自由活塞发动机如何工作?

简介

1884年，爱德华·巴特勒(Edward Butler)引入了内燃机，这是机器世界的繁荣，因为发动机导致了许多机器的发明，如汽车、飞机、海洋交通工具等，我们今天仍然在使用。发动机最美妙的地方在于它能把化学能转化为机械能，这使它成为一种完美的机器。当我们听到发动机这个词时，我们首先想到的是汽车，因为IC发动机在汽车上的广泛应用已经有一个多世纪了。但是让我们像工程师一样思考既然发动机是提供机械功的完美来源那么为什么它的应用仅限于旋转运动?这个问题增加了人们的好奇心，并产生了自由活塞发动机。我们来详细研究一下。

一个自由活塞式发动机内燃机是一种内燃机，它把汽车用的普通内燃机的曲轴去掉，只通过活塞的往复运动或其他方法来获得机械功。

发电是这类活塞的主要目的，可以通过任何方式获得，既可以通过废气压力来驱动涡轮，也可以通过活塞的线性运动来作为空气压缩机来获得气动动力，或者通过线性交流发电机与运动的活塞耦合来发电。

需要自由活塞发动机

我们都知道，能量既不能被创造也不能被毁灭，但可以从一种状态转换到另一种状态，也可以从一个物体转移到另一个物体，有了这个知识，人类发明了各种各样的机器来减少人类的努力，人类最好的发明之一是几十年来不断改进的发动机，其中一个改进是自由活塞发动机的发明，由于以下原因

• 由于涡轮机、压缩机等机器的发展。需要找到能运行这些机器的能量来源，可用的来源(最常见的是燃烧燃料，如木材，煤炭等)需要大型设置，而且由于缺乏对称性，效率低下。随着自由活塞发动机的发明，这个问题得到了解决。在自由活塞发动机中，有一种对称而有效的方法将化学能转化为机械能。
• 燃烧燃料，如木材，煤炭等，由于其中存在的杂质，造成了大量的污染，后来随着F - P发动机的引入，这个污染问题得到了解决，该发动机使用纯馏分蒸馏燃料，从而减少了造成污染的排放。
• F - P发动机提供了应用灵活性，这意味着它提供了许多不同的方式来利用燃料燃烧产生的机械功。这反过来使它更容易成为能量的来源。

由于这些原因，可以用于不同用途的发动机的新概念被开发出来，并被命名为自由活塞发动机。

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主要组件

自由活塞发动机的工作原理与汽车内燃机的工作原理相同，即空气燃料在一个封闭的气缸内燃烧，在活塞中产生往复运动，这是所获得的机械功。所以两个引擎的部件几乎是一样的。它基本上是一个二冲程发动机．

F - P发动机的主要部件是-

1. 燃烧室或气缸与I C发动机一样，燃烧缸是一个刚性的圆柱形室，空气燃料在里面燃烧，也是活塞在里面运动的外壳。
2. 活塞,F - P发动机的刚性圆柱部分与I - C发动机一样，在燃烧室内由于空气-燃料混合物的燃烧而产生往复运动。
3. 引擎的头,它是发动机的头部，火花塞或喷油器是连接的，发动机头部安装在燃烧室上方，就像I C发动机一样。
4. 火花塞或喷油器-火花塞用于点燃空气-燃料混合物，燃料喷射器在空气压缩过程中喷射柴油，导致燃烧。
5. 反弹缸:它是一个带活塞的气缸，活塞与主活塞相互连接。反弹缸的主要作用是将发动机膨胀时的能量储存起来，用于再次启动压缩行程进行工作。
6. 加载设备,这些是用于自由活塞发动机作为IC发动机曲轴的替代品的装置，要使用的负载装置的选择取决于F P发动机的所需应用。例如

• 线性交流发电机与F - P发动机的活塞耦合，用于发电。

注意:对于F - P发动机的一些应用，如空气压缩机，涡轮旋转等。不使用加载装置来获得机械功。

7.燃料- - - - - -当然，就像一个I - C发动机，一个F - P发动机最重要的部分是燃料，可以是汽油或柴油，这取决于F - P发动机使用的类型，即火花点火F - P发动机或压缩点火F - P发动机。

• 燃料(空气燃料)是在燃烧室内燃烧的化学能，以产生机械功，即活塞的往复运动。

自由活塞发动机的工作

自由活塞发动机的应用是如此广泛，为了更好地了解F - P发动机的工作，我们必须讨论它的几个应用是-

1.电力发电机

发电机是用来发电的设备，在F - P发动机的帮助下作为外部能源，用于发电的线性交流发电机与F - P发动机耦合作为加载装置。

这台发电机的工作原理如下

• 燃料在膨胀冲程中进入发动机的燃烧室，并在压缩冲程结束时通过火花塞(汽油发动机)或通过压缩(柴油发动机)点火。
• 燃料在燃烧室内的燃烧在活塞表面产生高应力脉冲，进而产生活塞的往复运动。
• 活塞的这种往复运动被传递给线性交流发电机，作为加载装置，并与活塞耦合。
• 由于附着在活塞连杆上的永磁体的往复运动，磁场的波动会在线圈中产生电流和电压，并产生电力，进一步存储在发电机中使用的蓄电池(电池)中以供进一步使用。

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2.空气压缩机

它是一种用于压缩或增加空气压力的装置，如气动机器，借助自由活塞发动机作为外部能量来源。

对于使用F - P发动机作为空气压缩机，不使用加载装置，但有空气压缩机气缸与安装在活塞尾端的板的耦合。

F P空压机的工作原理如下-

• 与发电机相同，燃料分别在膨胀冲程结束时进入，并在F - P发动机的压缩冲程被点燃，但在膨胀冲程中，空气压缩缸内有新鲜空气通过压缩缸进口阀进入。
• 由于这种燃烧，活塞产生往复运动，这反过来借助于安装在活塞尾端的夹紧板压缩压缩机内的空气。
• 然后，这些压缩空气通过压缩机的排气阀排出，用于进一步的工作。

注意:在膨胀行程结束时，压缩机的空气进入尾端的气缸，并迫使活塞再次开始压缩行程。

3.涡轮旋转

自由活塞发动机还用于旋转涡轮发电机的涡轮，以产生电力。

在这个应用的F - P发动机而不是活塞的往复运动，发动机的排气压力是用来施加在涡轮叶片上的力，这反过来导致涡轮旋转。

以F - P发动机为能源的涡轮发电机的工作原理如下-

• 燃料通过发动机进气道的进入发生在发动机膨胀冲程的末端。
• 在燃料入口关闭后，由于压缩行程而发生的燃料压缩反过来又增加了燃烧室内燃料的压力。
• 压缩后，燃料通过火花塞(汽油发动机)或压缩(柴油发动机)被点燃，这取决于所使用的F - P发动机的类型。
• 由于燃料的这种燃烧产生了高压脉冲，它反过来推动活塞，在燃烧过程中产生的气体膨胀。
• 膨胀冲程中膨胀的气体在膨胀冲程中通过发动机排气口高压排出。
• 这些具有高压的废气被吹过发电机涡轮的叶片，这反过来导致涡轮旋转并产生电力。

除了上述的应用，自由活塞发动机与不同的加载和反弹装置广泛应用于各种机械，如液压机械，船舶设备，航空航天设备等。但所有这些装置的基本工作原理是相同的，即燃料燃烧引起活塞的往复运动是由于化学物质(燃料)燃烧而获得的机械输出。