[发明专利]一种分缸式四冲程自由活塞发电机及工作方法

说明书

本发明提供了一种分缸式四冲程自由活塞发电机及工作方法，活塞发电机包括直线发电机组及布置在直线发电机组左右两端的两套内燃机组，每套内燃机组均包括高压气缸及低压气缸，在左侧的低压气缸的空气出口阀与右侧的高压气缸的的高压进气阀之间连接设置有一中冷器，在右侧的低压气缸的空气出口阀与左侧的高压气缸的高压进气阀之间也设有一中冷器，在左侧的高压气缸的高压排气阀与右侧的低压气缸的的废气进气口之间连接设置有一废气连通管，在右侧的高压气缸的高压排气阀与左侧的低压气缸的废气进气口之间也设有一废气连通管；两个高压活塞及两个低压活塞一一对应与四个连接轴固接，实现两套内燃机组的同步动作。本发明无结构约束，运动无冲突。

技术领域

本发明属于动力能源技术领域，尤其是涉及一种分缸式四冲程自由活塞发电机及工作方法。

背景技术

现代化社会的高速发展加剧了化石能源的过度消耗，使得发动机行业对热效率指标更加重视。近年来基于分缸式热力循环的内燃机组合设计成为一大焦点，该设计采用两组不同大小的内燃机气缸，其中低压大缸以自然吸气的方式将外界新鲜空气吸入并完成第一段压缩，然后通入中冷器冷却。冷却后的新鲜空气再进入高压小缸，经过二次压缩后与喷入的燃油混合，混合气压燃后膨胀做功带动附属设备。最后燃烧废气再经过废气连通管从高压小缸排入低压大缸，并在后者的排气行程内排到外界。分缸式热力循环内燃机通过两阶段压缩空气，显著提高了充气量，增强了油气混合效果。与此同时，高压小缸单独作功显著减小了燃气的散热损失以及活塞的摩擦损失，使得内燃机热效率大幅提高而燃油消耗率急剧下降，极大改善了内燃机性能。部分学者通过将分缸式热力循环和自由活塞发电机结合提出了新型发电概念，可以完美地将前者的优点嫁接到后者上。

分缸式自由活塞发电机从结构上看属于四缸机，其对各缸工作循环顺序有严格的要求。传统的四缸内燃机通过曲轴的相位设计以及曲柄连杆的刚性连接，使得各缸内活塞按照预先设定的工作循环稳定工作。但分缸式自由活塞发电机取消了曲柄连杆和凸轮机构，高压活塞和低压活塞的运动规律不再受限制。另外由于高压活塞和低压活塞通过发动机动子段刚性连接，两者的运动规律总是相同，没有特定的相位差，因此传统的四缸机工作循环方案已不再适用于分缸式自由活塞发电机，需要结合后者独特的活塞运动规律针对性设计。而目前分缸式四冲程自由活塞发电机尚处于原理概念设计阶段，没有具体的工作循环设计方案来支撑发电机的样机试制。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种分缸式四冲程自由活塞发电机及工作方法，发电机无结构约束，运动无冲突，发电机正常工作。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种分缸式四冲程自由活塞发电机，它包括直线发电机组及布置在直线发电机组左右两端的两套内燃机组，其中所述直线发电机组包括壳体、动子芯轴、定子线圈以及发电机动子，所述动子芯轴活动穿装在壳体上，且所述动子芯轴包括主轴体及两两对称固装在主轴体两端的连接轴，所述定子线圈固装在壳体内且同轴套设在动子芯轴外部，所述发电机动子同轴固装在主轴体上且位于定子线圈与主轴体之间；

每套内燃机组均包括高压气缸及低压气缸，其中所述高压气缸包括高压缸体及高压活塞，高压缸体的封闭端安装有喷油器、高压进气阀及高压排气阀，所述低压气缸包括低压缸体及低压活塞，低压缸体的封闭端安装有低压进气阀、低压排气阀、废气进气口及空气出口阀；

在左侧的低压气缸的空气出口阀与右侧的高压气缸的的高压进气阀之间连接设置有一中冷器，在右侧的低压气缸的空气出口阀与左侧的高压气缸的高压进气阀之间也设有一中冷器，在左侧的高压气缸的高压排气阀与右侧的低压气缸的的废气进气口之间连接设置有一废气连通管，在右侧的高压气缸的高压排气阀与左侧的低压气缸的废气进气口之间也设有一废气连通管；

两个高压活塞及两个低压活塞一一对应与四个连接轴固接，实现两套内燃机组的同步动作。

进一步的，发电机动子的两端与壳体之间分别固装有弹簧。

进一步的，每个高压缸体上安装两个高压进气阀。