專利名稱：一種止點(diǎn)可控的自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能源動(dòng)力工程機(jī)械裝置，具體涉及一種止點(diǎn)可控的自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)，屬于能源動(dòng)力領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自由活塞式內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)是自由活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)和直線發(fā)電機(jī)耦合之后形成的一種新型能量轉(zhuǎn)換裝置。目前研究的內(nèi)燃直線發(fā)電裝置原動(dòng)力——內(nèi)燃機(jī)部分普遍采用二沖程式內(nèi)燃機(jī)，其活塞運(yùn)動(dòng)不受曲柄連桿機(jī)構(gòu)的限制，沒有固定的上下止點(diǎn)，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。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(jī)上止點(diǎn)的精確控制，然而上止點(diǎn)位置直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮比，壓縮比又是發(fā)動(dòng)機(jī)的一項(xiàng)非常關(guān)鍵的參數(shù)，它嚴(yán)重影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的多種性能參數(shù)，例如，最高燃燒壓力、有效輸出功率等。因此對上止點(diǎn)的位置控制直接影響著整個(gè)自由活塞直線發(fā)電機(jī)的工作性能。近年來，人們一直在致力于尋求一種上止點(diǎn)可控的自由活塞式內(nèi)燃發(fā)電機(jī)，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(xué)的左正興在其相關(guān)論文中介紹了一種采取直線電動(dòng)機(jī)作為活塞回復(fù)機(jī)構(gòu)的單缸自由活塞直線發(fā)電機(jī)，提出通過控制直線電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)位移來控制自由活塞上止點(diǎn)的方法，但其關(guān)鍵的直線電機(jī)控制器難以解決，且其電動(dòng)機(jī)工作模式與發(fā)電機(jī)工作模式之間的轉(zhuǎn)換需要一定的反應(yīng)時(shí)間，難以滿足現(xiàn)有自由活塞直線發(fā)電機(jī)工作頻率的要求，難以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)用化。除此之外，還有一些類似的方法，例如采取負(fù)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(shí)現(xiàn)對上止點(diǎn)的控制。但是現(xiàn)階段對自由活塞直線發(fā)電機(jī)控制器的開發(fā)上仍然難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中穩(wěn)定性差的問題，從而提出了一種止點(diǎn)可控的自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明提出了一種止點(diǎn)可控的自由活塞內(nèi)燃機(jī)。它主要包括自由活塞內(nèi)燃機(jī)、 直線發(fā)電機(jī)、圓盤控制機(jī)構(gòu)和連桿；自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、活塞、進(jìn)氣門、排氣門、噴油器、進(jìn)排氣控制器；圓盤控制機(jī)構(gòu)包括圓盤、槽線、軸、電動(dòng)機(jī)；直線發(fā)電機(jī)包括電機(jī)動(dòng)子、電機(jī)定子；其連接關(guān)系為自由活塞內(nèi)燃機(jī)和直線發(fā)電機(jī)順次相連，組成自由活塞直線發(fā)電機(jī)；將兩臺(tái)自由活塞直線發(fā)電機(jī)對稱放置于過圓盤圓心的直線上，圓盤通過軸與電動(dòng)機(jī)相連接。圓盤上預(yù)先開掘有運(yùn)動(dòng)槽線，槽線與活塞一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的曲線形狀相吻合。圓盤的內(nèi)部槽線與自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)連桿接觸相連，起到自由活塞回復(fù)及上止點(diǎn)控制作用。其工作過程為
