[发明专利]一种二冲程高膨胀比自由活塞内燃发电机

说明书

本发明涉及一种二冲程高膨胀比自由活塞内燃发电机，属于能源动力领域。主要包括：自由活塞发动机、直线发电机、连接杆。活塞开设有多个进气道，每个进气道上安装有进气门，进气门垫片与活塞之间装有进气门弹簧与进气门阻尼。通过调整进气门垫片与气缸底部相对位置及进气门阻尼阻尼系数优化进气门开启与关闭时刻，在二冲程自由活塞发动机上实现了低压缩比、高膨胀比，进一步提高了循环热效率。

技术领域

本发明涉及一种能源动力工程机械装置，具体涉及一种二冲程高膨胀比自由活塞内燃发电机，属于能源动力领域。

背景技术

近年来，人们一直在致力于寻求一种能量转换效率高的内燃发电装置，其中，自由活塞内燃发电机是自由活塞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，它将自由活塞与直线发电机次级直接固连，形成唯一的运动部件——活塞组件。系统运行时，缸内气体燃烧膨胀作功，推动活塞并带动动子运动，继而产生电能，最终通过较短的传递路径将燃料化学能直接转换为电能。它具有众多潜在性能优势，如机械摩擦损失少，结构紧凑体积小，能量传递路径短等。目前的自由活塞发电机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换气方式,换气效果较差。另外，由于自由活塞发动机活塞在上止点加速度大，燃烧放热过程等容度低，后燃严重,指示热效率相比曲轴式发动机较低。

理论上，如果自由活塞发动机工作循环中膨胀行程大于压缩行程，则燃料燃烧产生的热量可以更多地转化为机械能对外输出。对于传统二冲程发动机，扫气口位置是固定的，膨胀比与压缩比相等，限制了热效率的进一步提高。如果在二冲程发动机气缸盖上同时布置进排气门，不仅无法保证有效换气，还需要单独设置进气增压装置。

本发明利用自由活塞发动机无曲轴箱的结构特点，结合自由活塞特殊的运动规律，在二冲程自由活塞发动机上实现了低压缩比、高膨胀比，对进一步提高自由活塞发动机循环热效率具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为了进一步提高二冲程自由活塞发动机循环热效率，从而提出了一种二冲程高膨胀比自由活塞内燃发电机。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种二冲程高膨胀比自由活塞内燃发电机，主要包括：自由活塞发动机、直线发电机、连接杆。

自由活塞发动机包括：排气门控制器、喷油器、排气门、进气门、进气门垫片、活塞、单向进气阀、进气门弹簧、进气门阻尼、气缸；

直线发电机包括：发电机次级、发电机初级；

活塞开设有多个进气道。

连接关系：

气缸顶部中心处布置有喷油器，周围开设有多个排气道，排气门安装于排气道上，活塞安装在气缸内部，并保证工作时活塞一直处于气缸内部。活塞侧向表面与气缸内侧表面通过活塞环形成密封配合。气缸内侧表面与活塞顶面围成的空间为燃烧室。

气缸内侧表面与活塞背面围成的空间为压气室；气缸开设有进气口，进气口内安装有单向进气阀，行程范围内进气口始终暴露于压气室。气缸底部中心处开设有一个通孔，连接杆穿过通孔并保证与气缸同轴。

发电机初级内布置有发电机次级，发电机初级与发电机次级在轴向上可以相对运动；两侧活塞与发电机次级通过连接杆刚性连接在一起，形成一个活塞组件，可轴向往复运动；发电机初级与气缸相对固定。

活塞开设有多个进气道，每个进气道上安装有进气门，进气门与进气门垫片刚性连接，进气门垫片与活塞之间装有进气门弹簧与进气门阻尼。活塞靠近下止点时进气门垫片与气缸相接触，可通过调整进气门垫片与气缸底部相对位置确定进气门开启时刻。

通过调整进气门阻尼阻尼系数确定进气门关闭时刻，进气门阻尼阻尼系数越大，进气门弹簧带动进气门关闭时需克服的阻尼力越大，进气门关闭时刻越晚。

工作过程：