CN114893292B - 一种内燃约束直线发电系统 - Google Patents

Abstract

一种内燃约束直线发电系统，属于能源动力技术领域。包括气缸体（2）和曲轴箱（10），在气缸体（2）和曲轴箱（10）之间安装有直线发电机（4），其特征在于：直线发电机（4）分别与气缸体（2）和曲轴箱（10）对接，在机壳的内腔中轴向设置有动子导杆（6），动子导杆（6）两端分别连接活塞（1）和曲轴（9），发电机定子（29）固定在机壳的内壁上，发电机动子（3）套装在动子导杆（6）的外圈；在机壳内设置有用于对机壳进行冷却的冷却机构（5）以及润滑机构。在本内燃约束直线发电系统中，解决了直线发电机与汽缸体和曲轴箱的对接，实现了曲轴箱与气缸体之间润滑和直线发电机的冷却，提高了可实用性。

Description

一种内燃约束直线发电系统

技术领域

一种内燃约束直线发电系统，属于能源动力技术领域。

背景技术

在世界能源匮乏和环境污染的双重压力下，新能源汽车正在加速替代传统燃油车，以新能源为主体的新型电力汽车也正在逐渐占领汽车市场。但是，由于受全面建设电力基础设施困难、电池受环境影响较大、电池功率密度限制等因素限制，纯电力汽车现阶段还不能满足长途行驶、低温环境等环境下的应用，因此现阶段混合动力汽车仍然是企业研发的重点。

在此背景下，有研究提出了一种内燃约束直线发电系统，用来作为电动汽车的增程器。并可实现电能与机械能同时输出的双驱动模式。内燃约束直线发电系统的设计思路是在传统内燃机的曲轴箱和气缸之间设置直线发电机，直线发电机的动子随活塞往复移动的同时切割磁感线，以输出电能。因此新添加的直线发电机改变了传统内燃机中曲轴箱和气缸之间的连接关系，虽然实现了直线发电机与曲轴箱之间的机械连接，但是仍有一些问题难以解决：在常规状态下，曲轴箱会向气缸体中溅入润滑油，而当在曲轴箱和气缸体之间安装直线电机之后，曲轴箱无法再次将润滑油溅入气缸体中，长期运行会导致原内燃机部件因润滑油无法正常流通而导致损坏；同时直线电机在高速运行时，其自身的润滑问题也难以解决。因此目前公开的关于内燃约束直线发电系统的技术方案更多的处于理论研究阶段，目前仍难以可靠的投入实际应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种内燃约束直线发电系统，解决了直线发电机与汽缸体和曲轴箱的对接，实现了曲轴箱与气缸体之间润滑和对直线发电机的冷却，提高了内燃约束直线发电系统的可实用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该内燃约束直线发电系统，包括气缸体和曲轴箱，在气缸体和曲轴箱之间安装有直线发电机，其特征在于：所述直线发电机机壳的上、下两端口分别与气缸体和曲轴箱对接，在机壳的内腔中轴向设置有动子导杆，动子导杆的上端安装有活塞，动子导杆的底部与曲轴箱内的曲轴相连，直线发电机的发电机定子固定在机壳的内壁上，发电机动子套装在动子导杆的外圈，在机壳的内腔中间隔形成运行腔和连接腔，发电机动子通过动子导杆随活塞往复运动；在机壳内设置有用于对直线发电机进行冷却的冷却机构，在机壳内还设置有润滑机构，润滑机构贯穿机壳，并在气缸体和曲轴箱内形成循环。

优选的，所述的动子导杆包括上导杆和同轴固定在上导杆底部的下导杆，所述的发电机动子套装在上导杆的外圈，所述活塞安装在上导杆的顶部，下导杆进入连接腔内与曲轴相连。

优选的，在所述上导杆的底部突出设置有下安装台，发电机动子自上而下套装在上导杆的外圈，并落在下安装台的表面，在上导杆的顶部还开设有上安装台，在上安装台上依次安装有用于固定发电机动子的固定环和卡环。

优选的，在所述上导杆的顶部固定有活塞连接套，在活塞连接套中开设有径向的通孔，活塞连接套自下而上装入活塞的底部，活塞连接套和活塞通过自侧部装入的活塞销轴瓦连接固定；

在所述下导杆的底部通过固定螺栓固定有曲轴连接套，在曲轴连接套顶板下表面的两端垂直固定有两块固定板，平行设置的两块固定板在顶板的下表面形成插口，在两块固定板上分别开设有一个固定孔，曲轴的端部进入两个固定板之间，并通过侧部进入的曲轴连接销与曲轴连接套连接。

