CN102877941B

CN102877941B - 一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统

Info

Publication number: CN102877941B
Application number: CN201210390817.5A
Authority: CN
Inventors: 左正兴; 贾博儒; 冯慧华; 李林可; 许大涛
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2032-10-15
Also published as: CN102877941A

Abstract

本发明属于动力机械技术领域，具体涉及一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统。包括第一自由活塞内燃机、第二自由活塞内燃机、高压气源启动机构、连杆、第一直线发电机和第二直线发电机；第一自由活塞内燃机，第一直线发电机，高压气源启动机构，第二直线发电机，第二自由活塞内燃机顺次连接，整个机构左右对称。本发明采用高压气源机构，主要由高压气源、进气管道、启动气缸及启动活塞组成，是成熟技术，可以在1秒内实现自由活塞内燃发电机的启动；且加工制造方便，可靠性高。

Description

一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统

技术领域

本发明属于动力机械技术领域，具体涉及一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统。

背景技术

能源和环境问题是制约社会可持续发展的关键之一。为了实现创建能源节约型和环境友好型社会的目标，人们将绿色、节能、环保和高效作为时代主题，并一直在改进和发明各种进行能量转换的动力机械装置，自由活塞内燃发电机就是其中的一种。它将自由活塞与直线电机动子直接固连，形成唯一的运动部件——活塞组件。系统运行时，缸内气体燃烧膨胀作功，推动活塞并带动动子运动，继而产生电能，最终通过较短的传递路径将燃料化学能直接转换为电能。

与往复式内燃机和旋转发电机组合的混合动力系统最大的区别在于，自由活塞内燃发电机摒除了曲柄连杆机构，部件运动过程只包含活塞组件的直线往复运动。自由活塞运动不受机构束缚，可以实现变压缩比内燃机热力循环。它具有众多潜在性能优势，例如机械摩擦损失少，结构紧凑体积小，能量传递路径短，燃烧排放质量好等。它不仅可以用在混合电动或纯电动汽车和船舶上，还可以作为辅助动力发电机组使用，是一种前景巨大和优势明显的动力机械装置。

由于自由活塞内燃发电机没有曲柄连杆机构，不能像传统内燃机那样通过飞轮积蓄启动电机的能量来实现内燃机的启动，必须通过施加与活塞运动方向相同的推力使得内燃机活塞达到指定位置，满足自由活塞内燃机着火所需压缩比。如何实现自由活塞内燃发电机的快速、有效启动是当前制约该动力装置发展的原因之一。

发明内容

本发明的目的是为了解决自由活塞内燃发电机启动问题，从而提出的一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统，包括第一自由活塞内燃机、第二自由活塞内燃机、高压气源启动机构、连杆、第一直线发电机和第二直线发电机；第一自由活塞内燃机，第一直线发电机，高压气源启动机构，第二直线发电机，第二自由活塞内燃机顺次连接，整个机构左右对称。

第一自由活塞内燃机包括第一内燃机气缸、第一自由活塞、第一进气门、第一排气门、第一喷油器、第一进排气控制器；第一自由活塞置于第一内燃机气缸内部，第一喷油器位于第一内燃机气缸顶部中央，第一进气门及第一排气门位于第一内燃机气缸顶部，并对称位于第一喷油器两侧，第一进排气控制器位于第一内燃机气缸外部、与第一进气门及第一排气门连接，用于控制第一进气门与第一排气门的打开及关闭。

第二自由活塞内燃机的结构与第一自由活塞内燃机相同，包括第二内燃机气缸、第二自由活塞、第二进气门、第二排气门、第二喷油器、第二进排气控制器；第二自由活塞置于第二内燃机气缸内部,第二喷油器位于第二内燃机气缸顶部中央,第二进气门及第二排气门位于第二内燃机气缸顶部，并对称位于第二喷油器两侧，第二进排气控制器位于第二内燃机气缸外部、与第二进气门及第二排气门连接，用于控制第二进气门与第二排气门的打开及关闭。

第一直线发电机为动磁式电机，包括第一直线发电机动子和第一直线发电机定子，第一直线发电机动子上安装永磁体，位于第一直线发电机定子内部。第二直线发电机与第一直线发电机结构相同，包括第二直线发电机动子和第二直线发电机定子。

