壓縮比可調(diào)的自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓縮比可調(diào)的自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)，屬于動力機械技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)(Free Piston Engine Generator，以下簡稱FPEG)，是在能源緊缺和環(huán)境污染嚴重的大背景下，在近十年逐漸發(fā)展起來的新型動力系統(tǒng)。它將自由活塞式內(nèi)燃機和直線發(fā)電機耦合為體，旨在為混合動力汽車提供清潔能源。相較于傳統(tǒng)曲軸式內(nèi)燃機和旋轉(zhuǎn)發(fā)電機的組合動力，自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)舍去了曲柄連桿機構(gòu)，具有機構(gòu)簡單、高的能量轉(zhuǎn)換效率、多燃料適應(yīng)性、高的能量密度、較低的NVH、較高瞬態(tài)反應(yīng)水平等眾多性能優(yōu)勢，受到國內(nèi)外相關(guān)研宄人員的重視。壓燃式自由活塞發(fā)動機具有壓縮比高，輸出功率大的先天優(yōu)勢，成為目前自由活塞領(lǐng)域研宄的重點之一。
[0003]對于自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機，由于沒有曲柄連桿機構(gòu)制約活塞的上下止點位置，左右兩缸內(nèi)的壓縮比是可變的。可變壓縮比可以使得自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機適應(yīng)更多種類的燃料，具有更高的能量轉(zhuǎn)化效率，但由于壓縮比不可控所導(dǎo)致的燃燒循環(huán)變動會在很大程度上影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運行狀況，成為控制系統(tǒng)研發(fā)的難點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中自由活塞內(nèi)燃發(fā)電機壓縮比可變但不可控，導(dǎo)致系統(tǒng)運行情況不穩(wěn)定的問題。提出了一種壓縮比可調(diào)的自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006]壓縮比可調(diào)的自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)，包括連桿、限位機構(gòu)、齒條、齒輪、驅(qū)動電機、控制系統(tǒng)ECU ；
[0007]限位機構(gòu)包括:位置調(diào)節(jié)箱、定位桿、彈簧；
[0008]所述彈簧還可以由液壓阻尼器替換；
[0009]限位機構(gòu)放置在氣缸與電機之間；連桿穿過位置調(diào)節(jié)箱分別與兩側(cè)活塞、電機動子固定連接；定位桿固定在連桿上，系統(tǒng)停機狀態(tài)下位于位置調(diào)節(jié)箱正中間；彈簧嵌套在連桿上，對稱安裝于定位桿兩側(cè)；位置調(diào)節(jié)箱外側(cè)布置有齒條；位置調(diào)節(jié)箱有齒條的一側(cè)與齒輪連接；齒輪與驅(qū)動電機連接；驅(qū)動電機受控制系統(tǒng)ECU控制；控制系統(tǒng)ECU與電機驅(qū)動器連接，接收動子位移信息作為控制輸入量。
[0010]工作過程:
[0011]在系統(tǒng)停機狀態(tài)下，定位桿受彈簧的作用始終處于位置調(diào)節(jié)箱的正中間，位置調(diào)節(jié)箱發(fā)生左右移動會使得其內(nèi)部彈簧的壓縮量發(fā)生改變，定位桿左右兩側(cè)的受力平衡被打破。在彈簧作用下，定位桿及與其固聯(lián)的連桿也會移動相應(yīng)的位移，從而改變左右兩缸內(nèi)活塞的位置。
[0012]系統(tǒng)在發(fā)電工況下，在發(fā)動機左右氣缸各完成一次發(fā)火燃燒，電機動子和連桿回復(fù)到啟動位置后，認定一個工作循環(huán)完成。直線電機內(nèi)置的位移傳感器將檢測到的一個工作循環(huán)內(nèi)連桿的行程數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)ECU中，根據(jù)之前設(shè)置的連桿長度、兩側(cè)氣缸蓋底端距離、啟動位置等數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)ECU將測算出活塞在兩側(cè)氣缸內(nèi)的壓縮比，并用左側(cè)氣缸壓縮比減去右側(cè)壓縮比。若差值為正則系統(tǒng)認定左側(cè)壓縮比較大，控制系統(tǒng)ECU發(fā)出相應(yīng)的正向脈沖，脈寬與差值絕對值大小成正比，控制驅(qū)動電機順時針轉(zhuǎn)動，以帶動位置調(diào)節(jié)箱向右移動。若差值為負說明右側(cè)壓縮比較大，控制系統(tǒng)ECU發(fā)出相應(yīng)的負向脈沖，脈寬同樣與差值的絕對值成正比，此時位置調(diào)節(jié)箱會相應(yīng)的向左移動。完成一次反饋調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)在下一循環(huán)重新開始記錄位置數(shù)據(jù)，一個循環(huán)之后做出新的控制策略。經(jīng)過幾個循環(huán)的調(diào)控之后，兩側(cè)的壓縮比逐漸趨于一致。
[0013]可以通過對控制系統(tǒng)ECU的設(shè)置實現(xiàn)兩側(cè)壓縮比的自由調(diào)節(jié)?？刂扑悸啡缦?電機運行一個循環(huán)后，控制系統(tǒng)E⑶測算出兩個氣缸的壓縮比，設(shè)定左端壓縮比比右端大a，則若左端壓縮比減去右端壓縮比絕對值大于a，發(fā)出指令控制位置調(diào)節(jié)箱向右移動。反之，則向左移動。完成一次調(diào)控后，在下一循環(huán)開始新一輪的反饋調(diào)節(jié)，直至兩側(cè)壓縮比達到設(shè)定值。