优选的，所述的冷却机构包括多条冷却通道，每条冷却通道轴向贯穿机壳的两个端面，冷却通道在机壳任意两条对边的两侧分别设置有一条。

优选的，所述的冷却机构还包括一条周向连通所有冷却通道的冷却环，冷却环位于运行腔中部的外圈，周向开设在机壳的壳壁内。

优选的，在所述机壳的内腔下部径向设置有轴承固定板，运行腔和连接腔由轴承固定板间隔形成；在轴承固定板中心孔的外侧设置有用于固定直线轴承的固定孔，直线轴承固定在轴承固定板的下方，并自下而上穿过轴承固定板的中心孔进入运行腔内，在固定孔的外圈还均匀开设有回油槽。

优选的，在所述机壳外周圈轴向开设有多条贯穿机壳两个端面的螺栓孔，在螺栓孔内设置有依次固定气缸体、直线发电机和曲轴箱的连接螺栓。

优选的，在多条所述的螺栓孔中，正对曲轴箱内油道的一条为润滑通道，润滑机构包括润滑通道以及径向开设在润滑通道上部的侧部通道，侧部通道连接润滑通道以及机壳的运行腔，在运行腔的顶部设置有朝向活塞的喷油嘴，侧部通道在运行腔内与喷油嘴对接。

优选的，在所述机壳的其中一个端面向外侧间隔形成传动链槽，在传动链槽的一侧开设有回油孔，回油孔的两端分别连通传动链槽和运行腔。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：

1、在本内燃约束直线发电系统中，解决了直线发电机与汽缸体和曲轴箱的对接，实现了曲轴箱与气缸体之间润滑同时实现了对直线发电机的冷却，提高了可实用性。本内燃约束直线发电系统同时解决了内燃约束直线发电系统直线电机的安装问题，以及直线电机与内燃机内部运动件的协同运行等问题。

2、内燃约束直线发电系统加长缸体解决了系统在产品化阶段时，直线电机的加装固定位置；上、下契合于原有内燃机汽缸体与曲轴箱结构，使得传统内燃机在改装成内燃约束直线发电系统时，结构变动最少，节约生产成本与时间。

3、在本内燃约束直线发电系统中，润滑油道与喷油嘴相连，满足了动子导杆与活塞连接处、活塞与缸套的润滑；同时开有贯通传动链槽的回油孔，便于直线电机上端的润滑油回油。

4、动子导杆解决了直线电机动子的安装固定问题，并且上、下两端分别连接活塞与连杆，实现电机动子与内燃机运动件的协同运行。

5、在上导杆的底部中心处向上开设有凹槽，下导杆的顶部固定在该凹槽的尽头处。凹槽的深度大于直线轴承进入运行腔的高度，当动子导杆下行至最低处时，直线轴承进入凹槽内，避免发生碰撞。

附图说明

图1为内燃约束直线发电系统结构示意图。

图2为图1中A-A向剖视图。

图3为内燃约束直线发电系统动子导杆爆炸图。

图4~5为内燃约束直线发电系统直线发电机机壳轴测图。

图6为内燃约束直线发电系统直线发电机机壳仰视图。

图7为图6中B-B向剖视图。

图8为图6中C-C向剖视图。

图9为图6中D-D向剖视图。

其中：1、活塞 2、气缸体 3、发电机动子 4、直线发电机 5、冷却机构 6、动子导杆7、直线轴承 8、轴承固定板 9、曲轴 10、曲轴箱 11、喷油嘴 12、卡环 13、固定环 14、活塞连接套 15、活塞销轴瓦 16、上安装台 17、下安装台 18、下导杆 19、曲轴连接套 20、曲轴连接销 21、固定螺栓 22、曲轴销轴瓦 23、侧部通道 24、传动链槽 25、上导杆 26、凸台27、回油槽 28、回油孔 29、发电机定子 30、润滑通道。

具体实施方式

图1~9是本发明的最佳实施例，下面结合附图1~9对本发明做进一步说明。

如图1~2所示，一种内燃约束直线发电系统，包括直线发电机4，直线发电机4包括机壳，机壳的上端和下端分别嵌入气缸体2和曲轴箱10中，并分别进行固定。在直线发电机4的内腔中轴向设置有动子导杆6，活塞1安装在动子导杆6的顶部，动子导杆6的底部与曲轴箱10内的曲轴9连接。

在机壳的中部突出设置有环形的定子凸台，发电机定子29（图1中未画出）的底部卡装在定子凸台的上表面处，发电机定子29与机壳的内壁贴合。在发电机定子29的上部设置有喷油嘴11，喷油嘴11的喷射方向朝向上部的活塞1。