1)冷機(jī)啟動(dòng)過程。圓盤控制裝置中的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)圓盤勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在圓盤槽線的作用下各個(gè)氣缸內(nèi)的活塞也會(huì)隨連桿做直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)其中一氣缸內(nèi)的活塞處于壓縮沖程，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)時(shí)，連桿與圓盤內(nèi)部槽線接觸點(diǎn)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(chǎn)生高壓燃?xì)?，推?dòng)活塞向下止點(diǎn)運(yùn)行，開始對外作功，冷機(jī)啟動(dòng)過程完成。由于圓盤內(nèi)部槽線與自由活塞一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的曲線相吻合，因此在燃燒發(fā)生后圓盤對該發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和做功過程沒有影響。2)運(yùn)行過程。自由活塞內(nèi)燃機(jī)兩個(gè)氣缸內(nèi)部分別輪流爆發(fā)燃燒，推動(dòng)活塞組件進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)其中一個(gè)氣缸內(nèi)的活塞處于上止點(diǎn)時(shí)，該氣缸內(nèi)的高壓燃油燃燒產(chǎn)生的燃?xì)獗l(fā)壓力推動(dòng)活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行做功。由于電機(jī)動(dòng)子固連在連桿上，活塞向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)電機(jī)動(dòng)子將切割磁導(dǎo)線，產(chǎn)生電能輸出。在此過程中，圓盤在電動(dòng)機(jī)的作用下按照勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，另一發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的活塞會(huì)在圓盤槽線的回復(fù)力作用下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)， 當(dāng)運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)時(shí)，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(chǎn)生高壓燃?xì)?，推?dòng)汽缸內(nèi)的活塞向下止點(diǎn)運(yùn)行，開始對外作功。當(dāng)這一發(fā)動(dòng)機(jī)作功行程結(jié)束后，圓盤剛好轉(zhuǎn)動(dòng)一周，完成一個(gè)工作循環(huán)；本裝置運(yùn)行過程中按照此工作循環(huán)繼續(xù)工作。有益效果1、本發(fā)明的一種止點(diǎn)可控的自由活塞直線發(fā)電機(jī)，用到了圓盤控制裝置，從而達(dá)到了控制活塞止點(diǎn)的目的。圓盤工作時(shí)平衡性高、穩(wěn)定性好，可以實(shí)現(xiàn)多缸同步運(yùn)行。2、作為關(guān)鍵部件的圓盤和電動(dòng)機(jī)，是成熟技術(shù)，可靠性高，制造加工方便，造價(jià)低， 且便于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品化。


圖1是本發(fā)明的一種止點(diǎn)可控的自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)的剖視圖；圖2是實(shí)施例中圓盤剖視圖；圖3是實(shí)施例中圓盤槽線運(yùn)動(dòng)型線。其中，1-發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸、2-活塞、3-進(jìn)氣門、4-排氣門、5-噴油器、6-進(jìn)排氣控制器、 7-電機(jī)動(dòng)子、8-電機(jī)定子、9-連桿、10-圓盤、11-軸、12-電動(dòng)機(jī)、13-圓盤控制機(jī)構(gòu)、14-槽線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1本發(fā)明的一種止點(diǎn)可控的自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)。主要包括自由活塞內(nèi)燃機(jī)、 直線發(fā)電機(jī)、圓盤控制機(jī)構(gòu)13和連桿9 ；自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸1、活塞2、進(jìn)氣門3、排氣門4、噴油器5、進(jìn)排氣控制器6 ；直線發(fā)電機(jī)包括電機(jī)動(dòng)子7、電機(jī)定子8 ；圓盤控制機(jī)構(gòu)13包括圓盤10、軸11、電動(dòng)機(jī)12、槽線14，如圖1所示。 圓盤10上預(yù)先開掘有運(yùn)動(dòng)槽線14，如圖2所示，槽線14與活塞一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的曲線形狀相吻合，如圖3所示。 