[0014]位置調(diào)節(jié)箱內(nèi)可以封裝彈簧也可以封裝阻尼器，兩者原理都是通過調(diào)節(jié)平衡桿兩側(cè)的受力使其移動。封裝彈簧時，反饋調(diào)節(jié)的靈敏度較高，彈簧在動子運動時可做儲能元件，對動子運動的阻礙較小，但缺點是活塞運動到上下止點彈簧對位置調(diào)節(jié)箱左右兩側(cè)作用力較大。封裝阻尼器時，反饋調(diào)節(jié)靈敏度較低，動子運動需要克服較大阻力，且阻力大小由速度影響，但優(yōu)點是系統(tǒng)所受沖擊載荷較少，位置調(diào)節(jié)箱兩側(cè)受作用力較小，系統(tǒng)壽命更長。
[0015]有益效果
[0016]1、本發(fā)明的壓縮比可調(diào)的自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)，采用位置調(diào)節(jié)箱控制動子行程中點的位置，以此來調(diào)節(jié)兩側(cè)氣缸的壓縮比。以電機驅(qū)動器輸入的位移數(shù)據(jù)經(jīng)ECU處理作為控制信號，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的閉合反饋調(diào)節(jié)。
[0017]2、本發(fā)明的壓縮比可調(diào)的自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)，最大特點是實現(xiàn)了自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)的壓縮比按需調(diào)節(jié)。這既保留了自由活塞發(fā)動機功率密度高、多種燃料適應(yīng)性好、能量轉(zhuǎn)化效率高的特點，也實現(xiàn)了系統(tǒng)壓縮比隨工況改變而實時調(diào)節(jié)，改善了燃燒不穩(wěn)定性，為實現(xiàn)自由活塞內(nèi)燃發(fā)電系統(tǒng)的變工況自我調(diào)節(jié)奠定了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0018]圖1為彈簧調(diào)控壓縮比式自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)；
[0019]圖2為阻尼調(diào)控壓縮比式自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)。
[0020]其中，I—連桿，2—位置調(diào)節(jié)箱，3—定位桿，4—彈費，5—齒條，6—齒輪，7_驅(qū)動電機，8—控制系統(tǒng)E⑶，9一液壓阻尼器。
【具體實施方式】
[0021]為了更好的說明本發(fā)明的目的和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和實施例對
【發(fā)明內(nèi)容】
作進一步說明。
[0022]實施例1
[0023]壓縮比可調(diào)的自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動力系統(tǒng)，包括連桿1、限位機構(gòu)、齒條5、齒輪6、驅(qū)動電機7、控制系統(tǒng)ECU8，如圖1所示；
[0024]限位機構(gòu)包括:位置調(diào)節(jié)箱2、定位桿3、彈簧4 ;
[0025]限位機構(gòu)放置在氣缸與電機之間；連桿I穿過位置調(diào)節(jié)箱2分別與兩側(cè)活塞、電機動子固定連接；定位桿3固定在連桿I上，系統(tǒng)停機狀態(tài)下位于位置調(diào)節(jié)箱2正中間；彈簧4嵌套在連桿I上，對稱安裝于定位桿3兩側(cè)；位置調(diào)節(jié)箱2外側(cè)布置有齒條5 ;位置調(diào)節(jié)箱2有齒條5的一側(cè)與齒輪6連接；齒輪6與驅(qū)動電機7連接；驅(qū)動電機7受控制系統(tǒng)ECU8控制；控制系統(tǒng)ECU8與電機驅(qū)動器連接，接收動子位移信息作為控制輸入量。
[0026]工作過程:
[0027]在系統(tǒng)停機狀態(tài)下，定位桿3受彈簧的作用始終處于位置調(diào)節(jié)箱2的正中間，位置調(diào)節(jié)箱2發(fā)生左右移動會使得其內(nèi)部彈簧4的壓縮量發(fā)生改變，定位桿3左右兩側(cè)的受力平衡被打破。在彈簧作用下，定位桿3及與其固聯(lián)的連桿I也會移動相應(yīng)的位移，從而改變左右兩缸內(nèi)活塞的位置。
[0028]系統(tǒng)在發(fā)電工況下，在發(fā)動機左右氣缸各完成一次發(fā)火燃燒，電機動子和連桿I回復(fù)到啟動位置后，認定一個工作循環(huán)完成。直線電機內(nèi)置的位移傳感器將檢測到的一個工作循環(huán)內(nèi)連桿I的行程數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)ECU8中，根據(jù)之前設(shè)置的連桿長度、兩側(cè)氣缸蓋底端距離、啟動位置等數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)ECU8將測算出活塞在兩側(cè)氣缸內(nèi)的壓縮比，并用左側(cè)氣缸壓縮比減去右側(cè)壓縮比。若差值為正則系統(tǒng)認定左側(cè)壓縮比較大，控制系統(tǒng)ECU8發(fā)出相應(yīng)的正向脈沖，脈寬與差值絕對值大小成正比，控制驅(qū)動電機7順時針轉(zhuǎn)動，以帶動位置調(diào)節(jié)箱3向右移動。若差值為負說明右側(cè)壓縮比較大，控制系統(tǒng)ECU8發(fā)出相應(yīng)的負向脈沖，脈寬同樣與差值