[发明专利]一种被动进气式内燃直线电磁能量转换装置有效

专利信息
申请号: 201110004584.6 申请日: 2011-01-11
公开(公告)号: CN102052149A 公开(公告)日: 2011-05-11
发明(设计)人: 冯慧华;袁晨恒;田春来;左正兴;田小飞 申请(专利权)人: 北京理工大学
主分类号: F02B63/04 分类号: F02B63/04;F02B3/06;F02B21/00;F02F3/00;F02P11/00
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摘要:
搜索关键词: 一种 被动 进气式 内燃 直线 电磁 能量 转换 装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种被动进气式内燃直线电磁能量转换装置,属于热能与动力工程技术领域。

背景技术

自由活塞式内燃直线发电装置是自由活塞式内燃发动机和直线发电机耦合之后形成的一种新型能量转换装置。目前研究的内燃直线发电装置原动力——内燃机部分普遍采用二冲程式内燃机,进排气采用类似二冲程的扫气口扫气方式,扫气效果差,同时伴随着恶劣的燃烧情况。而且,由于进气门和进气道的布置使得发电机不能布置在汽缸周围,无形中增大了整个装置的轴向长度,另外进、排气门均布置在汽缸盖上还会促使汽缸盖热负荷加大,进气和排气相互干涉,出现进排气不畅等缺点。

近年来,人们一直在致力于寻求一种良好进排气过程的自由活塞式内燃发电机,以期解决上面提到的各种问题,为此做了大量的研究工作。美国西弗吉尼亚大学的克里斯托弗发明了一种进排气口在汽缸两侧的内燃直线发电机,可以利用进气的惯性来促进排气,但其燃烧室密封难以解决,低速运转动力性差,整机可靠性差。南京理工大学发明一种四冲程式内燃直线发电机,采用四冲程循环,将扫气过程作为单独冲程存在,虽然部分地提高了扫气效果,但四冲程相比较二冲程而言,相对单位周期做功次数降低为一半,单位周期功率也随之降低,人为地降低了自由活塞发电机功率密度。除此之外,还有一些类似的发明,例如进排气口分布于汽缸的同侧,会出现进排气相互耦合、换气不畅的问题,且工艺难度高,特别是燃烧室空间过小的时候,热负荷会很高,造成整机可靠性差,热效率低,难以产品实用化。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足,解决当前内燃直线电动机的耗油量大、排放差、进排气不匹配和工艺难的问题,提出一种被动进气式内燃直线电磁能量转换装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种被动进气式内燃直线电磁能量转换装置,由汽缸、活塞、进气门、被动式进气阀门、万向联轴杆、保护弹簧、单向进气阀门、线圈绕组初级、永磁体式次级及支架、高压共轨喷油器和排气门电子控制系统组成,其外围设备为尾气涡轮增压器和固定用基座,其连接关系为:

排气门安装于汽缸顶部正中的排气道;高压共轨喷油器安装于排气门侧面;活塞安装在汽缸内部,二者的圆周接触端面装有活塞环;活塞内部设计有两个进气道,每个进气道均安装有进气门和被动式进气阀门,每个被动式进气阀门上装有回复弹簧,进气门和被动式进气阀门之间为刚性连接,被动式进气阀门控制进气门的开启或关闭,被动式进气阀门的动作是通过燃烧室和压气箱的压力以及回复弹簧的弹力来控制的,当压气箱的压力减去燃烧室的压力能够回复弹簧的弹力时,被动式进气阀门动作带动进气门处于开启状态,否则进气门处于关闭状态;活塞通过万向联轴杆与线圈绕组初级刚性连接,其中万向连轴杆穿过汽缸底部的通孔,且万向连轴杆在汽缸内部分的外部围绕有保护弹簧,弹簧的弹力可以控制活塞时之不能直接撞击汽缸;压气箱侧面带有进气口,进气口内安装单向进气阀,并与外部尾气涡轮增压器的输出相连接;线圈绕组初级外部有永磁体次级及支架,永磁体次级固定于支架上,支架与汽缸都固定外部的基座上;

上述燃烧室所指为汽缸顶部至活塞上部的空间,压气箱所指为汽缸底部至活塞下部的空间。

本发明的一种被动进气式内燃直线电磁能量转换装置,其工作过程包括冷机启动过程和运行过程;在冷机启动过程中,线圈绕组初级和永磁体次级作为电动机工作;在工作过程中,当活塞向上止点运动过程中线圈绕组初级和永磁体次级作为电动机工作,当活塞向下止点运动过程中线圈绕组初级和永磁体次级作为电动机工作;其工作过程分别为:

1)冷机启动过程。本装置的启动过程类似于柴油机,启动过程中需要借助于外力,此时线圈绕组初级和永磁体次级作为电动机工作,启动时线圈绕组初级在电动机的外力作用下作直线运动,带动活塞向下运动压缩压气箱和保护弹簧;压气箱内的气压升高,当压气箱内的气压高于燃烧室内的气压达到被动式进气阀门的开启压力后,被动式进气阀门就会带动进气门一起打开,压气箱向燃烧室内喷射出空气;当活塞运动到下止点时,线圈绕组初级和永磁体次级的工作方式为电动机方式,电动机推动活塞向上止点运动,并压缩燃烧室内的空气,当压气箱与汽缸内压力差不足以克服被动式进气阀门上的回复弹簧的弹簧力时,回复弹簧带动被动式进气阀门动作,进气门闭合;当压气箱内部气压低于汽缸外部气压的数值超过单向进气阀的开启压力时,单向进气阀自动开启,向压气箱内输送空气,完成进气过程;当活塞运动到上止点时,安装在汽缸盖上的喷油器向燃烧室内喷射高压燃油并被压缩燃烧,冷机启动过程完成;

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