CN115059543A - 一体化多级电压模式辅机电站系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高紧凑、高可靠和低油耗的一体化多级电压模式辅机电站系统，包括发动机和发电机；其特征在于：包括机体1、曲柄连杆机构2、气缸套3、扫气系统4、进气侧曲轴5a、排气侧曲轴5b、燃油供给系统6和盘式发电机7；所述曲柄连杆机构2通过支撑轴承放置于所述机体1的两端，以进排气区分为进气侧曲轴5a的曲柄连杆机构和排气侧曲轴5b的曲柄连杆机构，通过同步齿轮连接进而相对转动，所述气缸套3放置于机体中部活塞行程路径上，所述扫气系统4安装于所述气缸套3进排气口上，所述燃油供给系统6安装于气缸套3并由所述曲柄连杆机构2驱动，所述盘式发电机7固定于机体1上并且转子与曲柄连杆机构2同轴转动。

Description

一体化多级电压模式辅机电站系统
技术领域
本发明属于内燃机和发电机领域，具体涉及一种基于双曲轴对置活塞二冲程发动机的一体化多级电压模式辅机电站系统。
背景技术
现有辅机电站系统的动力装置多是采用了传统活塞布局的常规发动机，其固有结构和工作特性决定了电站的整体尺寸和燃油消耗率无法降低，这与辅机电站系统所要求的一体化、高紧凑、高可靠和低油耗的设计目标背道而驰。而与常规发动机相比，对置活塞发动机结构简单，零件数量少，成本低，取消了复杂的配气机构以及气缸盖，大幅减小了发动机的重量和体积，可以有效提高发动机的功率密度。取消配气机构还可以减少摩擦副的数量，摩擦损失减少，发动机的机械效率提高。取消气缸盖可以减小冷却系统的体积，减少冷却散热，提高发动机的热效率。此外，发动机的两个活塞在同一气缸中反向往复运动使得发动机自平衡性好，震动小，运转噪声小。采用二冲程的对置活塞发动机通过活塞扫略布置在缸套两端的进、排气口完成换气过程，无需气门、高压喷嘴和大散热器，具有高可靠性和多种燃料兼容性。基于以上优点，对置活塞二冲程发动机可以作为理想的辅机电站系统动力装置。
现有辅机电站系统采用的动能传递方式有两种，一种是发动机飞轮与曲轴连接后，通过齿圈来带动传动机构进行机械传递，将动能传递给发电机，结构复杂，且齿圈成本较高；另一种是通过皮带与发动机的减震皮带轮进行连接，发动机曲轴转动，减震皮带轮同时转动，进而通过皮带带动发电机的皮带轮转动，从而带动转子转动实现发电，此种结构也较复杂，而且能量传输效率低。这与辅机电站一体化和高紧凑的设计初衷相悖。
发明内容
针对现有辅助电站的缺陷，本发明提供一种高紧凑、高可靠和低油耗的一体化多级电压模式辅机电站系统。
本发明通过以下技术方案实现。
一种一体化多级电压模式辅机电站系统，包括发动机和发电机；其特征在于：包括机体1、曲柄连杆机构2、气缸套3、扫气系统4、进气侧曲轴5a、排气侧曲轴5b、燃油供给系统6和盘式发电机7；所述曲柄连杆机构2通过支撑轴承放置于所述机体1的两端，以进排气区分为进气侧曲轴5a的曲柄连杆机构和排气侧曲轴5b的曲柄连杆机构，通过同步齿轮连接进而相对转动，所述气缸套3放置于机体中部活塞行程路径上，所述扫气系统4安装于所述气缸套3进排气口上，所述燃油供给系统6安装于气缸套3并由所述曲柄连杆机构2驱动，所述盘式发电机7固定于机体1上并且转子与曲柄连杆机构2同轴转动。
本发明的有益效果：
1、本发明采用双曲轴对置二冲程发动机作为辅机电站的动力输出装置，相较于常规发动机结构简单，零件数量少，成本低，大幅减小重量和体积，具有高功率密度、高机械效率、高可靠性和多种燃料兼容性；
2、本发明采用盘式发电机作为电力输出装置，相较于常规发电机轴向尺寸短，易制成多极结构，有较高的功率和质量比；
