[發(fā)明專利]一種活塞行程可控的內(nèi)燃式自由活塞直線發(fā)電機集成測控系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810208076.1
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108374718B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張紅光;李健;田亞明;楊宇鑫;趙蕊
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F02B63/04
• 分類號: F02B63/04;F02B71/04;F02D29/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種活塞行程可控的內(nèi)燃式自由活塞直線發(fā)電機集成測控系統(tǒng)，屬于能源動力機械領(lǐng)域。該裝置將單活塞、雙作用的自由活塞氣缸與一臺永磁式直線發(fā)電機耦合，通過氣缸左側(cè)可燃混合氣燃燒釋放的能量和氣缸右側(cè)輸入的高壓混合氣體推動活塞往復(fù)運動，帶動直線發(fā)電機的動子做往復(fù)切割磁感線的運動，從而將可燃混合氣攜帶的能量轉(zhuǎn)化為電能輸出。并且在不同運行工況下，通過采集控制系統(tǒng)可以自由改變氣缸A側(cè)進氣時間t和兩端特定位移點A1、B1、預(yù)設(shè)壓縮比位移點X，從而改變該裝置的進氣量、活塞行程、壓縮比，以適應(yīng)不同工況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種活塞行程可控的內(nèi)燃式自由活塞直線發(fā)電機集成測控系統(tǒng)，屬于能源動力機械領(lǐng)域。

背景技術(shù)

能源和環(huán)境問題是制約社會可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，隨著空氣污染物的加劇和化石能源的日益枯竭，提高能量的利用效率成為能源動力領(lǐng)域不可回避的重要話題。為了實現(xiàn)創(chuàng)建能源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會的目標(biāo)，我國將綠色、節(jié)能、環(huán)保和高效作為時代主題，并一直在改進和發(fā)明各種進行能量轉(zhuǎn)換的動力機械裝置，內(nèi)燃式自由活塞直線發(fā)電機就是其中的一種。內(nèi)燃式自由活塞直線發(fā)電機是自由活塞式內(nèi)燃機和直線發(fā)電機耦合后形成的一種新型能量轉(zhuǎn)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。當(dāng)系統(tǒng)運行時，缸內(nèi)氣體燃燒釋放能量，推動活塞并帶動直線電機動子往復(fù)運動，繼而產(chǎn)生電能，最終通過較短的傳遞路徑將燃料化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能。

現(xiàn)有的內(nèi)燃發(fā)電機一般結(jié)構(gòu)為往復(fù)式內(nèi)燃機，通過曲柄連桿機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)電機相連，包括二沖程和四沖程兩類熱力循環(huán)方式，其缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)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(xiàn)旋轉(zhuǎn)動力輸出，所以要靠曲柄連桿機構(gòu)來轉(zhuǎn)換，傳統(tǒng)的曲軸主要由曲柄、曲拐和曲柄銷組成，工作過程中活塞組因往復(fù)運動而引起的往復(fù)慣性力和慣性力矩不能得到完全的平衡，由此引發(fā)的振動與噪聲問題日益突出，嚴重影響了內(nèi)燃發(fā)電機的發(fā)展。相比于傳統(tǒng)內(nèi)燃發(fā)電機，自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機取消了曲柄連桿機構(gòu)結(jié)構(gòu)，其活塞可以在氣缸內(nèi)自由運動而不受曲柄連桿機構(gòu)的限制，所以它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?qū)崿F(xiàn)NOX和微粒物的低排放，且具有摩擦損失小，能量轉(zhuǎn)換效率高，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。但是，目前還沒有相對成熟的方法能夠?qū)崿F(xiàn)對自由活塞直線發(fā)電機上下止點的精確控制，然而上下止點位置直接決定著發(fā)動機的壓縮比，壓縮比又是發(fā)動機的一項非常關(guān)鍵的參數(shù)，它嚴重影響著發(fā)動機性能參數(shù)，因此對上下止點位置的控制直接影響著整個自由活塞直線發(fā)電機的工作性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提出一種活塞行程可變的內(nèi)燃式自由活塞直線發(fā)電機集成測控系統(tǒng)。該裝置將單活塞、雙作用的自由活塞氣缸與一臺永磁式直線發(fā)電機耦合，通過氣缸左側(cè)燃料燃燒釋放的能量和氣缸右側(cè)輸入的高壓氣體推動活塞往復(fù)運動，帶動直線發(fā)電機的動子做往復(fù)切割磁感線的運動，從而將可燃混合氣攜帶的能量轉(zhuǎn)化為電能輸出。并且，通過測控系統(tǒng)可以自由改變氣缸A側(cè)進氣時間t和兩端特定位移點A?1、B1、預(yù)設(shè)壓縮比位移點X，從而改變該裝置的進氣量、活塞行程、壓縮比，以適應(yīng)不同工況。

為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案：