CN109779747A - 自由活塞式内燃发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自由活塞式内燃发电装置，包括：第一单缸内燃发电机、第二单缸内燃发电机和汽缸盖；其中，汽缸盖为双端盖，汽缸盖的一端与第一单缸内燃发电机的汽缸端相连，汽缸盖的另一端与第二单缸内燃发电机的汽缸端相连；汽缸盖的两端均装有火花塞、喷油器和排气通道。本发明采用双端盖汽缸盖连接两个单缸内燃发电机，实现了力的平衡，在工作过程中产生的振动较小；又由于采用单缸内燃发电机，其本身就具有易于控制、运行稳定等优点。

Description

自由活塞式内燃发电装置

技术领域

本发明属于发电机设计领域，尤其涉及一种自由活塞式内燃发电装置。

背景技术

自由活塞式内燃发电机是近几年来伴随着能源和环境问题逐渐发展起来的一种新型动力机。它直接将内燃机和直线发电机结合在一起，在结构上取消了内燃机的曲轴连杆系统，整个机构仅存在直线运动。而内燃机活塞直接作为直线发电机的动子的一部分，将燃烧室内的化学能直接转换为电能输出。与传统旋转内燃机带动的发电机组合相比，此内燃机与发电机组的直接耦合系统结构简单、零件数目少；中途能量转换损失小，摩擦力小，机械效率高；此外，由于活塞行程不受机械限制，内燃机可以运行在较大的压缩比下，燃料适应性较广。目前此特种发动机受到国内外越来越多的科研机构的青睐。

目前存在的自由活塞式内燃发电机的结构主要有单缸：空气弹簧结构和对置活塞结构。对于单缸：空气弹簧结构易于控制，内燃机运行稳定等优点，但振动相对较大；对置活塞结构具有振动较小、热效率高等优点，但难于控制，运行相对不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种自由活塞式内燃发电装置，振动小且易于控制。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种自由活塞式内燃发电装置，包括：第一单缸内燃发电机、第二单缸内燃发电机和汽缸盖；

其中，所述汽缸盖为双端盖，所述汽缸盖的一端与所述第一单缸内燃发电机的汽缸端相连，所述汽缸盖的另一端与所述第二单缸内燃发电机的汽缸端相连；所述汽缸盖的两端均装有火花塞、喷油器和排气通道。

根据本发明一实施例，所述第一单缸内燃发电机包括第一定子室、第一内动子和第一汽缸；所述第一内动子的一端位于所述第一定子室内，所述第一内动子的另一端位于所述第一汽缸内，位于所述第一定子室内的所述第一内动子端部的直径大于位于所述第一汽缸内的所述第一内动子端部的直径；

所述第二单缸内燃发电机包括第二定子室、第二内动子和第二汽缸；所述第二内动子的一端位于所述第二定子室内，所述第二内动子的另一端位于所述第二汽缸内，位于所述第二定子室内的所述第二内动子端部的直径大于位于所述第二汽缸内的所述第二内动子端部的直径。

根据本发明一实施例，所述第一内动子的中间段周侧设有第一磁极组，所述第一定子室的内壁设有第一定子线圈；

所述第二内动子的中间段周侧设有第二磁极组，所述第二定子室的内壁设有第二定子线圈。

根据本发明一实施例，所述自由活塞式内燃发电装置还包括第一进气管道和第二进气管道；

所述第一汽缸设有第一空气进口，所述第二汽缸设有第二空气进口；所述第一进气管道与所述第一空气进口连通，所述第二进气管道与所述第二空气进口连通；

所述第一定子室设有第三空气进口，所述第二定子室设有第四空气进口；所述第一进气管道与所述第三空气进口连通，所述第二进气管道与所述第四空气进口连通。

根据本发明一实施例，所述自由活塞式内燃发电装置还包括第一压缩空气管道、第二压缩空气管道和气体稳压装置；所述第一定子室设有第一压缩空气进口，所述第二定子室设有第二压缩空气进口；

其中，所述气体稳压装置的一端与所述第一压缩空气管道的一端相连，所述气体稳压装置的另一端与所述第二压缩空气管道的一端相连；

所述第一压缩空气管道的另一端与所述第一压缩空气进口连通，所述第二压缩空气管道的另一端与所述第二压缩空气进口连通。

根据本发明一实施例，所述气体稳压装置包括储气罐和与所述储气罐相连的稳压阀。

根据本发明一实施例，所述第一定子室的内壁的上侧和/或下侧设有第一光电编码器，所述第一光电编码器用于检测所述第一内动子的移动速度；

所述第二定子室的内壁的上侧和/或下侧设有第二光电编码器，所述第二光电编码器用于检测所述第二内动子的移动速度。

根据本发明一实施例，所述第一进气管道上设有第一单向阀，所述第二进气管道上设有第二单向阀。

根据本发明一实施例，所述第一压缩空气管道上设有第一空气阀，所述第二压缩空气管道上设有第二空气阀。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明一实施例中的自由活塞式内燃发电装置通过采用双端盖汽缸盖连接两个单缸内燃发电机，实现了力的平衡，在工作过程中产生的振动较小；又由于采用单缸内燃发电机，其本身就具有易于控制、运行稳定等优点。