高压气源启动机构包括第一高压气源、第二高压气源、第一气源进气管道、第二气源进气管道、气源进排气控制器、启动气缸、启动活塞；高压气源启动机构左右对称，启动活塞置于启动气缸中间，第一气源进气管道、第二气源进气管道位于启动气缸底部，第一高压气源、第二高压气源与气源进排气控制器位于启动气缸外部；第一高压气源和第二高压气源分别通过第一气源进气管道和第二进气管道与启动气缸连通，气源进排气控制器连接第一高压气源和第二高压气源。

连杆依次将第一自由活塞、第一直线电机动子、启动活塞、第二直线电机动子和第二自由活塞连接起来，组成活塞组件。

系统工作流程为：

自由活塞内燃发电机静止时，启动活塞位于启动气缸中点，当需要从第二内燃机气缸启动时，气源进排气控制器控制第一高压气源的阀门打开，高压气体通过第一气源进气管道快速进入启动气缸左侧，在气体压力的作用下，活塞组件向右运动，当到达指定位置，满足第二自由活塞内燃机着火所需压缩比时，第二喷油器将燃料喷入气缸，自由活塞内燃发电机启动过程完成，开始稳定工作。同时，气源进排气控制器控制第一高压气源阀门关闭，并使第一进气管道与大气相通.

当需要从第一内燃机气缸启动时，气源进排气控制器控制第二高压气源的阀门打开，高压气体通过第二进气管道快速进入启动气缸右侧，在气体压力的作用下，活塞组件向左运动，当到达指定位置，满足第一自由活塞内燃机着火所需压缩比时，第一喷油器将燃料喷入气缸，自由活塞内燃发电机启动过程完成，开始稳定工作。同时，气源进排气控制器控制第二高压气源的阀门关闭，并使第一进气管道与大气相通。

有益效果

1、本发明的一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统，采用高压气源机构，从而可以在1秒内实现自由活塞内燃发电机的启动；

2、作为关键部件的高压气源启动机构，主要由高压气源、进气管道、启动气缸及启动活塞组成，是成熟技术，加工制造方便，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统结构示意图；

标号说明：1—第一进排气控制器、2—第一喷油器、3—第一进气门、4—第一排气门、5—第一内燃机气缸、6—第一自由活塞、7—第一直线发电机定子、8—第一直线发电机动子、9—启动气缸、10—启动活塞、11—第一气源进气管道、12—第一高压气源、13—气源进排气控制器、14—第二气源进气管道、15—第二高压气源、16—连杆、17—第二直线发电机定子、18—第二直线发电机动子、19—第二自由活塞、20—第二内燃机气缸、21—第二排气门、22—第二喷油器、23—第二进气门、24—第二进排气控制器。

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

本发明的一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统，包括第一自由活塞内燃机、第二自由活塞内燃机、高压气源启动机构、连杆16、第一直线发电机、第二直线发电机。

第一自由活塞内燃机包括第一内燃机气缸5、第一自由活塞6、第一进气门3、第一排气门4、第一喷油器2、第一进排气控制器1；第一自由活塞6置于第一内燃机气缸5内部，第一喷油器2位于第一内燃机气缸5顶部中央，第一进气门3及第一排气门4位于第一内燃机气缸5顶部，并对称位于第一喷油器2两侧，第一进排气控制器1位于第一内燃机气缸5外部，用于控制第一进气门3与第一排气门4的打开及关闭。

第二自由活塞内燃机包括第二内燃机气缸20、第二自由活塞19、第二进气门23、第二排气门21、第二喷油器22、第二进排气控制器24；第二自由活塞19置于第二内燃机气缸20内部,第二喷油器22位于第二内燃机气缸20顶部中央,第二进气门23及第二排气门21位于第二内燃机气缸20顶部，并对称位于第二喷油器22两侧，第二进排气控制器24位于第二内燃机气缸20外部，用于控制第二进气门23与第二排气门21的打开及关闭。

第一直线发电机包括第一直线发电机动子8和第一直线发电机定子7，永磁体安装在第一直线发电机动子8上，为动磁式电机。第二直线发电机与第一直线发电机结构相同，包括第二直线发电机动子18和第二直线发电机定子17。

