一種具有雙級活塞的自然吸氣式自由活塞內燃發(fā)電的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了具有雙級活塞的自然吸氣式自由活塞內燃發(fā)電機，屬于能源動力【技術領域】。發(fā)電機包括連桿，永磁體、線圈、鐵芯、殼體、第一級活塞、氣缸體、掃氣箱、第二級活塞和通氣管；連桿的兩端分別固定連接第一級活塞，兩端的第一級活塞與氣缸體配合，連桿的中段設置永磁體，永磁體和線圈、鐵芯以及殼體組成直線電機；掃氣箱同軸位于永磁體的端面與第一級活塞之間，掃氣箱一端開放且一端封閉，開放端朝向第一級活塞；第二級活塞固定在連桿上并與掃氣箱配合，通氣管將氣缸體的進氣門與掃氣箱的內腔連通。本發(fā)明將掃氣箱部分同氣缸體部分分開后采用了雙級活塞進行壓縮換氣，能夠根據(jù)需要改變掃氣箱內活塞的壓縮面積，實現(xiàn)掃氣容積變化率的可變。
【專利說明】一種具有雙級活塞的自然吸氣式自由活塞內燃發(fā)電機

【技術領域】
[0001]發(fā)明涉及一種能源動力工程機械裝置，具體涉及一種具有雙級活塞的自然吸氣式自由活塞內燃發(fā)電機，屬于能源動力【技術領域】。

【背景技術】
[0002]自由活塞式內燃發(fā)電機(以下簡稱FPEG)是從20世紀30年代逐步發(fā)展起來的一種新型動力裝置，它取消了曲柄連桿機構，活塞僅做往復直線運動，且行程不受機械約束，結合了內燃機和直線感應電動機彼此的技術特點，作為一種新型發(fā)電機理念而備受關注。該裝置的結構示意如附圖1所示，利用直線電機固定連接兩個臥置內燃機。當左缸內進行燃燒做膨脹沖程時，活塞右行，壓縮右缸內氣體，使右缸進入壓縮沖程；當活塞達到本循環(huán)的上止點時，右缸開始點火燃燒繼而進入膨脹沖程；如是，活塞帶動磁棒在直線電機中進行往復運動，切割直線電機的磁力線產(chǎn)生感應電動勢，對外輸出電能。
[0003]由于動力輸出結構差異，自然吸氣式二沖程自由活塞內燃機與傳統(tǒng)二沖程內燃機換氣過程相比存在明顯不同。對于傳統(tǒng)內燃機用于輸出動力的曲柄連桿機構在掃氣箱內，不存在金屬實體進出掃氣箱，故活塞上下止點的掃氣箱容積差即為該發(fā)動機的排量，如圖2(a)所示。FPEG則以直線電機的動子磁棒作為活塞連接件并切割磁感線輸出電能，而磁棒為部分而非全部在掃氣箱內，繼而在活塞運動過程中，磁棒連接件隨動而進出掃氣箱，從而使上下止點掃氣箱容積差小于發(fā)動機排量，實際容積差應為排量與磁棒滿行程露出掃氣箱的體積之差，如圖2(b)所示。該差異直接導致FPEG相比于傳統(tǒng)內燃機在氣過程中掃氣箱的容積變化率的減小，將掃氣箱內氣體變化看做絕熱多變過程，則有Ps-Vsγ = C，對之求導
dps ps dVs.，ir = —r.T；.1 SiM失口，輸變#輔,JM吏的馳誠力雜輔,J、，麵弓咆換氣時瞬時掃氣流量的的衰減，使得FPEG的換氣過程不如同缸徑同行程的傳統(tǒng)二沖程內燃機充分。對于FPEG，為保證換氣過程中掃氣箱有足夠大的容積變化率，開發(fā)一種新式的換氣結構尤為必要。


【發(fā)明內容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種具有雙級活塞的自然吸氣式自由活塞內燃發(fā)電機，將掃氣箱部分同氣缸體部分分開后采用了雙級活塞進行壓縮換氣，能夠根據(jù)需要改變掃氣箱內活塞的壓縮面積，從而實現(xiàn)掃氣容積變化率的可變。
[0005]一種具有雙級活塞的自然吸氣式自由活塞內燃發(fā)電機，包括連桿，永磁體、線圈、鐵芯、殼體、第一級活塞、氣缸體、掃氣箱、第二級活塞和通氣管；