附图说明

图1为本发明一实施例中自由活塞式内燃发电装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例中自由活塞式内燃发电装置的控制框图。

附图标记说明：

1：第一单向阀；2：第一定子室；3：第一空气阀；4：第一内动子；5：第一磁极组6：第一压缩空气管道；7：第一定子线圈；8：第一光电编码器；9：第一汽缸；10：第一喷油器；11：第一排气通道；12：第二火花塞；13：稳压阀；14：第二汽缸；15：第二光电编码器；16：第二定子线圈；17：储气罐；18：第二磁极组；19：第二压缩空气管道；20：第二内动子；21：第二空气阀；22：第二定子室；23：第二单向阀；24：第二进气管道；25：第二扫气通道；26：第二喷油器；27：第二排气通道；28：第一火花塞；29：汽缸盖；30：第一扫气通道；31：第一进气管道。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种自由活塞式内燃发电装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

如图1所示，本发明提供的一种自由活塞式内燃发电装置，包括：第一单缸内燃发电机、第二单缸内燃发电机和汽缸盖29；其中，汽缸盖29为双端盖，汽缸盖29的一端与第一单缸内燃发电机的汽缸端相连，汽缸盖29的另一端与第二单缸内燃发电机的汽缸端相连；汽缸盖29的两端均装有火花塞(第一火花塞28和第二火花塞12)、喷油器(第一喷油器10和第二喷油器26)和排气通道(第一排气通道11和第二排气通道27)。

本发明采用双端盖汽缸盖连接两个单缸内燃发电机，实现了力的平衡，其在工作过程中产生的振动较小；又由于采用单缸内燃发电机，其本身就具有易于控制、运行稳定等优点。

具体的，第一单缸内燃发电机包括第一定子室2、第一内动子4和第一汽缸9；第一内动子4的一端位于第一定子室2内，第一内动子4的另一端位于第一汽缸9内，位于第一定子室2内的第一内动子4的端部的直径大于位于第一汽缸9内的第一内动子4的端部的直径。

第二单缸内燃发电机包括第二定子室22、第二内动子20和第二汽缸14；第二内动子20的一端位于第二定子室22内，第二内动子20的另一端位于第二汽缸14内，位于第二定子室22内的第二内动子20的端部的直径大于位于第二汽缸14内的第二内动子20的端部的直径。

第一内动子4的中间段周侧设有第一磁极组5，第一定子室2的内壁设有第一定子线圈7，第一定子室2的上、下壁上各设有一个第一光电编码器8；第二内动子20的中间段周侧设有第二磁极组18，第二定子室22的内壁设有第二定子线圈16，第二定子室22的上、下壁上各设有一个第二光电编码器15。

第一汽缸9设有第一空气进口，第二汽缸14设有第二空气进口；第一进气管道31与第一空气进口连通，第二进气管道24与第二空气进口连通。第一进气管道31上设有第一单向阀1，第二进气管道24上设有第二单向阀23。

第一定子室2设有第三空气进口，第二定子室22设有第四空气进口；第一进气管道31与第三空气进口连通，第二进气管道24与第四空气进口连通。

进一步地，本发明自由活塞式内燃发电装置还包括第一压缩空气管道6、第二压缩空气管道19和气体稳压装置；该气体稳压装置包括储气罐17和与储气罐17相连的稳压阀13。

第一定子室2设有第一压缩空气进口，第二定子室22设有第二压缩空气进口；其中，稳压阀13的一端与第一压缩空气管道6的一端相连，稳压阀13的另一端与第二压缩空气管道19的一端相连。第一压缩空气管道6的另一端与第一压缩空气进口连通，第二压缩空气管道19的另一端与第二压缩空气进口连通。

第一压缩空气管道6上设有第一空气阀3，第二压缩空气管道19上设有第二空气阀21。

进一步地，第一内动子4和第二内动子20的左右两端均设有密封环，防止压缩空气及燃烧气体泄漏。

下面介绍本发明自由活塞式内燃发电装置的工作过程：

图2为本发明自由活塞式内燃发电装置的控制框图，当本发明接通电源后，电池管理系统为第一单缸内燃发电机和第二单缸内燃发电机提供稳定电源，此时第一单缸内燃发电机和第二单缸内燃发电机处于电动状态。

电动启动过程：环境空气经由第一进气管道31、第二进气管道24进入到第一定子室2、第二定子室22、第一汽缸9和第二汽缸14内。同时气罐17内的压缩空气随着第一内动子4、第二内动子20的速度加快经由稳压阀13和第一压缩空气管道6、第二压缩空气管道19进入第一定子室2和第二定子室22。第一光电编码器8、第二光电编码器15检测第一内动子4、第二内动子20的速度和位置，并将其信息发送至电控单元，同时电控单元检测第一汽缸9、第二汽缸14的压强。当第一内动子4、第二内动子20的速度、位置及第一汽缸9、第二汽缸14内压强达到参考值时，第一单缸内燃发电机和第二单缸内燃发电机断电，并从电动状态转换为发电状态。