在动子导杆6的外圈固定有发电机动子3，发电机动子3位于发电机定子29的内圈，发电机动子3在发电机定子29的内部随动子导杆6上下往复运动，并同时实现切割磁感线而输出电能。

在上述动子凸台的下方还设置有轴承固定板8，直线轴承7固定在轴承固定板8的中心处，动子导杆6从直线轴承7中心处穿过。轴承固定板8同时将直线发电机4的内腔分为上下两段，其中轴承固定板8上部为发电机动子3上下往复移动的运行腔，轴承固定板8的下部为动子导杆6与曲轴9的连接腔，直线轴承7固定在轴承固定板8的下方，并自下而上穿过轴承固定板8的中心孔进入运行腔内。在发电机动子3的运行腔的外侧，设置有冷却机构5，冷却机构5开设在直线发电机4的机壳内，用于对直线发电机4进行散热。

结合图3，动子导杆6包括上导杆25和与上导杆25同轴固定的下导杆18，上导杆25的直径大于下导杆18的直径。在上导杆25的底部中心处向上开设有凹槽，下导杆18的顶部固定在该凹槽的尽头处。凹槽的深度大于直线轴承7进入运行腔的高度，当动子导杆6下行至最低处时，直线轴承7进入凹槽内，避免发生碰撞。

在上导杆25的底部突出设置有下安装台17，上述的发电机动子3自上而下套装在上导杆25的外圈，并落在下安装台17的表面。在上导杆25的顶部还开设有上安装台16，在上安装台16上依次安装有固定环13和卡环12，将发电机动子3固定在上导杆25的外圈。

在上导杆25的顶部固定有活塞连接套14，在活塞连接套14中开设有径向的通孔，活塞连接套14自下而上装入活塞1的底部，并通过自侧部装入的活塞销轴瓦15将活塞连接套14与活塞1进行连接固定。在下导杆18的底部通过固定螺栓21固定有曲轴连接套19，曲轴连接套19包括顶板，在顶板的顶部设置有凸轴，凸轴自下导杆18的底部装入下导杆18的内部，固定螺栓21自下而上穿过顶板旋入下导杆18内进行固定。

在曲轴连接套19顶板下表面的两端垂直固定有两块固定板，平行设置的两块固定板在顶板的下表面形成插口，在两块固定板上分别开设有一个固定孔，曲轴9的端部进入两个固定板之间后，通过侧部进入的曲轴连接销20以及固定在曲轴连接销20端部的曲轴销轴瓦22将曲轴连接套19和曲轴9铰接。

如图4~5所示，直线发电机4的机壳为轴向贯通的矩形筒体，在机壳朝向曲轴箱10一端的端口处突出的设置有环形的凸台26，当直线发电机4与曲轴箱10连接时，凸台26内嵌进入曲轴箱10的安装端口中。在机壳的其中一个端面向外侧隆起，与机壳的表面间隔形成传动链槽24。结合图8，在传动链槽24的一侧开设有回油孔28，回油孔28的两端分别连通传动链槽24和机壳的内腔。

在机壳内腔的外周圈轴向的四角处分别轴向开设有一条螺栓孔，每一条螺栓孔均贯穿机壳的两个端面，通过螺栓孔内的螺栓（图中未画出）依次将气缸体2、直线发电机4以及曲轴箱10进行固定。在四条螺栓孔中，正对曲轴箱10机体油道的一个螺栓孔同时作为润滑通道30。结合图9，在润滑通道30的上部还径向开设有侧部通道23，侧部通道23的两端分别连接润滑通道30以及机壳的内腔。侧部通道23在机壳的内部与上述的喷油嘴11对接。

结合图6~7，上述的冷却机构5包括多条冷却通道，每条冷却通道轴向贯穿机壳的两个端面，冷却通道在机壳任意两条对边的两侧分别设置有一条。冷却机构5还包括一条周向连通所有冷却通道的冷却环，冷却环位于发电机动子3运行腔中部的外圈，周向开设在机壳的壳壁内。在上述轴承固定板8中心孔的四周均匀开设有用于固定直线轴承7的固定孔，在固定孔的外圈均匀开设有多个贯穿轴承固定板8上下端面的回油槽27。

具体工作过程及工作原理如下：

气缸体2工作时，燃料燃烧推动活塞1在气缸体2内上下移动，同时带动动子导杆6上下移动，动子导杆6上下移动的过程中带动曲轴箱10内的曲轴9转动。动子导杆6上下移动的过程中同时带动发电机动子3与发电机定子29之间发生往复的相对移动，完成切割磁线圈的动作，并实现电能的输出。

