[發明專利]一種止點可控的自由活塞內燃直線發電機

有效

• 申請號: 201110427569.2
• 申請日: 2011-12-19
• 公開（公告）號: CN102425499A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 左正興;賈博儒;袁晨恒;馮慧華;尚蛟
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F02D15/02
• 分類號: F02D15/02;F02N11/04;F02B63/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種能源動力工程機械裝置，具體涉及一種止點可控的自由活塞內燃直線發電機，屬于能源動力領域。

背景技術

自由活塞式內燃直線發電機是自由活塞式發動機和直線發電機耦合之后形成的一種新型能量轉換裝置。目前研究的內燃直線發電裝置原動力——內燃機部分普遍采用二沖程式內燃機，其活塞運動不受曲柄連桿機構的限制，沒有固定的上下止點，壓縮比可變，從而可適用于多種燃料的燃燒要求，能夠實現NOx和微粒物的低排放。但是，目前還沒有相對成熟的方法能夠實現對自由活塞直線發電機上止點的精確控制，然而上止點位置直接決定著發動機的壓縮比，壓縮比又是發動機的一項非常關鍵的參數，它嚴重影響著發動機的多種性能參數，例如，最高燃燒壓力、有效輸出功率等。因此對上止點的位置控制直接影響著整個自由活塞直線發電機的工作性能。

近年來，人們一直在致力于尋求一種上止點可控的自由活塞式內燃發電機，以期解決上面提到的各種問題，為此做了大量的研究工作。北京理工大學的左正興在其相關論文中介紹了一種采取直線電動機作為活塞回復機構的單缸自由活塞直線發電機，提出通過控制直線電動機的運動位移來控制自由活塞上止點的方法，但其關鍵的直線電機控制器難以解決，且其電動機工作模式與發電機工作模式之間的轉換需要一定的反應時間，難以滿足現有自由活塞直線發電機工作頻率的要求，難以實現產品實用化。除此之外，還有一些類似的方法，例如采取負載跟隨控制的方法，其核心思想仍然采取電子控制，通過開放控制器來實現對上止點的控制。但是現階段對自由活塞直線發電機控制器的開發上仍然難以滿足要求。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中穩定性差的問題，從而提出了一種止點可控的自由活塞內燃直線發電機。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明提出了一種止點可控的自由活塞內燃機。它主要包括自由活塞內燃機、直線發電機、圓盤控制機構和連桿；自由活塞內燃機包括：發動機氣缸、活塞、進氣門、排氣門、噴油器、進排氣控制器；圓盤控制機構包括圓盤、槽線、軸、電動機；直線發電機包括：電機動子、電機定子；

其連接關系為：自由活塞內燃機和直線發電機順次相連，組成自由活塞直線發電機；將兩臺自由活塞直線發電機對稱放置于過圓盤圓心的直線上，圓盤通過軸與電動機相連接。圓盤上預先開掘有運動槽線，槽線與活塞一個運動周期的曲線形狀相吻合。圓盤的內部槽線與自由活塞發動機連桿接觸相連，起到自由活塞回復及上止點控制作用。

其工作過程為：

1)冷機啟動過程。圓盤控制裝置中的電動機帶動圓盤勻速轉動，在圓盤槽線的作用下各個氣缸內的活塞也會隨連桿做直線運動，此時內燃機其中一氣缸內的活塞處于壓縮沖程，當活塞運動至上止點時，連桿與圓盤內部槽線接觸點位于槽線最大升程處，此刻安裝在汽缸頂部的噴油器噴射出高壓燃油，燃油燃燒產生高壓燃氣，推動活塞向下止點運行，開始對外作功，冷機啟動過程完成。由于圓盤內部槽線與自由活塞一個運動周期的曲線相吻合，因此在燃燒發生后圓盤對該發動機燃燒和做功過程沒有影響。

2)運行過程。自由活塞內燃機兩個氣缸內部分別輪流爆發燃燒，推動活塞組件進行直線運動。當其中一個氣缸內的活塞處于上止點時，該氣缸內的高壓燃油燃燒產生的燃氣爆發壓力推動活塞向下止點運動，進行做功。由于電機動子固連在連桿上，活塞向下止點運動時電機動子將切割磁導線，產生電能輸出。在此過程中，圓盤在電動機的作用下按照勻速轉動，另一發動機汽缸內的活塞會在圓盤槽線的回復力作用下由下止點向上止點運動，當運動至上止點時，安裝在這一氣缸頂部的噴油器噴射出高壓燃油，燃油燃燒產生高壓燃氣，推動汽缸內的活塞向下止點運行，開始對外作功。當這一發動機作功行程結束后，圓盤剛好轉動一周，完成一個工作循環；本裝置運行過程中按照此工作循環繼續工作。

有益效果

1、本發明的一種止點可控的自由活塞直線發電機，用到了圓盤控制裝置，從而達到了控制活塞止點的目的。圓盤工作時平衡性高、穩定性好，可以實現多缸同步運行。

2、作為關鍵部件的圓盤和電動機，是成熟技術，可靠性高，制造加工方便，造價低，且便于實現標準化和產品化。

附圖說明

圖1是本發明的一種止點可控的自由活塞內燃直線發電機的剖視圖；

圖2是實施例中圓盤剖視圖；

圖3是實施例中圓盤槽線運動型線。