[0006]其整體連接關系為:所述連桿的兩端分別固定連接第一級活塞，兩端的第一級活塞與氣缸體配合，連桿的中段設置永磁體，永磁體和線圈、鐵芯以及殼體組成直線電機；掃氣箱同軸位于永磁體的端面與第一級活塞之間，掃氣箱一端開放且一端封閉，開放端朝向第一級活塞；第二級活塞固定在連桿上并與掃氣箱配合，通氣管將氣缸體的進氣門與掃氣箱的內腔連通。
[0007]進一步的，所述掃氣箱通過單向閥連接化油器；
[0008]進一步的，所述第二級活塞與掃氣箱配合的外圓周面上裝有氣環(huán)，用于實現(xiàn)第二級活塞兩側空間內氣體的密封。
[0009]工作過程和原理:
[0010]1、冷機啟動過程:
[0011 ] 冷機啟動過程通過上位機給直線電機的電磁線圈施加一定大小的啟動電流,從而產(chǎn)生作用在永磁體上的電磁力；在電磁力的驅動下，連桿帶動第一級活塞、第二級活塞和永磁體組成的活塞組件往復運動，并且運動位移幅值逐漸增加。經(jīng)過一定時間后，當活塞組件的位移幅值達到啟動過程的點火位置且往復頻率達到可進行啟動的最低頻率時，點火系統(tǒng)被觸發(fā)，直線電機轉換為被動發(fā)電狀態(tài)，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。
[0012]2、正常運行過程:
[0013]自由活塞內燃發(fā)電機的兩個氣缸體內部分輪流爆發(fā)燃燒，推動活塞組件進行直線運動。當左側氣缸體內的第一級活塞位于上止點時，氣缸體內燃燒產(chǎn)生的高壓氣體推動整個活塞組件向右運動。此時左側掃氣箱的第二級活塞壓縮掃氣箱內的新鮮混合氣；而右側掃氣箱則在第二級活塞右行運動的作用下產(chǎn)生真空度，通過單向閥，從化油器端吸入新鮮混合氣。隨著第一級活塞右行，左側氣缸體的排氣門打開，氣體在氣缸體內壓力作用下自由排氣。隨之左側氣缸體的進氣門打開，新鮮混合氣則在同側掃氣箱相對較高的掃氣壓力下被壓入氣缸體，左側氣缸體實現(xiàn)換氣；當左側氣缸體內的第一級活塞處于下止點時，右側氣缸體內氣體爆發(fā)產(chǎn)生壓力推動活塞組件左行。如此往復運動，整個運動過程中磁棒切割磁感線，對外輸出電能。
[0014]有益效果:
[0015]1、本發(fā)明采用將掃氣箱和缸套分離的結構方式，第一級活塞與傳統(tǒng)活塞無差別，第二級活塞壓縮從氣缸體上脫離的掃氣箱中的氣體，由于使用第二級活塞的壓縮面積大于直接將連桿連在第一級活塞上的壓縮面積，可明顯改善換氣效果。
[0016]2、本發(fā)明中壓縮掃氣箱的第二級活塞面積不受限于原來的只能等于活塞底面面積減去連桿截面積，而是可以根據(jù)設計需要任意改變其壓縮面積，因此實現(xiàn)了掃氣箱容積變化率的可變。
[0017]3、本發(fā)明將氣缸體同掃氣箱腔分離,從而有效避免了廢氣從氣缸體內向掃氣箱內的泄露。
[0018]4、本發(fā)明掃氣箱容積變化率的加大使掃氣箱進氣時真空度相應增大，從而使掃氣箱通過化油器系統(tǒng)的進氣更加充分。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有技術中自由活塞內燃發(fā)電機的結構示意圖；
[0020]圖2為傳統(tǒng)二沖程內燃機與FPEG上下止點容積差示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明的整體結構示意圖。
[0022]其中，1-連桿,2-永磁體、3-線圈、4-鐵芯、5-殼體、6_第一級活塞、7_氣缸體、8-掃氣箱、9-第二級活塞、10-通氣管、11-排氣門、12-進氣門。

【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0024]如附圖3所示，本發(fā)明提供了一種具有雙級活塞的自然吸氣式自由活塞內燃發(fā)電機，包括連桿I，永磁體2、線圈3、鐵芯4、殼體5、第一級活塞6、氣缸體7、掃氣箱8、第二級活塞9和通氣管10 ；