3、本发明将发动机曲轴飞轮直接作为转子，将电机壳以及内部定子固定于发动机机体上，从而省去动能传递步骤，减小了体积和能量损耗，实现发动机和发电机一体化；
4、本发明的排气口先打开让废气流入排气管，在15°CA曲轴转角后再打开进气口，新空气进入气缸与废气掺混和置换完成扫气，待排气口关闭后再经过6°CA曲轴转角后进气口关闭，这种方式使得扫气更充分，并且可以达成一定时间的近似等容燃烧；
5、本发明采用侧置双卷流燃烧室15，头部两侧留有喷油嘴预留通道16，两个活塞相对形成的空腔以及活塞顶部作为混合气的燃烧区域。由于靠近尖状突脊一侧的壁面曲率较大，因此立刻在内外凹室产生卷流，提升主燃期燃烧速度，缩短燃烧持续期，提高发动机指示热效率；
6、本发明的发电机可以拆除一侧定子，用单侧发电机输出较低电压，也可双侧电机同时工作输出高电压，亦可在已有电机外侧再加传动轴接入相同结构的定子和转子，从而实现多级电压输出；本发明的发电机也可采取其它形式的盘式发电机，定子依然固定在机体上，仅改变曲轴飞轮形式。
附图说明
图1为本发明的结构组成示意图；
图2为本发明的曲柄连杆机构示意图；
图3为本发明的等效配气相位示意图；
图4为本发明的活塞结构示意图；
图5为本发明的燃烧室喷油示意图；
图6(a)、(b)、(c)为本发明发动机和发电机一体化结构示意图。
具体实施方式
下面结合参考附图来详细描述本发明的示例性实施方式。应当理解，附图中示出和描述的实施方式仅仅是示例性的，意在阐释本发明的原理和精神，而并非限制本发明的范围。
如图1所示，本发明的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，包括发动机和发电机；
所述发动机为双曲轴对置活塞二冲程发动机，用于动力输出；所述发电机为盘式发电机，用于电力输出。
包括机体1、曲柄连杆机构2、气缸套3、扫气系统4、进气侧曲轴5a、排气侧曲轴5b、燃油供给系统6和盘式发电机7；所述曲柄连杆机构2通过支撑轴承放置于所述机体1的两端，以进排气区分为进气侧曲轴5a的曲柄连杆机构和排气侧曲轴5b的曲柄连杆机构，通过同步齿轮连接进而相对转动，所述气缸套3放置于机体中部活塞行程路径上，所述扫气系统4安装于所述气缸套3进排气口上，所述燃油供给系统6安装于气缸套3并由所述曲柄连杆机构2驱动，所述盘式发电机7固定于机体1上并且转子与曲柄连杆机构2同轴转动。
本实施例中，所述机体1为两端均有圆形开口的筒状结构，其中较大的开口处沿圆周设有安装孔，中部上、下表面加工有进排气管预留接口和喷油器预留孔，在中间内部空腔容纳所述气缸套3，所述气缸套3中央对称开有喷油器预留孔和缸套安装孔，中央两侧分别开有进气口和排气口，两端设有密封环；
本实施例中，所述气缸套3采用三缸型式，气缸工作顺序为1-3-2。
如图2所示，所述曲柄连杆机构2包括活塞组8、连杆组9和曲轴组10；曲柄连杆机构2用于将活塞组8的直线运动转变为曲轴组10的转动；
所述连杆组9由连杆体、连杆衬套、连杆大头盖及连杆螺栓组成，按连杆体两端筒状结构的尺寸大小分为小头端和大头端，所述小头端通过活塞销与活塞体组8接，大头端通过曲柄销与曲轴组10相接；
如图3所示，所述曲轴组10由曲轴和齿轮组成，所述曲轴安装在所述机体1两端，并通过同侧安装的同步齿轮和连接齿轮进行连接确保同步相对转动，并且转动留有相位差。工作流程为：排气口先打开让废气流入排气管，在15°CA曲轴转角后再打开进气口，新空气进入气缸与废气掺混和置换完成扫气，待排气口关闭后再经过6°CA曲轴转角后进气口关闭；这一方式使得扫气更充分，并且可以达成一定时间的近似等容燃烧。
