本发明专利技术涉及一种二冲程阿特金森循环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。通过调整进气门弹簧弹力与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阿特金森循环，提高了热效率。
【技术实现步骤摘要】
一种二冲程阿特金森循环自由活塞内燃发电机
本专利技术涉及一种能源动力工程机械装置，具体涉及一种二冲程阿特金森循环自由活塞内燃发电机，属于能源动力领域。
技术介绍
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。阿特金森循环通过进气门晚关推迟压缩开始时刻，使膨胀行程大于压缩行程，长的膨胀行程可以充分利用燃烧气体的膨胀功，减少废气带走的能量，从而获得较高的热效率。如果将阿特金森循环引入自由活塞发动机，充分发挥其热效率高的特点，可以达到非常好的节油效果。自由活塞发动机一般采用二冲程工作循环。对于传统二冲程发动机，扫气口位置是固定的，无法实现阿特金森循环。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。本专利技术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阿特金森工作环循，对进一步提高自由活塞发动机循环热效率具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术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阿特金森循环自由活塞内燃发电机。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术的一种二冲程阿特金森循环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、气缸、活塞、单向进气阀、进气门弹簧、进气门阻尼；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，进气门与活塞之间装有进气门弹簧与进气门阻尼。进气门的开闭是通过燃烧室压力、压气室的压力、进气门弹簧弹力以及进气门阻尼阻尼力来控制的。通过调整进气门弹簧弹力可改变进气门开启时刻，进气门弹簧弹力越大，进气门开启时刻越晚。通过调整进气门阻尼阻尼系数可改变进气门关闭时刻，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：对于左侧自由活塞发动机部分，活塞组件从左侧向右侧运动时左侧自由活塞发动机的活塞从上止点向下止点运动(由于自由活塞发动机没有确定的止点，此止点是指理论的止点，下文涉及的止点均是指理论上的止点位置)，喷油器在上止点附近将高压燃油喷入燃烧室，燃烧室内混合气燃烧产生的爆发压力推动活塞向右运动，气缸内燃烧室的容积不断增大，而压气室的容积不断减小，此时单向进气阀处于关闭状态，压气室内气体被压缩，压力升高。做功完成后，排气门控制器控制排气门打开，燃烧室内废气排出，气缸内压力迅速下降。此时，进气门在进气门弹簧弹力作用下下保持关闭状态，进气门与活塞没有相对运动，进气门阻尼阻尼力为0。此后，活塞在活塞组件惯性力的作用下继续向右运动，当压气室内气体压力减去燃烧室内气体压力后能够克服进气门弹簧弹力时，进气门打开。压气室内的高压气体涌入燃烧室，开始换气。通过调整进气门弹簧弹力可改变进气门开启时刻，进气门弹簧弹力越大，进气门开启时刻越晚。左侧自由活塞发动机的活塞到达下止点后，活塞组件在右侧自由活塞发动机燃烧室内爆发压力作用下从右侧向左侧运动(由于自由活塞发动机摒除了曲柄连杆机构，活塞运动规律不受机械束缚，在缸内爆发压力作用下，每冲程前期活塞远离止点时速度较高，而在每冲程后期靠近止点时速度较低)，此时活塞组件速度迅速升高，活塞与进气门之间相对高速运动，由于进气门阻尼的存在，在高速相对运动引起的较大阻尼力作用下，进气门不会立即关闭。随着活塞与进气门的相对速度减小，进气门阻尼阻尼力快速下降，小于进气门弹簧的弹力时，进气门在进气门弹簧作用下关闭。通过调整进气门阻尼阻尼系数可改变进气门关闭时刻，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。随后排气门在排气门控制器控制控制下关闭，换气过程结束。