CN102425499B - 一种止点可控的自由活塞内燃直线发电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种止点可控的自由活塞内燃直线发电机，属于能源动力领域。它主要包括自由活塞内燃机、直线发电机、圆盘控制机构和连杆；其连接关系为：自由活塞内燃机和直线发电机顺次相连，组成自由活塞直线发电机；将两台自由活塞直线发电机对称放置于过圆盘圆心的直线上，圆盘通过轴与电动机相连接。圆盘上预先开掘有运动槽线，槽线与活塞一个运动周期的曲线形状相吻合。圆盘的内部槽线与自由活塞发动机连杆接触相连，起到自由活塞回复及上止点控制作用。本发明的一种止点可控的自由活塞直线发电机，用到了圆盘控制装置，从而达到了控制活塞止点的目的。圆盘工作时平衡性高、稳定性好，可以实现多缸同步运行。

Description

一种止点可控的自由活塞内燃直线发电机
技术领域
本发明涉及一种能源动力工程机械装置，具体涉及一种止点可控的自由活塞内燃直线发电机，属于能源动力领域。
背景技术
自由活塞式内燃直线发电机是自由活塞式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。目前研究的内燃直线发电装置原动力——内燃机部分普遍采用二冲程式内燃机，其活塞运动不受曲柄连杆机构的限制，没有固定的上下止点，压缩比可变，从而可适用于多种燃料的燃烧要求，能够实现NOx和微粒物的低排放。但是，目前还没有相对成熟的方法能够实现对自由活塞直线发电机上止点的精确控制，然而上止点位置直接决定着发动机的压缩比，压缩比又是发动机的一项非常关键的参数，它严重影响着发动机的多种性能参数，例如，最高燃烧压力、有效输出功率等。因此对上止点的位置控制直接影响着整个自由活塞直线发电机的工作性能。
近年来，人们一直在致力于寻求一种上止点可控的自由活塞式内燃发电机，以期解决上面提到的各种问题，为此做了大量的研究工作。北京理工大学的左正兴在其相关论文中介绍了一种采取直线电动机作为活塞回复机构的单缸自由活塞直线发电机，提出通过控制直线电动机的运动位移来控制自由活塞上止点的方法，但其关键的直线电机控制器难以解决，且其电动机工作模式与发电机工作模式之间的转换需要一定的反应时间，难以满足现有自由活塞直线发电机工作频率的要求，难以实现产品实用化。除此之外，还有一些类似的方法，例如采取负载跟随控制的方法，其核心思想仍然采取电子控制，通过开放控制器来实现对上止点的控制。但是现阶段对自由活塞直线发电机控制器的开发上仍然难以满足要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中稳定性差的问题，从而提出了一种止点可控的自由活塞内燃直线发电机。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明提出了一种止点可控的自由活塞内燃机。它主要包括自由活塞内燃机、直线发电机、圆盘控制机构和连杆；自由活塞内燃机包括：发动机气缸、活塞、进气门、排气门、喷油器、进排气控制器；圆盘控制机构包括圆盘、槽线、轴、电动机；直线发电机包括：电机动子、电机定子；
其连接关系为：自由活塞内燃机和直线发电机顺次相连，组成自由活塞直线发电机；将两台自由活塞直线发电机对称放置于过圆盘圆心的直线上，圆盘通过轴与电动机相连接。圆盘上预先开掘有运动槽线，槽线与活塞一个运动周期的曲线形状相吻合。圆盘的内部槽线与自由活塞发动机连杆接触相连，起到自由活塞回复及上止点控制作用。
其工作过程为：
1)冷机启动过程。圆盘控制装置中的电动机带动圆盘匀速转动，在圆盘槽线的作用下各个气缸内的活塞也会随连杆做直线运动，此时内燃机其中一气缸内的活塞处于压缩冲程，当活塞运动至上止点时，连杆与圆盘内部槽线接触点位于槽线最大升程处，此刻安装在汽缸顶部的喷油器喷射出高压燃油，燃油燃烧产生高压燃气，推动活塞向下止点运行，开始对外作功，冷机启动过程完成。由于圆盘内部槽线与自由活塞一个运动周期的曲线相吻合，因此在燃烧发生后圆盘对该发动机燃烧和做功过程没有影响。
2)运行过程。自由活塞内燃机两个气缸内部分别轮流爆发燃烧，推动活塞组件进行直线运动。当其中一个气缸内的活塞处于上止点时，该气缸内的高压燃油燃烧产生的燃气爆发压力推动活塞向下止点运动，进行做功。由于电机动子固连在连杆上，活塞向下止点运动时电机动子将切割磁导线，产生电能输出。在此过程中，圆盘在电动机的作用下按照匀速转动，另一发动机汽缸内的活塞会在圆盘槽线的回复力作用下由下止点向上止点运动，当运动至上止点时，安装在这一气缸顶部的喷油器喷射出高压燃油，燃油燃烧产生高压燃气，推动汽缸内的活塞向下止点运行，开始对外作功。当这一发动机作功行程结束后，圆盘刚好转动一周，完成一个工作循环；本装置运行过程中按照此工作循环继续工作。
有益效果
1、本发明的一种止点可控的自由活塞直线发电机，用到了圆盘控制装置，从而达到了控制活塞止点的目的。圆盘工作时平衡性高、稳定性好，可以实现多缸同步运行。
2、作为关键部件的圆盘和电动机，是成熟技术，可靠性高，制造加工方便，造价低，且便于实现标准化和产品化。
附图说明
图1是本发明的一种止点可控的自由活塞内燃直线发电机的剖视图；
图2是实施例中圆盘剖视图；
图3是实施例中圆盘槽线运动型线。
其中，1-发动机气缸、2-活塞、3-进气门、4-排气门、5-喷油器、6-进排气控制器、7-电机动子、8-电机定子、9-连杆、10-圆盘、11-轴、12-电动机、13-圆盘控制机构、14-槽线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
本发明的一种止点可控的自由活塞内燃直线发电机。主要包括：自由活塞内燃机、直线发电机、圆盘控制机构13和连杆9；自由活塞内燃机包括：发动机气缸1、活塞2、进气门3、排气门4、喷油器5、进排气控制器6；直线发电机包括：电机动子7、电机定子8；圆盘控制机构13包括圆盘10、轴11、电动机12、槽线14，如图1所示。
圆盘10上预先开掘有运动槽线14，如图2所示，槽线14与活塞一个运动周期的曲线形状相吻合，如图3所示。
其连接关系为：自由活塞内燃机和直线发电机顺次相连，组成自由活塞直线发电机；将自由活塞直线发电机对称放置于过圆盘10圆心的直线上，圆盘10通过轴11与电动机12相连接。圆盘10上预先开掘有运动槽线14，槽线14与活塞一个运动周期的曲线形状相吻合。圆盘10的内部槽线14与自由活塞发动机连杆接触相连，从而起到自由活塞回复及上止点控制作用。
1)冷机启动过程。圆盘控制机构13中的电动机12带动圆盘10匀速转动，在槽线14的作用下各个气缸内的活塞也会随连杆做直线运动，此时内燃机气缸1内的活塞2处于压缩冲程，当活塞2运动至上止点时，连杆9与圆盘10内部槽线14接触点位于槽线14最大升程处，此刻安装在汽缸顶部的喷油器5喷射出高压燃油，燃油燃烧产生高压燃气，推动活塞2向下止点运行，开始对外作功，冷机启动过程完成。由于圆盘内部槽线14与自由活塞2一个运动周期的曲线相吻合，因此在燃烧发生后圆盘10对该发动机燃烧和做功过程没有影响。
2)运行过程。自由活塞内燃机两个气缸内部分别轮流爆发燃烧，推动活塞组件进行直线运动。当其中气缸1内的活塞处于上止点时，该气缸内的高压燃油燃烧产生的燃气爆发压力推动活塞2向下止点运动，进行做功。由于电机动子7固连在连杆9上，活塞2向下止点运动时电机动子7将切割磁导线，产生电能输出。在此过程中，圆盘10在电动机12的作用下按照匀速转动，另一发动机汽缸内的活塞会在槽线14的回复力作用下由下止点向上止点运动，当运动至上止点时，安装在这一气缸顶部的喷油器喷射出高压燃油，燃油燃烧产生高压燃气，推动汽缸内的活塞向下止点运行，开始对外作功。当这一发动机作功行程结束后，圆盘10刚好转动一周，完成一个工作循环；本装置运行过程中按照此工作循环继续工作。