如图4所示，所述活塞组8包括活塞本体11、活塞销12、油环13和气环14，采用侧置双卷流燃烧室15，头部两侧留有喷油嘴预留通道16，两个活塞相对形成的空腔以及活塞顶部作为混合气的燃烧区域。所述活塞销12固定于活塞本体11的活塞销孔，油环13和气环14固定于活塞环槽，侧置双卷流燃烧室15和两侧的喷油嘴预留通道16设置于活塞本体11顶部；曲柄连杆机构2通过连杆组9的连杆小头套在活塞销12上以驱动活塞组8进行往复直线运动，油环13用来刮除气缸上多余的机油，气环14密封燃烧室内的可燃混合气体，喷油器周向布置在喷油嘴预留通道16向燃烧室15喷油。
如图5所示，所述侧置双卷流燃烧室包括内凹室17、尖状突脊18和外凹室19，图5所示为所述燃烧室的右半面；喷油器20向两侧活塞喷射油雾，当油雾撞击到所述尖状突脊18时立刻分为两个油束，分别流向所述内凹室17和外凹室19；这一方式是由于靠近尖状突脊18一侧的壁面曲率较大，因此立刻在内外凹室产生卷流，提升主燃期燃烧速度，缩短燃烧持续期，提高发动机指示热效率。
本实施例中，所述扫气系统4包括进气歧管、排气歧管、废气涡轮、中冷器和压气机，排出废气进入所述排气歧管，再通过所述废气涡轮带动压气机转动，之后部分废气和通过压气机的新鲜空气一起进入所述中冷器，再进入所述进气歧管后按工作顺序进入各缸。
本实施例中，所述燃油供给系统6包括喷油器、共轨管、高压油泵和电控单元，由曲轴驱动所述高压油泵，将油增压送入共轨管，用于蓄压和分配燃油，减缓压力波动并限制最高燃油压力，再由所述电控单元控制所述喷油器喷油入缸内。
本实施例中，所述发电机采用盘式发电机，下面以中间定子盘式发电机为例：如图6(a)所示，盘式发电机定子包括定子铁芯21和定子绕组22，所述定子绕组22分布在所述定子铁芯21两侧的绕组嵌线槽内，按三相布置连接，定子固定在电机壳上；如图6(b)所示，盘式电机转子由曲轴飞轮24充当，由于以中间定子盘式发电机为例，此处曲轴采用双飞轮，由传动轴23连接，两个飞轮的相对表面环向贴有磁钢片25，使得通过定子嵌线槽平面的磁力线方向为轴向；如图6(c)所示，电机壳26固定于机体圆形开口27，由螺栓连接。这一方式的发电机可以拆除一侧定子，用单侧发电机输出较低电压，也可双侧电机同时工作输出高电压，亦可在已有电机外侧再加传动轴接入相同结构的定子和转子，从而实现多级电压输出；也可采取其它形式的盘式发电机，定子依然固定在机体上，仅改变曲轴飞轮形式。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种一体化多级电压模式辅机电站系统，包括发动机和发电机；其特征在于：包括机体1、曲柄连杆机构2、气缸套3、扫气系统4、进气侧曲轴5a、排气侧曲轴5b、燃油供给系统6和盘式发电机7；所述曲柄连杆机构2通过支撑轴承放置于所述机体1的两端，以进排气区分为进气侧曲轴5a的曲柄连杆机构和排气侧曲轴5b的曲柄连杆机构，通过同步齿轮连接进而相对转动，所述气缸套3放置于机体中部活塞行程路径上，所述扫气系统4安装于所述气缸套3进排气口上，所述燃油供给系统6安装于气缸套3并由所述曲柄连杆机构2驱动，所述盘式发电机7固定于机体1上并且转子与曲柄连杆机构2同轴转动。
2.如权利要求1所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述机体1为两端均有圆形开口的筒状结构，其中较大的开口处沿圆周设有安装孔，中部上、下表面加工有进排气管预留接口和喷油器预留孔，在中间内部空腔容纳所述气缸套3。
3.如权利要求1或2所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述气缸套3中央对称开有喷油器预留孔和缸套安装孔，中央两侧分别开有进气口和排气口，两端设有密封环。