左侧自由活塞发动机换气过程中的活塞在经过下止点后的速度明显高于下止点前的速度,且进气门阻尼在下止点后的阻尼力明显大于下止点前的阻尼力，导致进气门关闭位置相对于开启位置更靠近上止点，从而实现了阿特金森工作环循。左侧自由活塞发动机的活塞由下止点向上止点运动的过程中，由于压气室容积不断增大，当压气室气体压力低于大气压力时，单向进气阀打开，新鲜空气被吸入压气室。当活塞到达上止点时已有足够的新鲜空气储备在了压气室。左侧自由活塞发动机一个工作循环结束。右侧自由活塞发动机与左侧自由活塞发动机工作过程相同(左侧自由活塞发动机上止点对应右侧自由活塞发动机下止点)。系统工作时左右两侧自由活塞发动机交替爆发，爆发压力推动活塞组件轴向往复运动，发电机次级与固定的发电机初级相对运动，切割直线发电机内部磁感线，输出电能。有益效果1、本专利技术的一种二冲程阿特金森循环自由活塞内燃发电机，因为进气道开设在活塞上，实现了直线换气，进气更充分，提高了二冲程自由活塞发动机的换气效率。2、本专利技术的一种二冲程阿特金森循环自由活塞内燃发电机，因为换气过程中进气门关闭位置相对于开启位置更靠近上止点，进而在二冲程自由活塞发动机上实现了阿特金森循环，提高了热效率。3、本专利技术的一种二冲程阿特金森循环自由活塞内燃发电机，因为进气道开设在气缸内部的活塞上，不占用气缸外部空间，结构更加紧凑，提高了整个动力装置的单位体积功率。4、本专利技术的一种二冲程阿特金森循环自由活塞内燃发电机，进气门、进气门弹簧、进气门阻尼等关键部件制造加工方便，造价低，便于实现标准化和产品化。附图说明图1是本专利技术的一种二冲程阿特金森循环自由活塞内燃本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二冲程阿特金森循环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(8)；/n自由活塞发动机包括：排气门控制器(1)、喷油器(2)、排气门(3)、进气门(4)、气缸(5)、活塞(6)、单向进气阀(7)、进气门弹簧(11)、进气门阻尼(12)；/n直线发电机包括：发电机次级(9)、发电机初级(10)；/n活塞(6)开设有多个进气道；/n气缸(5)顶部中心处布置有喷油器(2)，周围开设有多个排气道，排气门(3)安装于排气道上，活塞(6)安装在气缸(5)内部，并保证工作时活塞(6)一直处于气缸(5)内部。活塞(6)侧向表面与气缸(5)内侧表面通过活塞环形成密封配合。气缸(5)内侧表面与活塞(6)顶面围成的空间为燃烧室。/n气缸(5)内侧表面与活塞(6)背面围成的空间为压气室；气缸(4)开设有进气口，进气口内安装有单向进气阀(7)，行程范围内进气口始终暴露于压气室。气缸(5)底部中心处开设有一个通孔，连接杆(8)穿过通孔并保证与气缸同轴。/n发电机初级(10)内布置有发电机次级(9)，发电机初级(10)与发电机次级(9)在轴向上可以相对运动；两侧活塞(6)与发电机次级(9)通过连接杆(8)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(10)与气缸(5)相对固定。/n...
【技术特征摘要】
1.一种二冲程阿特金森循环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(8)；
自由活塞发动机包括：排气门控制器(1)、喷油器(2)、排气门(3)、进气门(4)、气缸(5)、活塞(6)、单向进气阀(7)、进气门弹簧(11)、进气门阻尼(12)；
直线发电机包括：发电机次级(9)、发电机初级(10)；
活塞(6)开设有多个进气道；
气缸(5)顶部中心处布置有喷油器(2)，周围开设有多个排气道，排气门(3)安装于排气道上，活塞(6)安装在气缸(5)内部，并保证工作时活塞(6)一直处于气缸(5)内部。活塞(6)侧向表面与气缸(5)内侧表面通过活塞环形成密封配合。气缸(5)内侧表面与活塞(6)顶面围成的空间为燃烧室。
气缸(5)内侧表面与活塞(6)背面围成的空间为压气室；气缸(4)开设有进气口，进气口内安装有单向进气阀(7)，行程范围内进气口始终暴露于压气室。气缸(5)底部中心处开设有一个通孔，连接杆(8)穿过通孔并保证与气缸同轴。
发电机初级(10)内布置有发电机次级...
【专利技术属性】
技术研发人员：李延骁，
申请(专利权)人：山东交通学院，
类型：发明
国别省市：山东;37
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