高压气源启动机构包括第一高压气源12、第二高压气源15、第一气源进气管道11、第二气源进气管道14、气源进排气控制器13、启动气缸9、启动活塞10；高压气源启动机构左右对称，启动活塞10置于启动气缸9中间，第一高压气源12与第二高压气源15位于启动气缸9外部，第一高压气源12通过第一气源进气管道11与启动气缸9连通，第二高压气源15通过第二进气管道14与启动气缸9连通；连杆16依次将第一自由活塞6、第一直线电机动子8、启动活塞10、第二直线电机动子18和第二自由活塞19连接起来，组成活塞组件。

自由活塞内燃发电机静止时，启动活塞10位于启动气缸9中点，当需要从第二自由活塞内燃机气缸启动时，气源进排气控制器13控制第一高压气源12的阀门打开，高压气体通过第一气源进气管道11快速进入启动气缸9左侧，在气体压力的作用下，活塞组件向右运动，当到达指定位置，满足第二自由活塞内燃机着火所需压缩比时，第二喷油器22将燃料喷入第一内燃机气缸5，自由活塞内燃发电机启动过程完成，开始稳定工作。同时，气源进排气控制器13控制第一高压气源12阀门关闭，并使第一进气管道11与大气相通；

同理，当需要从第一自由活塞内燃机气缸启动时，气源进排气控制器13控制第二高压气源15的阀门打开，高压气体通过第二气源进气管道14快速进入启动气缸9右侧，在气体压力的作用下，活塞组件向左运动，当到达指定位置，满足第一自由活塞内燃机着火所需压缩比时，第一喷油器2将燃料喷入气缸，自由活塞内燃发电机启动过程完成，开始稳定工作。同时，气源进排气控制器13控制第二高压气源15的阀门关闭，并使第二进气管道14与大气相通。

Claims

1.一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统，其特征在于：包括第一自由活塞内燃机、第二自由活塞内燃机、高压气源启动机构、连杆、第一直线发电机和第二直线发电机；第一自由活塞内燃机，第一直线发电机，高压气源启动机构，第二直线发电机，第二自由活塞内燃机顺次连接，整个机构左右对称；

第一自由活塞内燃机包括第一内燃机气缸、第一自由活塞、第一进气门、第一排气门、第一喷油器、第一进排气控制器；第一自由活塞置于第一内燃机气缸内部，第一喷油器位于第一内燃机气缸顶部中央，第一进气门及第一排气门位于第一内燃机气缸顶部，并对称位于第一喷油器两侧，第一进排气控制器位于第一内燃机气缸外部、与第一进气门及第一排气门连接，用于控制第一进气门与第一排气门的打开及关闭；

第二自由活塞内燃机的结构与第一自由活塞内燃机相同，包括第二内燃机气缸、第二自由活塞、第二进气门、第二排气门、第二喷油器、第二进排气控制器；第二自由活塞置于第二内燃机气缸内部,第二喷油器位于第二内燃机气缸顶部中央,第二进气门及第二排气门位于第二内燃机气缸顶部，并对称位于第二喷油器两侧，第二进排气控制器位于第二内燃机气缸外部、与第二进气门及第二排气门连接，用于控制第二进气门与第二排气门的打开及关闭；

第一直线发电机包括第一直线发电机动子和第一直线发电机定子；第二直线发电机与第一直线发电机结构相同，包括第二直线发电机动子和第二直线发电机定子；

高压气源启动机构包括第一高压气源、第二高压气源、第一气源进气管道、第二气源进气管道、气源进排气控制器、启动气缸、启动活塞；高压气源启动机构左右对称，启动活塞置于启动气缸中间，第一气源进气管道、第二气源进气管道位于启动气缸底部，第一高压气源、第二高压气源与气源进排气控制器位于启动气缸外部；第一高压气源和第二高压气源分别通过第一气源进气管道和第二进气管道与启动气缸连通，气源进排气控制器连接第一高压气源和第二高压气源；

2.根据权利要求1所述的一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统，其特征在于：第一直线发电机和第二直线发电机为动磁式电机；第一直线发电机动子和第二直线发电机动子上安装永磁体，第一直线发电机动子位于第一直线发电机定子内部，第二直线发电机动子位于第二直线发电机定子内部。