一种带有二次扫气结构的微自由活塞动力装置的制作方法

本发明属于微自由活塞动力装置技术领域，尤其涉及一种带有二次扫气结构的微自由活塞动力装置。

背景技术：

自由活塞发动机是近几年逐渐发展的一种新型发动机，它取消了传统发动机的曲柄连杆机构，活塞仅做往复直线运动，活塞的运动规律受发动机运行工况决定。由于自由活塞发动机的结构简单、易微型化，故微型化的自由活塞发动机成为了国际上又一个新的研究领域。在微制造技术不断发展的同时，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，进气系统没有得到有效改善，燃料无法充分燃烧，气缸中的废气不能完全排出，这样就导致微型自由活塞动力装置无法平稳运行，实现往复运动。

技术实现要素：

本发明根据现有技术中存在的问题，提出了一种带有二次扫气结构的微自由活塞动力装置，目的在于提供一种能够更有效的排出气缸中废气的结构设计，保证微型自由活塞动力装置平稳运行。

本发明所采用的技术方案如下：

一种带有二次扫气结构的微自由活塞动力装置，包括气缸和磁性活塞，所述气缸内分为活塞工作室和燃烧室，所述燃烧室分别设置在活塞工作室两端，且与活塞工作室连通，燃烧室的外壁上绕有定子绕组，所述定子绕组连接整流器；沿活塞工作室侧壁的中心线设置排气口；在燃烧室与活塞工作室连接的侧壁上设置朝外开的压力单向阀；

所述磁性活塞的包括中间圆柱部分和两端的圆柱部分，所述中间圆柱部分位于活塞工作室内，所述圆柱部分分别位于个燃烧室内。

进一步，在某一侧燃烧室处于燃烧过程时，推动磁性活塞运动，与该燃烧室同侧的活塞工作室与中间圆柱部分之间形成环形真空室，能有效的吸出该燃烧室产生的废气；

进一步，在某一侧燃烧室处于压缩过程时，该燃烧室同侧的压力单向阀打开，将活塞工作室与中间圆柱部分之间的废气排出，实现二次扫气；

进一步，在与所述燃烧室连接的进口上设有朝向燃烧室内打开的单向进气阀；

本发明的有益效果：

(1)本发明中的带有二次扫气结构的微自由活塞动力装置结构紧凑，对称布置，运行稳定，有效减少运行中的功率损耗，燃烧更加充分。

(2)整个装置与现有的微自由活塞动力装置相比，气缸内改进结构分布，进气装置采用由压力控制的进气阀，排气装置也根据活塞运动行程来决定，在活塞运行过程中，出现两个对称布置的环形压力真空室，对废气进行二次扫气，这有利于活塞往复运动中燃烧更加充分。

(3)在气缸上布置对称的压力单向阀，利用内外压差的原理，对环形压力真空室中的残余废气进气二次扫气的过程，当废气完全排出时，压力单向阀关闭。结构分布合理，二次扫气的方式也解决了过去微自由活塞动力装置无法完全排气的问题。

附图说明

图1是本发明带有二次扫气结构的微自由活塞动力装置结构示意图；

图2是本发明微型活塞示意图；

图3是本发明微型活塞动力装置的启动过程示意图

图4、5、6和7是活塞第一次由左往右第一次做功过程示意图；

图8、9、10、11和12是第二次由右往左第二次做功过程示意图；

图中，1、左单向进气阀，2、气缸，3、定子绕组，4、整流器，5、上排气口，6、右单向进气阀，7、下排气口，8、第一压力单向阀，9、第二压力单向阀10、第三压力单向阀，11、第四压力单向阀，12、磁性活塞，13、第一环形真空室，14、第二环形真空室，15、左燃烧室，16、右燃烧室。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明所设计的一种带有二次扫气结构的微自由活塞动力装置，包括气缸2，气缸2呈中心对称的“十”字型柱体结构，气缸2内部包括活塞工作室和燃烧室，燃烧室分别位于活塞工作室的左右两端，分别为左燃烧室15和右燃烧室16，且左燃烧室15、右燃烧室16和活塞工作室的中心在同一条水平线上并且三者内部连通，在左燃烧室15和右燃烧室16的进口端分别装有朝向燃烧室内部开启的左单向进气阀1和右单向进气阀6，在左燃烧室15和右燃烧室16的外壁上缠绕有定子绕组3且定子绕组3连接整流器4。

