一种多点进气微自由活塞复合式动力装置的制作方法

本文涉及利用微自由活塞动力装置和微型涡轮装置的新型动力装置，特指一种多点进气微自由活塞复合式动力装置。

背景技术：

在微制造技术得到改善与发展的同时，微机电系统得到迅速发展，高能量密度、简单便携式的电源装备如今也引起人们的兴趣。微自由活塞装置作为一种新型的动力装置，与现有的能量装置相比，具有较高的热效率，其尺度小，携带较方便，取消了曲柄连杆机构，结构简单，燃料可以在气缸的适当位置进行点燃或压燃。

但是微自由活塞动力装置也存在一些缺点：结构分布较紧凑，进气系统也没有得到有效改善，燃料无法充分燃烧，燃烧产生的废气也并没有得到有效利用。本发明主要是对进气系统进行改善，使得混合燃料能够均匀布满燃烧室，达到稳定、充分燃烧。由于压缩燃烧过程，压力变化大，多点进气使得燃料分布更均匀，多点同时压缩着火，使活塞受力更平衡。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明在一般微自由活塞动力装置的基础上，对活塞连杆加以改进，有利于混合燃料均匀进气，使燃料燃烧更加稳定。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种多点进气微自由活塞复合式动力装置，包括气缸、定子绕组、微型涡轮装置和整流器，定子绕组绕于气缸外表面，整流器通过导线与定子绕组相连，微型涡轮装置通过管道与气缸内部相连通；

所述气缸内设有第一空腔、进气室、第二空腔、进气口、第一排气口、第二排气口、第一活塞机构、第二活塞机构、第三活塞机构、磁性叠片和连杆，进气室设于第一空腔和第二空腔之间，进气室的两端与第一空腔和第二空腔之间设有隔板；所述第一活塞机构设于第一空腔内，第一活塞机构将第一空腔分隔为第一压力回复室和第一燃烧室；所述第三活塞机构设于第二空腔内，第三活塞机构将第二空腔分隔为第二压力回复室和第二燃烧室；所述第二活塞机构设于进气室内，第二活塞机构将进气室分隔为第一进气室和第二进气室，且第二活塞机构设于连杆的中央，所述连杆的两端分别穿过所述隔板与第一活塞机构和第二活塞机构连接；所述进气口与进气室相连通，所述第一排气口与第一燃烧室相连通，所述第二排气口与第二燃烧室相连通；

所述磁性叠片绕于第一活塞机构、第二活塞机构和第三活塞机构的表面；所述微型涡轮装置的入口端通过管道与第一排气口和第二排气口相连通。

进一步，在所述连杆上设有凹槽，所述凹槽沿连杆的轴向设置。

有益效果：

(1)本发明中的多点进气微自由活塞复合式动力装置对称布置，结构简单，运行稳定，有效减少运行中的功率损耗。

(2)整个装置与现有的微自由活塞动力装置相比，结构分布得到改进，进排气装置得到改善，磁性活塞的连杆上刻有均匀的凹槽，有利于多点进气，使得燃料得到稳定、充分燃烧。

(3)将微自由活塞发动机与微型涡轮装置有效结合，提高了热效率，有利于微型化的发展；微型涡轮装置可以有效利用燃烧产生的高温高压的废气，热能转换输出为电能，热效率得到有效利用。

附图说明

图1为本发明的二维截面示意图。

图2为连杆的三维示意图。

图3～6为根据本发明的多点进气微自由活塞复合式动力装置发生的燃烧事件驱动活塞从气缸第一位置运动到气缸第二位置的第一冲程的情形示意图；

图7～10为根据本发明的多点进气室微自由活塞复合式动力装置发生的燃烧事件驱动活塞从气缸第二位置运动到气缸第一位置的第二冲程期间的情形示意图；

图中：1-第二压力回复室、2-第一燃烧室、3-第一进气室、4-进气口、5-第二进气室、61-第一活塞机构、62-第二活塞机构、63-第三活塞机构、7-第二燃烧室、8-第一压力回复室、9-第二排气口、10-第一排气口、11-定子绕组、12-磁性叠片、13-气缸、14-微型涡轮装置、15-整流器、16-连杆