发电过程：第一喷油器10、第二喷油器26进行定时定量地喷油，第一火花塞28、第二火花塞12进行定时定点工作。同时第一排气通道11、第二排气通道27由节气门打开进行废气的排放。由于第一内动子4、第二内动子20的不断运动，切割第一定子线圈7和第二定子线圈16的磁感线，从而产生电流，并在电池管理系统的作用下对电池进行充电。另外，第一内动子4和第二内动子20的运动可增加第一进气管道31和第二进气管道24内的压力，具有一定扫气功能，如图1所示的第一扫气管道30和第二扫气管道25。

电控单元不断地采集第一内动子4、第二内动子20的速度、位置以及第一汽缸9、第二汽缸14内的压强，并将其与参考值做对比，若未达到或超过预设参考值，发电机由发电状态转换为电动状态。同时，电控单元也收集第一定子室2和第二定子室22内的压强信息，控制第一空气阀3、第二空气阀21的打开与关闭，以增加或减少第一定子室2和第二定子室22内的压力。

综上所述，为确保本发明自由活塞式内燃发电装置的稳定运行，需使第一内动子4、第二内动子20的速度、位置及第一汽缸9、第二汽缸14内压强达到其参考值。电控单元与电池管理系统，实现电池的充电与供电；电控单元与上位机相连接，实现进气量、第一内动子4和第二内动子20的速度与位置、第一汽缸9、第二汽缸14内压力等相关信息的采集与显示。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种自由活塞式内燃发电装置，其特征在于，包括：第一单缸内燃发电机、第二单缸内燃发电机和汽缸盖；

其中，所述汽缸盖为双端盖，所述汽缸盖的一端与所述第一单缸内燃发电机的汽缸端相连，所述汽缸盖的另一端与所述第二单缸内燃发电机的汽缸端相连；所述汽缸盖的两端均装有火花塞、喷油器和排气通道。

2.如权利要求1所述的自由活塞式内燃发电装置，其特征在于，所述第一单缸内燃发电机包括第一定子室、第一内动子和第一汽缸；所述第一内动子的一端位于所述第一定子室内，所述第一内动子的另一端位于所述第一汽缸内，位于所述第一定子室内的所述第一内动子端部的直径大于位于所述第一汽缸内的所述第一内动子端部的直径；

所述第二单缸内燃发电机包括第二定子室、第二内动子和第二汽缸；所述第二内动子的一端位于所述第二定子室内，所述第二内动子的另一端位于所述第二汽缸内，位于所述第二定子室内的所述第二内动子端部的直径大于位于所述第二汽缸内的所述第二内动子端部的直径。

3.如权利要求2所述的自由活塞式内燃发电装置，其特征在于，所述第一内动子的中间段周侧设有第一磁极组，所述第一定子室的内壁设有第一定子线圈；

所述第二内动子的中间段周侧设有第二磁极组，所述第二定子室的内壁设有第二定子线圈。

4.如权利要求1所述的自由活塞式内燃发电装置，其特征在于，还包括第一进气管道和第二进气管道；

所述第一汽缸设有第一空气进口，所述第二汽缸设有第二空气进口；所述第一进气管道与所述第一空气进口连通，所述第二进气管道与所述第二空气进口连通；

所述第一定子室设有第三空气进口，所述第二定子室设有第四空气进口；所述第一进气管道与所述第三空气进口连通，所述第二进气管道与所述第四空气进口连通。

5.如权利要求1或4所述的自由活塞式内燃发电装置，其特征在于，还包括第一压缩空气管道、第二压缩空气管道和气体稳压装置；所述第一定子室设有第一压缩空气进口，所述第二定子室设有第二压缩空气进口；

其中，所述气体稳压装置的一端与所述第一压缩空气管道的一端相连，所述气体稳压装置的另一端与所述第二压缩空气管道的一端相连；

所述第一压缩空气管道的另一端与所述第一压缩空气进口连通，所述第二压缩空气管道的另一端与所述第二压缩空气进口连通。

6.如权利要求5所述的自由活塞式内燃发电装置，其特征在于，所述气体稳压装置包括储气罐和与所述储气罐相连的稳压阀。

7.如权利要求3所述的自由活塞式内燃发电装置，其特征在于，所述第一定子室的内壁的上侧和/或下侧设有第一光电编码器，所述第一光电编码器用于检测所述第一内动子的移动速度；

所述第二定子室的内壁的上侧和/或下侧设有第二光电编码器，所述第二光电编码器用于检测所述第二内动子的移动速度。

8.如权利要求4所述的自由活塞式内燃发电装置，其特征在于，所述第一进气管道上设有第一单向阀，所述第二进气管道上设有第二单向阀。

9.如权利要求5所述的自由活塞式内燃发电装置，其特征在于，所述第一压缩空气管道上设有第一空气阀，所述第二压缩空气管道上设有第二空气阀。