4.如权利要求1或2所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述气缸套3采用三缸型式，气缸工作顺序为1-3-2。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述曲柄连杆机构2包括活塞组8、连杆组9和曲轴组10；曲柄连杆机构2用于将活塞组8的直线运动转变为曲轴组10的转动。
6.如权利要求5所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述连杆组9由连杆体、连杆衬套、连杆大头盖及连杆螺栓组成，按连杆体两端筒状结构的尺寸大小分为小头端和大头端，所述小头端通过活塞销与活塞体组8接，大头端通过曲柄销与曲轴组10相接。
7.如权利要求5或6所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述曲轴组10由曲轴和齿轮组成，所述曲轴安装在所述机体1两端，并通过同侧安装的同步齿轮和连接齿轮进行连接确保同步相对转动，并且转动留有相位差。
8.如权利要求5或6或7所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述活塞组8包括活塞本体11、活塞销12、油环13和气环14，采用侧置双卷流燃烧室15，头部两侧留有喷油嘴预留通道16，两个活塞相对形成的空腔以及活塞顶部作为混合气的燃烧区域；所述活塞销12固定于活塞本体11的活塞销孔，油环13和气环14固定于活塞环槽，侧置双卷流燃烧室15和两侧的喷油嘴预留通道16设置于活塞本体11顶部；曲柄连杆机构2通过连杆组9的连杆小头套在活塞销12上以驱动活塞组8进行往复直线运动，油环13用来刮除气缸上多余的机油，气环14密封燃烧室内的可燃混合气体，喷油器周向布置在喷油嘴预留通道16向燃烧室15喷油。
9.如权利要求8所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述侧置双卷流燃烧室包括内凹室17、尖状突脊18和外凹室19，喷油器20向两侧活塞喷射油雾，当油雾撞击到所述尖状突脊18时立刻分为两个油束，分别流向所述内凹室17和外凹室19。
10.如权利要求1或2或3或4所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述扫气系统4包括进气歧管、排气歧管、废气涡轮、中冷器和压气机，排出废气进入所述排气歧管，再通过所述废气涡轮带动压气机转动，之后部分废气和通过压气机的新鲜空气一起进入所述中冷器，再进入所述进气歧管后按工作顺序进入各缸。
11.如权利要求1或2或3或4所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述燃油供给系统6包括喷油器、共轨管、高压油泵和电控单元，由曲轴驱动所述高压油泵，将油增压送入共轨管，用于蓄压和分配燃油，减缓压力波动并限制最高燃油压力，再由所述电控单元控制所述喷油器喷油入缸内。
12.如权利要求1或2或3或4所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述盘式发电机的定子包括定子铁芯21和定子绕组22，所述定子绕组22分布在所述定子铁芯21两侧的绕组嵌线槽内，按三相布置连接，定子固定在电机壳上。
13.如权利要求1或2或3或4所述的一种一体化多级电压模式辅机电站系统，其特征在于：所述盘式发电机的转子为曲轴飞轮24，由传动轴23连接，两个飞轮的相对表面环向贴有磁钢片25，使得通过定子嵌线槽平面的磁力线方向为轴向；电机壳26固定于机体圆形开口27，由螺栓连接。
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