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

如图1所示，一种多点进气微自由活塞复合式动力装置，包括气缸13、定子绕组11、微型涡轮装置14和整流器15，定子绕组11绕于气缸13外表面，整流器15通过导线与定子绕组11相连，微型涡轮装置14通过管道与气缸13内部相连通；

所述气缸13内设有第一空腔、进气室、第二空腔、进气口4、第一排气口10、第二排气口9、第一活塞机构61、第二活塞机构62、第三活塞机构63、磁性叠片12和连杆16，进气室设于第一空腔和第二空腔之间，进气室的两端与第一空腔和第二空腔之间设有隔板；所述第一活塞机构61设于第一空腔内，第一活塞机构61将第一空腔分隔为第一压力回复室8和第一燃烧室2；所述第三活塞机构63设于第二空腔内，第三活塞机构63将第二空腔分隔为第二压力回复室1和第二燃烧室7；所述第二活塞机构62设于进气室内，第二活塞机构62将进气室分隔为第一进气室3和第二进气室5，且第二活塞机构62设于连杆16的中央，所述连杆16的两端分别穿过所述隔板与第一活塞机构61和第二活塞机构62连接；所述进气口4与进气室相连通，所述第一排气口10与第一燃烧室2相连通，所述第二排气口9与第二燃烧室7相连通；

所述磁性叠片12绕于第一活塞机构61、第二活塞机构62和第三活塞机构63的表面；所述微型涡轮装置14的入口端通过管道与第一排气口10和第二排气口9相连通。

在所述连杆16上设有凹槽，所述凹槽沿连杆16的轴向设置。

多点进气微自由活塞复合式动力装置主要包括：活塞机构61、62、63(如磁性活塞)与连杆16，配置于气缸内；设置在气缸13中间的两个燃烧室；进气系统，排气系统，其被配置用来将高温高压的废气输送至涡轮装置；压力回复室，其被配置用来将燃烧产生的化学能推动活塞做往复运动；小型涡轮装置，其被配置用来通过燃烧产生的高温高压废气进而转动，转换电能输出。

所述的多点进气微自由活塞复合式动力装置，其还包括有分布在活塞机构61、62、63上的磁性叠片12、气缸13外缠绕的定子绕组11。两个燃烧室轮流燃烧膨胀推动活塞机构往复运动，气缸13外有定子绕组11缠绕，与磁性活塞做相对运动，切割磁感线，进而产生电能，导线将电流传送至整流器15以供外界电动机运行。

磁性活塞和定子绕组11的制作材料具有耐热，电阻率高，磁性极能好的特点。磁性活塞由两个对置活塞以及连接杆组成。

磁性活塞的端头与燃烧室的内壁均涂有燃烧剂催化涂层，并且当一端的微燃烧室中混合气燃料燃烧时，膨胀做功进而推动活塞运动，同时另一端的燃烧室会压缩混合燃料，受力较平衡。

本发明中微燃烧室的设计要求：磁性活塞被配置在气缸内，活塞与气缸13同轴，在气缸13内做线性流动产生电流；排气系统被配置在气缸下部分的两端；进气口4配置在气缸13的进气室的中间；连杆16上还刻有均匀的凹槽，有助于混合燃料均匀压缩至燃烧室中。

所述的微自由活塞复合动力装置，其中所述的一对压力回复室起到返回机构的作用，当活塞机构从气缸13第一位置向气缸13第二位置移动时，压力回复室中被压缩的空气向对应的活塞机构施加回复力，使活塞机构从气缸13的第二位置移动到第一位置。