曲轴9在工作的同时，将润滑油压入润滑通道30中，润滑油一部分通过润滑通道30进入气缸体2内。润滑油流经润滑通道30的过程中，另一部分经过润滑通道30的侧部通道23进入机壳内部，并接入喷油嘴11中，然后润滑油经过喷油嘴11喷向活塞1，对活塞1进行润滑。润滑油完成润滑后沿机壳的内壁向下流动，在穿过轴承固定板8端部的回油槽27后返回曲轴箱10，如此往复。润滑油在返回的过程中一部分通过回油孔28进入传动链槽24内，对传动链槽24内的机构进行润滑。

发电机动子3与发电机定子29之间发生往复的相对移动的过程中，冷却液经过冷却机构5流经壳体，对直线发电机4进行散热。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种内燃约束直线发电系统，包括气缸体（2）和曲轴箱（10），在气缸体（2）和曲轴箱（10）之间安装有直线发电机（4），其特征在于：所述直线发电机（4）机壳的上、下两端口分别与气缸体（2）和曲轴箱（10）对接，在机壳的内腔中轴向设置有动子导杆（6），动子导杆（6）的上端安装有活塞（1），动子导杆（6）的底部与曲轴箱（10）内的曲轴（9）相连，直线发电机（4）的发电机定子（29）固定在机壳的内壁上，发电机动子（3）套装在动子导杆（6）的外圈，在机壳的内腔中间隔形成运行腔和连接腔，发电机动子（3）通过动子导杆（6）随活塞（1）往复运动；在机壳内设置有用于对直线发电机（4）进行冷却的冷却机构（5），在机壳内还设置有润滑机构，润滑机构贯穿机壳，并在气缸体（2）和曲轴箱（10）内形成循环；

在所述机壳外周圈轴向开设有多条贯穿机壳两个端面的螺栓孔，在螺栓孔内设置有依次固定气缸体（2）、直线发电机（4）和曲轴箱（10）的连接螺栓；

在多条所述的螺栓孔中，正对曲轴箱（10）内油道的一条为润滑通道（30），润滑机构包括润滑通道（30）以及径向开设在润滑通道（30）上部的侧部通道（23），侧部通道（23）连接润滑通道（30）以及机壳的运行腔，在运行腔的顶部设置有朝向活塞（1）的喷油嘴（11），侧部通道（23）在运行腔内与喷油嘴（11）对接；

在所述机壳的其中一个端面向外侧间隔形成传动链槽（24），在传动链槽（24）的一侧开设有回油孔（28），回油孔（28）的两端分别连通传动链槽（24）和运行腔；

所述的动子导杆（6）包括上导杆（25）和同轴固定在上导杆（25）底部的下导杆（18），所述的发电机动子（3）套装在上导杆（25）的外圈，所述活塞（1）安装在上导杆（25）的顶部，下导杆（18）进入连接腔内与曲轴（9）相连；

在所述上导杆（25）的顶部固定有活塞连接套（14），在活塞连接套（14）中开设有径向的通孔，活塞连接套（14）自下而上装入活塞（1）的底部，活塞连接套（14）和活塞（1）通过自侧部装入的活塞销轴瓦（15）连接固定；

在所述下导杆（18）的底部通过固定螺栓（21）固定有曲轴连接套（19），在曲轴连接套（19）顶板下表面的两端垂直固定有两块固定板，平行设置的两块固定板在顶板的下表面形成插口，在两块固定板上分别开设有一个固定孔，曲轴（9）的端部进入两个固定板之间，并通过侧部进入的曲轴连接销（20）与曲轴连接套（19）连接；

所述的冷却机构（5）包括多条冷却通道，每条冷却通道轴向贯穿机壳的两个端面，冷却通道在机壳任意两条对边的两侧分别设置有一条；

所述的冷却机构（5）还包括一条周向连通所有冷却通道的冷却环，冷却环位于运行腔中部的外圈，周向开设在机壳的壳壁内；

在所述机壳的内腔下部径向设置有轴承固定板（8），运行腔和连接腔由轴承固定板（8）间隔形成；在轴承固定板（8）中心孔的外侧设置有用于固定直线轴承（7）的固定孔，直线轴承（7）固定在轴承固定板（8）的下方，并自下而上穿过轴承固定板（8）的中心孔进入运行腔内，在固定孔的外圈还均匀开设有回油槽（27）。

2.根据权利要求1所述的内燃约束直线发电系统，其特征在于：在所述上导杆（25）的底部突出设置有下安装台（17），发电机动子（3）自上而下套装在上导杆（25）的外圈，并落在下安装台（17）的表面，在上导杆（25）的顶部还开设有上安装台（16），在上安装台（16）上依次安装有用于固定发电机动子（3）的固定环（13）和卡环（12）。