Claims (1)

1.一种止点可控的自由活塞内燃直线发电机，主要包括：自由活塞内燃机、直线发电机，其特征在于它还包括圆盘控制机构(13)和连杆(9)；自由活塞内燃机包括：发动机气缸(1)、活塞(2)、进气门(3)、排气门(4)、喷油器(5)、进排气控制器(6)；直线发电机包括：电机动子(7)、电机定子(8)；圆盘控制机构(13)包括圆盘(10)、槽线(14)、轴(11)、电动机(12)；其连接关系为：自由活塞内燃机和直线发电机顺次相连，组成自由活塞直线发电机；将自由活塞直线发电机对称放置于过圆盘(10)圆心的直线上，圆盘(10)通过轴(11)与电动机(12)相连接；圆盘(10)上预先开掘有运动槽线(14)，槽线(14)与活塞一个运动周期的曲线形状相吻合；圆盘(10)的内部槽线(14)与自由活塞发动机连杆接触相连；
其工作过程为：
1)冷机启动过程；圆盘控制机构(13)中的电动机(12)带动圆盘(10)匀速转动，在槽线(14)的作用下各个气缸内的活塞也会随连杆做直线运动，此时内燃机气缸(1)内的活塞(2)处于压缩冲程，当活塞(2)运动至上止点时，连杆(9)与圆盘(10)内部槽线(14)接触点位于槽线(14)最大升程处，此刻安装在汽缸顶部的喷油器(5)喷射出高压燃油，燃油燃烧产生高压燃气，推动活塞(2)向下止点运行，开始对外作功，冷机启动过程完成；由于圆盘内部槽线(14)与自由活塞(2)一个运动周期的曲线相吻合，因此在燃烧发生后圆盘(10)对该发动机燃烧和做功过程没有影响；
2)运行过程；自由活塞内燃机两个气缸内部分别轮流爆发燃烧，推动活塞组件进行直线运动；当其中气缸(1)内的活塞处于上止点时，该气缸内的高压燃油燃烧产生的燃气爆发压力推动活塞(2)向下止点运动，进行做功；由于电机动子(7)固连在连杆(9)上，活塞(2)向下止点运动时电机动子(7)将切割磁导线，产生电能输出；在此过程中，圆盘(10)在电动机(12)的作用下按照匀速转动，另一发动机汽缸内的活塞会在槽线(14)的回复力作用下由下止点向上止点运动，当运动至上止点时，安装在这一气缸顶部的喷油器喷射出高压燃油，燃油燃烧产生高压燃气，推动汽缸内的活塞向下止点运行，开始对外作功；当这一发动机作功行程结束后，圆盘(10)刚好转动一周，完成一个工作循环；本装置运行过程中按照此工作循环继续工作。
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