成度高：连通道和扫气道可设置在气缸壁上，发动机结构紧凑，体积小；

(4)结构简单：扫气室直径和燃烧室直径保持一致，结构简洁，制作方便。

附图说明

图1为本发明的自由活塞发电装置俯视结构示意图。

图2为本发明的自由活塞发电装置正视结构示意图。

图3为本发明实施例1的气缸活塞位于外止点时的自由活塞发动机俯视示意图。

图4为本发明实施例1的气缸活塞位于外止点时的自由活塞发动机正视示意图。

图5为本发明实施例1的气缸活塞位于内止点时的自由活塞发动机俯视示意图。

图6为本发明实施例1的气缸活塞位于内止点时的自由活塞发动机正视示意图。

图7为本发明实施例2的自由活塞发动机俯视示意图。

图8为本发明实施例3的自由活塞发动机俯视示意图。

图中，1、空气弹簧，2、直线电机定子，3、气缸，4、进气口，5、火花塞件，6、空气弹簧活塞组件，7、扫气室B，8、气缸活塞组件，9、中央燃烧室，10、扫气室A，11、连通道，12、扫气道，13、喷油器，14、排气口，15、直线电机动子，16、补气口。

具体实施方式

实施例1

结合图1至图6，本实施例的一种对置活塞式自增压自由活塞发电装置，包括空气弹簧1、直线电机定子2、气缸3、进气口4、火花塞5、空气弹簧活塞组件6、扫气室B 7、气缸活塞组件8、中央燃烧室9、扫气室A10、连通道11、扫气道12、喷油器13、排气口14、直线电机动子15和补气口16。空气弹簧1对称的布置在整个装置最外端，每个空气弹簧上都设置有补气口16；两个直线电机2紧邻气缸对称布置，直线电机2位于气缸3和对应侧的空气弹簧1之间；气缸活塞组件8、直线电机动子15和空气弹簧活塞组件6被耦合在一起，三者始终一起做往复直线运动；气缸3内部的空腔被水平同轴布置的两个完全一样的气缸活塞组件8分隔为三个腔室，两个气缸活塞组件8之间的腔室为中央燃烧室9，剩余左右两个腔室分别为扫气室A10和扫气室B 7；中央燃烧室9一端可通过扫气道12与扫气室A10相连通，另一端和设置在气缸3上的排气口14相连通；气缸3上对应扫气室A10和扫气室B 7上各设置有进气口4，两个扫气室之间通过连通道11相互连通；连通道11和扫气道12设置在气缸3上；喷油器13和火花塞5均布置在气缸3中点处。

优选的，当扫气道12和排气口14都开启时，气流从中央燃烧室的左侧流入右侧流出，可实现直流扫气。扫气道12可直接设置在气缸壁面上或者独立于气缸设置。当气缸活塞组件8从内止点向外止点运动时，在进气口4关闭之后，扫气道12开启之前，扫气室A和扫气室B内的气体被压缩，可实现气体增压。扫气室A和扫气室B的直径与中央燃烧室的直径保持一致。扫气室A和扫气室B之间可通过连通道11相互连通，连通道始终畅通。连通道可直接设置在气缸壁面上或者独立于气缸设置。当气缸活塞组件8运动到内止点时，进气口4恰好完全开启。进气口4可布置在同一纵截面内，也可布置在不同纵截面内。进气口4可以是两个或者多个。当气缸活塞组件8运动到外止点时，扫气道12恰好完全开启。连通道11和扫气道12可设置在同一个纵截面内，也可设置在不同纵截面内。连通道11和扫气道12均为“U”形。