微自由活塞复合动力装置进排气过程主要简述为，当相应的活塞机构从各自的第一位置移动到各自的第二位置时，进气室通过相应的进气口吸入进气流，此时的第一燃烧室2中已充满混合燃料，第二燃烧室7在上一过程当中已经达到了所需的压缩比，此时正在发生燃烧，在活塞机构向第二燃烧室7方向移动过程中，经过第二排气口9将第二燃烧室燃烧7产生的废气排出，并且混合燃料从进气室压缩至第一燃烧室2，当活塞机构逐渐到达第二位置时，第一燃烧室2充满的混合燃料气体达到自燃点，发生燃烧。

微型涡轮装置14叶片接受来自第一排气口10或第二排气口9的高温高压的废气，进而推动叶片转动，输出电能。

一、进气、排气工作过程：

第一冲程：

参考附图3至图6，其中说明了在根据本发明的典型实施例中的第一冲程期间活塞机构从气缸第一位置向气缸13第二位置移动的情形。参考附图3，首先，进气口4打开，混合燃料气体从进气口4进入第二进气室5，磁活塞机构61此时处于气缸13的第一位置，第一燃烧室2在上一冲程中已充满混合燃料，第二燃烧室7在上一过程也已发生燃烧事件，混合燃料发生燃烧膨胀推动活塞机构61开始向第二位置运动；参考图4，磁性活塞机构61向第二位置移动，第一燃烧室2中的混合燃料气体开始被压缩，第二进气室5的混合燃料气体也开始慢慢被压缩；当磁性活塞机构61在混合燃料燃烧膨胀的作用下移动至图5所示位置时，第二燃烧室7中燃烧产生的高温高压废气开始从第二排气口9排出，第一燃烧室2中的混合燃料处于高压缩比中；参考图6，磁性活塞机构61移动到第二位置，第二进气室5中的混合燃料已完全压缩至第二燃烧室7，参考图2，通过连杆16上的凹槽，混合燃料均匀压缩至第二燃烧室7且在将第二燃烧室7中残余的高温高压气体从第二排气口9扫出，第一燃烧室2中混合燃料达到所需自燃点，燃烧事件发生。

第二冲程：

参考附图7至图10，其中说明了在根据本发明的典型实施例中的第二冲程期间活塞机构从气缸13第二位置向第一位置移动的情形。参考图7，磁性活塞机构61处于气缸的第二位置，第一燃烧室2经历第一冲程已处于燃烧状态，第二燃烧室7也已充满混合燃料，进气口4处于打开状态，混合燃料气体从进气口4进入到第一进气室3，混合燃料燃烧膨胀推动活塞机构61开始向第一位置移动；参考图8，磁性活塞机构61逐渐向第一位置移动，第一进气室3中的混合燃料气体慢慢被压缩，第二燃烧室7中的混合气体也逐渐被压缩；当磁性活塞机构61在燃烧膨胀的作用下继续向第一位置移动至如图9所示位置，第一燃烧室2中燃烧产生的高温高压的废气开始从第一排气口10排出，第二燃烧室7中的混合燃料处于高压缩比状态；参考图10，当磁性活塞机构61移动至第一位置时，第一进气室3中的混合燃料通过活塞机构6上的凹槽已均匀压缩至第一燃烧室2，且将第一燃烧室2中残余的高温高压废气从第一排气口10扫出，第二燃烧7中混合燃料达到所需自燃点，燃烧事件发生。

重复上述过程，活塞机构6在气缸13中进行二冲程压燃式工作过程。

二、能量转换过程

参考图1，活塞机构在气缸13中做往复运动，由于活塞机构的制作材料具有耐热，电阻率高，磁性极好的特点，绕组线圈11相对于活塞机构在运动，进而切割磁感线，产生感应电动势，输出电能。

另外，从排气口排出的高温高压气体被引入小型涡轮装置14，推动叶片转动，进行发电，热效率得到有效提高。