專(zhuān)利名稱(chēng)：一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)，屬于能源動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)是近年來(lái)興起的一種新型動(dòng)力裝置，其整個(gè)系統(tǒng)包含內(nèi)燃機(jī)與直線發(fā)電機(jī)兩大模塊。區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)型，此新型動(dòng)力裝置沒(méi)有曲柄連桿機(jī)構(gòu)。內(nèi)燃機(jī)模塊與直線發(fā)電機(jī)模塊之間一般通過(guò)連桿直接相連，前者通過(guò)熱能轉(zhuǎn)化而來(lái)的機(jī)械能能夠在直線電機(jī)中直接轉(zhuǎn)化為電能并向外輸出。得益于其較短的動(dòng)力傳送鏈，其機(jī)械損失比傳統(tǒng)機(jī)型更低。因而在總體效率上，自由活塞式內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)有更高的提升空間。應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能源問(wèn)題，它有更大的潛力以提升經(jīng)濟(jì)性。起動(dòng)問(wèn)題是限制壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)重大問(wèn)題。就內(nèi)燃機(jī)原理而言，壓燃型內(nèi)燃機(jī)所使用的燃油的燃燒條件較為苛刻，氣缸內(nèi)氣體的壓力及溫度均需要達(dá)到相當(dāng)高的水平方能使燃料噴入氣缸后能夠著火燃燒。在傳統(tǒng)機(jī)型上，由于有曲柄連桿機(jī)構(gòu)和飛輪元件的存在，可以通過(guò)加裝起動(dòng)電機(jī)等方式促使缸內(nèi)氣體達(dá)到合適條件。然而由于自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，欲使其以壓燃的方式進(jìn)行工作變得尤為困難。而相比于點(diǎn)燃工作模式，壓燃型的熱效率等指標(biāo)均具有較大優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用壓燃工作方式可使自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性在更大程度得到提高，進(jìn)一步釋放出自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保潛力。因此，為實(shí)現(xiàn)壓燃工作，需要尋求新的技術(shù)途徑解決壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的起動(dòng)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的起動(dòng)問(wèn)題，提出一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)，包括第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)、第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)、直線發(fā)電機(jī)。第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括:第一活塞、第一氣缸、第一壓燃噴油器、第一點(diǎn)燃噴油器、第一火花塞、第一進(jìn)氣口、第一排氣口。第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括:第二活塞、第二氣缸、第二壓燃噴油器、第二點(diǎn)燃噴油器、第二火花塞、第二進(jìn)氣口、第二排氣口。直線發(fā)電機(jī)包括:直線發(fā)電機(jī)動(dòng)子、直線發(fā)電機(jī)定子。以上部件的具體連接關(guān)系為:第一活塞置于第一氣缸內(nèi)，第一壓燃噴油器、第一點(diǎn)燃噴油器以及第一火花塞均安裝于第一氣缸上。第一排氣口位于第一氣缸上表面，第一進(jìn)氣口位于第一氣缸下表面。第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)內(nèi)各組成部分與第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)內(nèi)組成部分的結(jié)構(gòu)及連接方式相同。直線發(fā)電機(jī)動(dòng)子的一端與第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第一活塞連接，另一端與第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第二活塞連接，共同構(gòu)成活塞組件。本發(fā)明的一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的工作過(guò)程包含起動(dòng)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。以下分別進(jìn)行具體說(shuō)明:I)起動(dòng)過(guò)程。起動(dòng)過(guò)程中，第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第一活塞處于第一氣缸內(nèi)一定位置。此時(shí)第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣口均處于關(guān)閉狀態(tài)。之后第一點(diǎn)燃噴油器向第一氣缸內(nèi)噴入常溫狀態(tài)下可點(diǎn)燃的燃料，同時(shí)第一火花塞工作，將噴入的燃料點(diǎn)燃。所產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)活塞組件運(yùn)動(dòng)，壓縮第二氣缸內(nèi)的氣體。然后第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第二點(diǎn)燃噴油器向第二氣缸內(nèi)噴入點(diǎn)燃所用燃料，第二火花塞將燃料點(diǎn)燃，使活塞組件反向運(yùn)動(dòng)。以此兩個(gè)自由活塞內(nèi)燃機(jī)往復(fù)點(diǎn)燃穩(wěn)定工作，此時(shí)其最大壓縮比保持穩(wěn)定。