[實用新型]電機式自由活塞內燃發電裝置啟動系統

有效

• 申請號: 201220524265.8
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN202851144U
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 左正興;賈博儒;馮慧華;許大濤;宋豫
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: F02B71/02
• 分類號: F02B71/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于動力機械技術領域，具體涉及電機式自由活塞內燃發電裝置啟動系統。

背景技術

自由活塞內燃發電裝置是自由活塞式內燃機和直線發電機耦合之后形成的一種新型能量轉換裝置，它將自由活塞與直線電機動子直接固連，形成唯一的運動部件——活塞組件。系統運行時，缸內氣體燃燒膨脹作功，推動活塞并帶動動子運動，繼而產生電能，最終通過較短的傳遞路徑將燃料化學能直接轉換為電能。

現有的內燃發電機一般結構為往復式內燃機通過曲柄連桿機構與旋轉電機相連，包括二沖程和四沖程兩類熱力循環方式，其缺點是結構復雜、體積較大、熱效率低，尾氣排放污染物較多。特別是由于活塞的直線運動無法直接實現旋轉動力輸出，所以要靠曲柄連桿機構來轉換，傳統的曲軸主要由曲柄、曲拐和曲柄銷組成，其主要特點為階梯軸段，工作過程中活塞組因往復運動而引起的往復慣性力和慣性力矩不能得到完全的平衡，由此引發的振動與噪聲問題日益突出，嚴重影響了內燃發電機的發展。

與往復式內燃機和旋轉發電機組合的混合動力系統最大的區別在于，自由活塞內燃發電裝置摒除了曲柄連桿機構，部件運動過程只包含活塞組件的直線往復運動。自由活塞運動不受機構束縛，可以實現變壓縮比內燃機熱力循環。它具有眾多潛在性能優勢，例如機械摩擦損失少，結構緊湊體積小，能量傳遞路徑短，燃燒排放質量好等。它不僅可以用在混合電動或純電動汽車和船舶上，還可以作為輔助動力發電機組使用，是一種前景巨大和優勢明顯的動力機械裝置。

然而，由于自由活塞內燃發電系統沒有曲柄連桿機構，不能像傳統內燃機那樣通過飛輪積蓄啟動電機的能量來實現內燃機的啟動，必須通過施加與活塞運動方向相同的推力使得內燃機活塞達到指定位置，滿足自由活塞內燃機著火所需壓縮比。如何實現自由活塞內燃發電機的快速、有效啟動是當前制約該動力裝置發展的原因之一。

發明內容

本實用新型的目的是為了解決自由活塞內燃發電系統啟動問題，從而提出的電機式自由活塞內燃發電裝置啟動系統。

本實用新型的目的是通過下述技術方案實現的。

本實用新型的一種電機式自由活塞內燃發電裝置啟動系統，包括第一自由活塞內燃機、第二自由活塞內燃機、連桿和直線電機。第一自由活塞內燃機，直線電機，第二自由活塞內燃機順次連接，整個機構左右對稱。第一自由活塞、電機動子和第二自由活塞依次通過連桿連接，形成一個活塞組件。

第一自由活塞內燃機包括第一內燃機氣缸、第一自由活塞、第一進氣門、第一排氣門、第一噴油器、第一進排氣控制器；第一自由活塞置于第一內燃機氣缸內部，第一噴油器位于第一內燃機氣缸頂部中央，第一進氣門及第一排氣門位于第一內燃機氣缸頂部，并對稱位于第一噴油器兩側，第一進排氣控制器位于第一內燃機氣缸外部、與第一進氣門及第一排氣門連接，用于控制第一進氣門與第一排氣門的打開及關閉。

第二自由活塞內燃機的結構與第一自由活塞內燃機相同，包括第二內燃機氣缸、第二自由活塞、第二進氣門、第二排氣門、第二噴油器、第二進排氣控制器；第二自由活塞置于第二內燃機氣缸內部,第二噴油器位于第二內燃機氣缸頂部中央,第二進氣門及第二排氣門位于第二內燃機氣缸頂部，并對稱位于第二噴油器兩側，第二進排氣控制器位于第二內燃機氣缸外部、與第二進氣門及第二排氣門連接，用于控制第二進氣門與第二排氣門的打開及關閉。

直線電機為動磁式電機，直線電機動子上安裝永磁體，位于直線電機定子內部，直線電機具有直線電動機和直線發電機兩個工作模式。

上述電機式自由活塞內燃發電裝置啟動系統有兩種啟動方案，這兩種方案在自由活塞內燃發電裝置啟動過程中，均使直線電機工作在直線電動機的工作模式，推動活塞組件運動達到自由活塞內燃機著火所需壓縮比，完成啟動過程，同時，直線電機切換為直線發電機模式，對外輸出電能。