[发明专利]电机式自由活塞内燃发电装置启动系统

说明书

技术领域

本发明属于动力机械技术领域，具体涉及电机式自由活塞内燃发电装置启动系统。

背景技术

自由活塞内燃发电装置是自由活塞式内燃机和直线发电机耦合之后形成的一种新型能量转换装置，它将自由活塞与直线电机动子直接固连，形成唯一的运动部件——活塞组件。系统运行时，缸内气体燃烧膨胀作功，推动活塞并带动动子运动，继而产生电能，最终通过较短的传递路径将燃料化学能直接转换为电能。

现有的内燃发电机一般结构为往复式内燃机通过曲柄连杆机构与旋转电机相连，包括二冲程和四冲程两类热力循环方式，其缺点是结构复杂、体积较大、热效率低，尾气排放污染物较多。特别是由于活塞的直线运动无法直接实现旋转动力输出，所以要靠曲柄连杆机构来转换，传统的曲轴主要由曲柄、曲拐和曲柄销组成，其主要特点为阶梯轴段，工作过程中活塞组因往复运动而引起的往复惯性力和惯性力矩不能得到完全的平衡，由此引发的振动与噪声问题日益突出，严重影响了内燃发电机的发展。

与往复式内燃机和旋转发电机组合的混合动力系统最大的区别在于，自由活塞内燃发电装置摒除了曲柄连杆机构，部件运动过程只包含活塞组件的直线往复运动。自由活塞运动不受机构束缚，可以实现变压缩比内燃机热力循环。它具有众多潜在性能优势，例如机械摩擦损失少，结构紧凑体积小，能量传递路径短，燃烧排放质量好等。它不仅可以用在混合电动或纯电动汽车和船舶上，还可以作为辅助动力发电机组使用，是一种前景巨大和优势明显的动力机械装置。

然而，由于自由活塞内燃发电系统没有曲柄连杆机构，不能像传统内燃机那样通过飞轮积蓄启动电机的能量来实现内燃机的启动，必须通过施加与活塞运动方向相同的推力使得内燃机活塞达到指定位置，满足自由活塞内燃机着火所需压缩比。如何实现自由活塞内燃发电机的快速、有效启动是当前制约该动力装置发展的原因之一。

发明内容

本发明的目的是为了解决自由活塞内燃发电系统启动问题，从而提出的电机式自由活塞内燃发电装置启动系统。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种电机式自由活塞内燃发电装置启动系统，包括第一自由活塞内燃机、第二自由活塞内燃机、连杆和直线电机。第一自由活塞内燃机，直线电机，第二自由活塞内燃机顺次连接，整个机构左右对称。第一自由活塞、电机动子和第二自由活塞依次通过连杆连接，形成一个活塞组件。

第一自由活塞内燃机包括第一内燃机气缸、第一自由活塞、第一进气门、第一排气门、第一喷油器、第一进排气控制器；第一自由活塞置于第一内燃机气缸内部，第一喷油器位于第一内燃机气缸顶部中央，第一进气门及第一排气门位于第一内燃机气缸顶部，并对称位于第一喷油器两侧，第一进排气控制器位于第一内燃机气缸外部、与第一进气门及第一排气门连接，用于控制第一进气门与第一排气门的打开及关闭。

第二自由活塞内燃机的结构与第一自由活塞内燃机相同，包括第二内燃机气缸、第二自由活塞、第二进气门、第二排气门、第二喷油器、第二进排气控制器；第二自由活塞置于第二内燃机气缸内部,第二喷油器位于第二内燃机气缸顶部中央,第二进气门及第二排气门位于第二内燃机气缸顶部，并对称位于第二喷油器两侧，第二进排气控制器位于第二内燃机气缸外部、与第二进气门及第二排气门连接，用于控制第二进气门与第二排气门的打开及关闭。

直线电机为动磁式电机，直线电机动子上安装永磁体，位于直线电机定子内部，直线电机具有直线电动机和直线发电机两个工作模式。

上述电机式自由活塞内燃发电装置启动系统有两种启动方案，这两种方案在自由活塞内燃发电装置启动过程中，均使直线电机工作在直线电动机的工作模式，推动活塞组件运动达到自由活塞内燃机着火所需压缩比，完成启动过程，同时，直线电机切换为直线发电机模式，对外输出电能。