[發明專利]一種自由活塞直線發電機上止點位置的控制方法及系統

有效

• 申請號: 202011032192.6
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112324568B
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 呂宏;唐娟;馬宗正;程勇;馬翠英
• 申請（專利權）人: 山東休普動力科技股份有限公司
• 主分類號: F02B77/08
• 分類號: F02B77/08;F02B77/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本公開提出了一種自由活塞直線發電機上止點位置的控制方法及系統，基于FPLG動子能夠運動到上止點位置時，上止點位置前某一位置處動子運動速度和點火時刻對應關系，獲得兩者關系MAP圖；根據MAP圖和上止點位置前某一位置處動子實際速度或實際速度與目標速度偏差，插值計算最佳點火時刻，基于最佳點火時刻控制發動機火花塞按最佳點火時刻點火，保證動子所能到達的實際上止點位置和設定的上止點位置接近，以保證FPLG穩定運行。本公開技術方案根據實時燃燒狀況調整發電機負載，使動子能夠達到設計上止點附近，并結合上止點位置前某一位置處動子速度監測，根據該處實際速度和目標速度差異，確定下一個最佳點火時刻，進而保證活塞可以更穩定的運行到下一個上止點，實現上止點位置波動較小，進而實現FPLG的穩定運行。

技術領域

本公開屬于自由活塞直線發電機上止點位置的控制技術領域，尤其涉及一種自由活塞直線發電機上止點位置的控制方法及系統。

背景技術

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開相關的背景技術信息，不必然構成在先技術。

目前，常見的自由活塞直線發電機(FPLG)結構主要分為單活塞式、對置雙活塞式(簡稱對置式)和背置雙活塞式(簡稱背置式)三種。和傳統內燃機相比，FPLG減少了曲柄連桿機構，結構簡單，摩擦力小，熱效率提高，具有較好的應用前景，但FPLG存在活塞運動難以控制的難點。FPLG主要包括發動機、直線電機和動子等幾個主要部件，一般情況下，直線電機在啟動過程中提供動力，作為電動機拖動活塞運動，達到啟動條件后，該直線電機從電動機模式轉換為發電模式，輸出電能。正常運行過程中，FPLG中動子的運動取決于發動機缸內燃燒壓力、電機產生的電磁負載以及摩擦力。當FPLG運行在某一頻率工況時，摩擦力大小基本為常數，動子運動主要取決于燃燒壓力和電機產生的電磁負載。

由于發動機燃燒循環變動的影響，若不對直線電機負載進行控制，則動子可能無法達到上止點位置或者超過上止點位置，導致爆震或失火等問題的產生，進而導致停機。若運行過程中僅調整發電機負載，由于調整方法或靈敏度等問題，可能存在調整誤差，導致上止點可能達到的位置波動幅度較大。

發明內容

為克服上述現有技術的不足，本公開提供了一種自由活塞直線發電機上止點位置的控制方法，基于電機和發動機聯合控制實現FPLG的穩定運行。

為實現上述目的，本公開的一個或多個實施例提供了如下技術方案：

第一方面，公開了一種自由活塞直線發電機上止點位置的控制方法，包括：

基于FPLG動子能夠運動到上止點位置時，上止點位置前某一位置處動子運動速度和點火時刻對應關系，獲得兩者關系MAP圖；

根據MAP圖和上止點位置前某一位置處動子實際速度或實際速度與目標速度偏差，插值計算最佳點火時刻，基于最佳點火時刻控制發動機火花塞按最佳點火時刻點火，保證動子所能到達的實際上止點位置和設定的上止點位置接近，以保證FPLG穩定運行。

進一步的技術方案，測量上止點位置前某一位置處動子實際速度，對比該處速度和目標速度大小，若實際速度大于目標速度，則提前點火，若實際速度小于目標速度則延遲點火。

進一步的技術方案，動子能夠運動到上止點位置的過程中，直線電機需要提供一定的拖動力或發出一定電能，以保證動子運動到指定上止點位置。

進一步的技術方案，還包括：啟動過程：當動子運動到指定位置，且動子運動頻率滿足啟動頻率要求時，則控制發動機點火燃燒完成啟動過程；當動子不能滿足啟動條件時，則電機繼續提供左向和右向的拖動力，如此反復，直到滿足啟動條件，發動機點火燃燒，完成啟動過程。

進一步的技術方案，正常啟動后，發動機燃燒做功，推動動子運動，為了保證動子能夠達到設計上止點位置，電磁負載需要根據實時燃燒狀態進行調整，基于能量守恒，計算每循環發電機所做的功即沖程發電量。