[0025]其整體連接關系為:所述連桿I的兩端分別固定連接第一級活塞6，兩端的第一級活塞6與氣缸體7配合，連桿I的中段設置永磁體2，永磁體2和線圈3、鐵芯4以及殼體5組成直線電機；掃氣箱8同軸位于永磁體2的端面與第一級活塞6之間,掃氣箱8 —端開放且一端封閉，開放端朝向第一級活塞6，連桿I穿過掃氣箱8的封閉端，掃氣箱8通過單向閥連接化油器；第二級活塞9固定在連桿I上并與掃氣箱8配合，第二級活塞9與掃氣箱8配合的外圓周面上裝有氣環(huán)，通氣管10將氣缸體7的進氣門11與掃氣箱8的內腔連通。
[0026]工作過程和原理:
[0027]1、冷機啟動過程:
[0028]冷機啟動過程通過上位機給直線電機的電磁線圈施加一定大小的啟動電流，從而產(chǎn)生作用在永磁體2上的電磁力；在電磁力的驅動下，連桿I帶動第一級活塞6、第二級活塞9和永磁體2組成的活塞組件往復運動，并且運動位移幅值逐漸增加。經(jīng)過一定時間后，當活塞組件的位移幅值達到啟動過程的點火位置且往復頻率達到可進行啟動的最低頻率時，點火系統(tǒng)被觸發(fā)，直線電機轉換為被動發(fā)電狀態(tài)，系統(tǒng)進入正常工作狀態(tài)。
[0029]2、正常運行過程:
[0030]自由活塞內燃發(fā)電機的兩個氣缸體7內部分輪流爆發(fā)燃燒，推動活塞組件進行直線運動。當左側氣缸體7內的第一級活塞6位于上止點時，氣缸體7內燃燒產(chǎn)生的高壓氣體推動整個活塞組件向右運動。此時左側掃氣箱8的第二級活塞壓縮掃氣箱8內的新鮮混合氣；而右側掃氣箱8則在第二級活塞9右行運動的作用下產(chǎn)生真空度，通過單向閥，從化油器端吸入新鮮混合氣。隨著第一級活塞6右行,左側氣缸體7的排氣門打開,氣體在氣缸體7內壓力作用下自由排氣。隨之左側氣缸體7的進氣門打開，新鮮混合氣則在同側掃氣箱8相對較高的掃氣壓力下被壓入氣缸體7，左側氣缸體7實現(xiàn)換氣；當左側氣缸體7內的第一級活塞6處于下止點時，右側氣缸體7內氣體爆發(fā)產(chǎn)生壓力推動活塞組件左行。如此往復運動,整個運動過程中磁棒切割磁感線,對外輸出電能。
[0031]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種具有雙級活塞的自然吸氣式自由活塞內燃發(fā)電機，其特征在于，包括:包括連桿(I)，永磁體(2)、線圈(3)、鐵芯(4)、殼體(5)、第一級活塞(6)、氣缸體(7)、掃氣箱(8)、第二級活塞O)和通氣管(10)； 其整體連接關系為:所述連桿(I)的兩端分別固定連接第一級活塞￠)，兩端的第一級活塞(6)與氣缸體(7)配合，連桿⑴的中段設置永磁體(2)，永磁體⑵和線圈(3)、鐵芯(4)以及殼體(5)組成直線電機；掃氣箱(8)同軸位于永磁體(2)的端面與第一級活塞(6)之間，掃氣箱(8) —端開放且一端封閉，開放端朝向第一級活塞(6)，連桿(I)穿過掃氣箱(8)的封閉端，；第二級活塞(9)固定在連桿(I)上并與掃氣箱(8)配合，通氣管(10)將氣缸體(7)的進氣門(11)與掃氣箱(8)的內腔連通。
2.如權利要求1所述的具有雙級活塞的自然吸氣式自由活塞內燃發(fā)電機，其特征在于，所述掃氣箱(8)通過單向閥連接化油器。
3.如權利要求1或2所述的具有雙級活塞的自然吸氣式自由活塞內燃發(fā)電機，其特征在于，所述第二級活塞(9)與掃氣箱(8)配合的外圓周面上裝有氣環(huán)。
【文檔編號】F02B75/28GK104196623SQ201410367680
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月29日 優(yōu)先權日:2014年7月29日
【發(fā)明者】劉福水, 姜一通, 王道靜, 張長嶺 申請人:北京理工大學