其連接關(guān)系為自由活塞內(nèi)燃機(jī)和直線發(fā)電機(jī)順次相連，組成自由活塞直線發(fā)電機(jī)；將自由活塞直線發(fā)電機(jī)對稱放置于過圓盤10圓心的直線上，圓盤10通過軸11與電動(dòng)機(jī)12相連接。圓盤10上預(yù)先開掘有運(yùn)動(dòng)槽線14，槽線14與活塞一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的曲線形狀相吻合。圓盤10的內(nèi)部槽線14與自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)連桿接觸相連，從而起到自由活塞回復(fù)及上止點(diǎn)控制作用。1)冷機(jī)啟動(dòng)過程。圓盤控制機(jī)構(gòu)13中的電動(dòng)機(jī)12帶動(dòng)圓盤10勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在槽線 14的作用下各個(gè)氣缸內(nèi)的活塞也會(huì)隨連桿做直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)氣缸1內(nèi)的活塞2處于壓縮沖程，當(dāng)活塞2運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)時(shí)，連桿9與圓盤10內(nèi)部槽線14接觸點(diǎn)位于槽線14最大升程處，此刻安裝在汽缸頂部的噴油器5噴射出高壓燃油，燃油燃燒產(chǎn)生高壓燃?xì)?，推?dòng)活塞2向下止點(diǎn)運(yùn)行，開始對外作功，冷機(jī)啟動(dòng)過程完成。由于圓盤內(nèi)部槽線14與自由活塞2 —個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的曲線相吻合，因此在燃燒發(fā)生后圓盤10對該發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和做功過程沒有影響。2)運(yùn)行過程。自由活塞內(nèi)燃機(jī)兩個(gè)氣缸內(nèi)部分別輪流爆發(fā)燃燒，推動(dòng)活塞組件進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。當(dāng)其中氣缸1內(nèi)的活塞處于上止點(diǎn)時(shí)，該氣缸內(nèi)的高壓燃油燃燒產(chǎn)生的燃?xì)獗l(fā)壓力推動(dòng)活塞2向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行做功。由于電機(jī)動(dòng)子7固連在連桿9上，活塞2向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)電機(jī)動(dòng)子7將切割磁導(dǎo)線，產(chǎn)生電能輸出。在此過程中，圓盤10在電動(dòng)機(jī)12 的作用下按照勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，另一發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的活塞會(huì)在槽線14的回復(fù)力作用下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)時(shí)，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(chǎn)生高壓燃?xì)?，推?dòng)汽缸內(nèi)的活塞向下止點(diǎn)運(yùn)行，開始對外作功。當(dāng)這一發(fā)動(dòng)機(jī)作功行程結(jié)束后，圓盤10剛好轉(zhuǎn)動(dòng)一周，完成一個(gè)工作循環(huán)；本裝置運(yùn)行過程中按照此工作循環(huán)繼續(xù)工作。
權(quán)利要求
1. 一種止點(diǎn)可控的自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)，主要包括自由活塞內(nèi)燃機(jī)、直線發(fā)電機(jī)，其特征在于它還包括圓盤控制機(jī)構(gòu)(π)和連桿(9)；自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸(1)、活塞(2)、進(jìn)氣門(3)、排氣門(4)、噴油器(5)、進(jìn)排氣控制器(6)；直線發(fā)電機(jī)包括電機(jī)動(dòng)子(7)、電機(jī)定子(8)；圓盤控制機(jī)構(gòu)(13)包括圓盤(10)、槽線(14)、軸(11)、電動(dòng)機(jī) (12)；其連接關(guān)系為自由活塞內(nèi)燃機(jī)和直線發(fā)電機(jī)順次相連，組成自由活塞直線發(fā)電機(jī)； 