为了更清楚的解释本发明所提出的对置活塞式自增压自由活塞发电装置，下面结合工作过程作进一步说明。

空气弹簧1对称的布置在系统最外端，每个空气弹簧上都设置有补气口；直线电机紧邻气缸对称布置；气缸活塞组件8、直线电机动子15和空气弹簧活塞组件6被偶合在一起。本发明的自由活塞发动机为二冲程发动机，在膨胀行程时，燃料燃烧推动气缸活塞组件8向外止点运动，进而带动直线电机动子15和气缸活塞组件8一起运动；直线电机动子15相对直线电机定子移动切割磁感线将动能转化为电能，空气弹簧1压缩空气将动能转化为弹性势暂时存储起来。在压缩行程时，空气弹簧1的弹性势能被释放，推动直线电机动子15和气缸活塞组件8向内止点运动；直线电机动子15仍然切割磁感线将动能转化为电能，气缸活塞组件8压缩中央燃烧室9内的气体，为燃烧做准备。

两个气缸活塞组件8在气缸3的内、外止点之间对称的做水平往复直线运动，两个气缸活塞组件8的位置在运动过程中始终关于气缸3中点对称。当气缸活塞组件8运动到内止点时，扫气道12和排气口14已被关闭，两个进气口4恰好完全开启，新鲜空气从两个进气口4分别流入扫气室A10和扫气室B 7，两扫气室内的空气得以补充；然后，气缸活塞组件8向外止点运动，进气口4被逐渐关闭，在扫气道12尚未开启之前，扫气室A10和扫气室B 7内的新鲜充量被压缩，两扫气室内的气体压力得以提高；之后，气缸活塞组件8继续向外止点运动，排气口14和扫气道12先后开启，扫气室A10内的增压空气直接充入中央燃烧室9，扫气室B 7内的增压空气先后经连通道11、扫气室A10和扫气道12充入中央燃烧室9，将中央燃烧室9内的燃烧废气从排气口14驱逐出的同时为其补充新鲜空气，当气缸活塞组件8运动到外止点时，扫气道12恰好完全开启；最后，气缸活塞组件8向内止点运动，扫气道12和排气口14先后关闭，进气口4逐渐重新开启，其间喷油器13和火花塞5分别进行喷油和点火；如此便完成一个完整的换气循环。值得注意的是连通道11始终处于开启状态，扫气室A10和扫气室B 7之间始终进行着气体交换。

实施例2

结合图7，实施例2与实施例1的主要区别在于，实施例2中扫气室A10和扫气室B 7不再设有连通道11，而是将两个扫气室通过两个扫气道12分别直接与中央燃烧室9相连。

实施例3

结合图8，实施例3与实施例1的主要区别在于，实施例3不再设置两个气道，而是直接利用一个扫气道12将扫气室A10、扫气室B 7和中央燃烧室9之间相互连通起来。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种对置活塞式自增压自由活塞发电装置，其特征在于，包括：

所述中央燃烧室上设有喷油器、火花塞和排气口；

所述扫气室上设有进气口，用于向扫气室内补气；

两个扫气室能够与中央燃烧室连通，当气缸活塞组件位于内止点时，进气口开启，两个扫气室与燃烧室不连通，排气口关闭；当气缸活塞组件位于外止点时，两个扫气室与燃烧室连通，排气口打开，将两个扫气室内被压缩的空气补充至中央燃烧室，并将中央燃烧室内的燃烧废气从排气口排出。

2.根据权利要求1所述的对置活塞式自增压自由活塞发电装置，其特征在于，中央燃烧室通过扫气道与其中一个扫气室相连通，两个扫气室之间通过连通道相互连通。

3.根据权利要求1所述的对置活塞式自增压自由活塞发电装置，其特征在于，两个扫气室分别通过一个扫气道与中央燃烧室相连。

4.根据权利要求1所述的对置活塞式自增压自由活塞发电装置，其特征在于，通过一个扫气道将扫气室、扫气室和中央燃烧室之间相互连通起来。

5.根据权利要求1所述的对置活塞式自增压自由活塞发电装置，其特征在于，扫气室的直径与中央燃烧室的直径保持一致。

6.根据权利要求1所述的对置活塞式自增压自由活塞发电装置，其特征在于，进气口为两个或者多个。