在活塞工作室的左边侧壁上对称装有第一压力单向阀8和第二压力单向阀9，在活塞工作室的右边侧壁上对称装有第三压力单向阀10和第四压力单向阀11，上述第一压力单向阀8、第二压力单向阀9、第三压力单向阀10和第四压力单向阀11皆为朝向外部打开的单向阀。沿活塞工作室的竖直方向的中心线，在活塞工作室的上端和下端分别设置上排气口5和下排气口7。

在气缸2内装有与气缸2相配合的磁性活塞12，如图2所示，磁性活塞12的包括中间圆柱部分和两端的圆柱部分，中间圆柱部分位于活塞工作室内，圆柱部分分别位于2个燃烧室内；磁性活塞12在运动过程中将气缸2的内腔左边分成左燃烧室15、第一环形真空室13，右边分成右燃烧室16和第二环形真空室14。

为了更清楚的解释本发明所保护的技术方案，以下结合本发明的工作过程作进一步解释；

启动过程：当磁性活塞12刚好堵住上排气口5和下排气口7，动力装置第一阶段开始，首先闭合蓄电池开关，利用蓄电池中发出的电流经整流器4转化成交流电，经定子绕组3相应地发出交变的磁场，交变的磁场作用于磁性活塞12使其运动，发电机的启动工作开始。

工作过程：磁性活塞12的初始位置如图3所示，此时左单向进气阀1和右单向进气阀6均处于打开状态，新鲜气体从左单向进气阀1进入气缸2，电磁的磁场作用使得磁性活塞12向气缸2左侧运动；如图4所示，左单向进气阀1由于左燃烧室15内压力过大而关闭，磁性活塞12向左侧运行，不断挤压左燃烧室15内的新鲜气体，而右单向进气阀6处于打开状态，气体进入右燃烧室16内；如图5所示，磁性活塞12在向左运动过程中，不断压缩左燃烧室15中的新鲜气体，迅速产生高温废气，推动磁性活塞12向气缸2右侧运动；如图6所示，随着活塞不断向气缸2右侧运动，左侧产生的高温废气，由于负压的作用，当排气口将要打开之前，气缸2内产生对称的第一环形真空室13，大量废气由左燃烧室15迅速进入第一环形真空室13内，而右燃烧室16随着活塞不断向右运动，致使右单向进气阀6关闭；如图7所示，当磁性活塞12向右运行至上排气口5、下排气口7打开时，右燃烧室16中的新鲜气体受到活塞12的压缩，产生高温废气，推动活塞向左侧运动；

如图8所示，右燃烧室16内的高温废气推动磁性活塞12向气缸2左侧运动，由于上排气口5、下排气口7处于打开状态，致使左燃烧室15内的压力不断下降，左单向进气阀1打开，新鲜气体进入气缸内；如图9所示，在磁性活塞12不断向气缸2左侧运行时，残留在第一环形真空室13内的废气由第一压力单向阀8和第二压力单向阀9排出，完成左侧的二次扫气；如图10所示，活塞12同时在压缩左燃烧室15内的气体，气体燃烧产生高温废气，而右燃烧室16内的废气通过上排气口5、下排气口7排出，右燃烧室16内的压力迅速下降，右单向进气阀6打开。左燃烧室15内产生的高温废气推动磁性活塞12向右运动；如图11所示，残留在第二环形压力真空室14内的废气，由于真空室压力升高，第三压力单向阀10、第四压力单向阀11被打开，残余废气由此排出，完成右侧的二次扫气。如图12所示，直至磁性活塞12运行至第二环形真空室14最右端时，上排气口5、下排气口7同时打开，左燃烧室15的废气被吸入第一环形真空室13内，活塞12往复运动的第一阶段结束，如此反复。

本发明的带有二次扫气结构的微自由活塞动力装置实现进排气过程与混合气体燃烧膨胀过程交替完成，推动磁性活塞12往复运动，当磁性活塞12往复运动时，根据相对运动，相当于线圈导线在做切割磁感线的运动，产生一定大小的电流；微型发动机通过混合气压缩燃烧释放出的能量转化为活塞的机械能，再通过发电机中的发电装置将活塞的机械能转化为电能；燃烧过程中产生的废气通过对称的压力单向阀排出，有效解决气缸换气问题，保证动力装置平稳运行，循环往复；在负载开关合闭和蓄电池开关打开情况下，发电机为负载提供电能；磁性活塞在运动过程中，形成环形真空室，二次扫气效果明显，解决了废气如何更有效排出的问题；动力装置对称布置，运行高效平稳。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。