將自由活塞直線發(fā)電機(jī)對稱放置于過圓盤(10)圓心的直線上，圓盤(10)通過軸(11)與電動(dòng)機(jī)(12)相連接；圓盤(10)上預(yù)先開掘有運(yùn)動(dòng)槽線(14)，槽線(14)與活塞一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的曲線形狀相吻合；圓盤(10)的內(nèi)部槽線(14)與自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)連桿接觸相連；其工作過程為1)冷機(jī)啟動(dòng)過程；圓盤控制機(jī)構(gòu)(1 中的電動(dòng)機(jī)(1 帶動(dòng)圓盤(10)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，在槽線(14)的作用下各個(gè)氣缸內(nèi)的活塞也會(huì)隨連桿做直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)內(nèi)燃機(jī)氣缸(1)內(nèi)的活塞(2)處于壓縮沖程，當(dāng)活塞(2)運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)時(shí)，連桿(9)與圓盤(10)內(nèi)部槽線(14)接觸點(diǎn)位于槽線(14)最大升程處，此刻安裝在汽缸頂部的噴油器(5)噴射出高壓燃油，燃油燃燒產(chǎn)生高壓燃?xì)?，推?dòng)活塞O)向下止點(diǎn)運(yùn)行，開始對外作功，冷機(jī)啟動(dòng)過程完成；由于圓盤內(nèi)部槽線(14)與自由活塞(2) —個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的曲線相吻合，因此在燃燒發(fā)生后圓盤(10) 對該發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒和做功過程沒有影響；2)運(yùn)行過程；自由活塞內(nèi)燃機(jī)兩個(gè)氣缸內(nèi)部分別輪流爆發(fā)燃燒，推動(dòng)活塞組件進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)；當(dāng)其中氣缸(1)內(nèi)的活塞處于上止點(diǎn)時(shí)，該氣缸內(nèi)的高壓燃油燃燒產(chǎn)生的燃?xì)獗l(fā)壓力推動(dòng)活塞O)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行做功；由于電機(jī)動(dòng)子(7)固連在連桿(9)上，活塞 ⑵向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)電機(jī)動(dòng)子(7)將切割磁導(dǎo)線，產(chǎn)生電能輸出；在此過程中，圓盤(10)在電動(dòng)機(jī)(12)的作用下按照勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，另一發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸內(nèi)的活塞會(huì)在槽線(14)的回復(fù)力作用下由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)至上止點(diǎn)時(shí)，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(chǎn)生高壓燃?xì)?，推?dòng)汽缸內(nèi)的活塞向下止點(diǎn)運(yùn)行，開始對外作功；當(dāng)這一發(fā)動(dòng)機(jī)作功行程結(jié)束后，圓盤(10)剛好轉(zhuǎn)動(dòng)一周，完成一個(gè)工作循環(huán)；本裝置運(yùn)行過程中按照此工作循環(huán)繼續(xù)工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種止點(diǎn)可控的自由活塞內(nèi)燃直線發(fā)電機(jī)，屬于能源動(dòng)力領(lǐng)域。它主要包括自由活塞內(nèi)燃機(jī)、直線發(fā)電機(jī)、圓盤控制機(jī)構(gòu)和連桿；其連接關(guān)系為自由活塞內(nèi)燃機(jī)和直線發(fā)電機(jī)順次相連，組成自由活塞直線發(fā)電機(jī)；將兩臺(tái)自由活塞直線發(fā)電機(jī)對稱放置于過圓盤圓心的直線上，圓盤通過軸與電動(dòng)機(jī)相連接。圓盤上預(yù)先開掘有運(yùn)動(dòng)槽線，槽線與活塞一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期的曲線形狀相吻合。圓盤的內(nèi)部槽線與自由活塞發(fā)動(dòng)機(jī)連桿接觸相連，起到自由活塞回復(fù)及上止點(diǎn)控制作用。本發(fā)明的一種止點(diǎn)可控的自由活塞直線發(fā)電機(jī)，用到了圓盤控制裝置，從而達(dá)到了控制活塞止點(diǎn)的目的。圓盤工作時(shí)平衡性高、穩(wěn)定性好，可以實(shí)現(xiàn)多缸同步運(yùn)行。
文檔編號F02D15/02GK102425499SQ201110427569
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者馮慧華, 尚蛟, 左正興, 袁晨恒, 賈博儒 申請人:北京理工大學(xué)