然后第二點(diǎn)燃噴油器停止噴油，活塞組件在動(dòng)能的作用下持續(xù)壓縮第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)內(nèi)氣體到達(dá)壓燃所需條件。第二壓燃噴油器向氣缸內(nèi)噴入壓燃燃料，著火燃燒后推動(dòng)活塞組件反向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。2)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)以循環(huán)往復(fù)的形式進(jìn)行工作。循環(huán)起點(diǎn)時(shí)，第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第二氣缸內(nèi)的氣體處于高壓狀態(tài)，第二壓燃噴油器向第二氣缸內(nèi)噴入壓燃燃料，燃料著火燃燒后推動(dòng)活塞組件運(yùn)動(dòng)。此時(shí)直線發(fā)電機(jī)向外輸出電能，第一氣缸內(nèi)氣體受到壓縮。當(dāng)氣缸內(nèi)壓縮比達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第一壓燃噴油器向第一氣缸內(nèi)噴入壓燃燃料，燃料著火燃燒后推動(dòng)活塞組件反向運(yùn)動(dòng)，直線發(fā)電機(jī)再次向外輸出電能。第二氣缸內(nèi)氣體受到壓縮，其壓縮比不斷升高至可使壓燃燃料燃燒之?dāng)?shù)值。之后進(jìn)入下一循環(huán)。循環(huán)往復(fù)即穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。有益效果本發(fā)明利用自 由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的可變壓縮比特性，通過(guò)較易實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)燃工作方式，解決了較難的壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的起動(dòng)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)壓燃工作，進(jìn)一步釋放出自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保潛力。


圖1是實(shí)施例中點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1 一第一火花塞；2—第一壓燃噴油器；3—第一點(diǎn)燃噴油器；4一第一氣缸；5—第一活塞；6—第一進(jìn)氣口 ；7—第一排氣口 ；8—直線發(fā)電機(jī)定子；9一直線發(fā)電機(jī)動(dòng)子；10—第二進(jìn)氣口 ；11 一第二活塞；12—第二氣缸；13—第二點(diǎn)燃噴油器；14一第二壓燃噴油器；15—第二火花塞；16—第二排氣口。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1本發(fā)明的一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)主要包括第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)、第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)、直線發(fā)電機(jī)。第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括:第一活塞5、第一氣缸4、第一壓燃噴油器2、第一點(diǎn)燃噴油器3、第一火花塞1、第一進(jìn)氣口 6、第一排氣口
7。第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括:第二活塞11、第二氣缸12、第二壓燃噴油器14、第二點(diǎn)燃噴油器3、第二火花塞15、第二進(jìn)氣口 10、第二排氣口 16。直線發(fā)電機(jī)包括:直線發(fā)電機(jī)動(dòng)子
9、直線發(fā)電機(jī)定子8。以上部件的具體連接關(guān)系為:第一活塞5置于第一氣缸4內(nèi)，第一壓燃噴油器2、第一點(diǎn)燃噴油器3和第一火花塞I自下而上順次安裝于第一氣缸4的一端，第一壓燃噴油器2與直線發(fā)電機(jī)動(dòng)子9、第二壓燃噴油器14位于同一直線上。第一排氣口 7位于第一氣缸4上表面,第一進(jìn)氣口 6位于第一氣缸4下表面。第二活塞11置于第二氣缸12內(nèi)，第二壓燃噴油器14、第二點(diǎn)燃噴油器13和第二火花塞15自下而上順次安裝于第二氣缸12的一端。第二排氣口 16位于第二氣缸12上表面，第二進(jìn)氣口 10位于第二氣缸12下表面。直線發(fā)電機(jī)動(dòng)子9的一端與第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第一活塞5連接,另一端與第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第二活塞11連接，共同構(gòu)成活塞組件。本發(fā)明的一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的工作過(guò)程包含起動(dòng)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。以下分別進(jìn)行具體說(shuō)明:3)起動(dòng)過(guò)程。起動(dòng)過(guò)程中，第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第一活塞5處于第一氣缸4內(nèi)第一排氣口 7和氣缸頂之間中點(diǎn)位置。此時(shí)第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第一進(jìn)氣口 6、第一排氣口 7均處于關(guān)閉狀態(tài)。之后第一點(diǎn)燃噴油器3向氣缸內(nèi)噴入汽油，同時(shí)第一火花塞I工作，將噴入的燃料點(diǎn)燃。所產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)活塞組件運(yùn)動(dòng)，壓縮第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)第二氣缸12內(nèi)的氣體。然后第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第二點(diǎn)燃噴油器13向其第二 12氣缸內(nèi)噴入汽油，第二火花塞15將燃料點(diǎn)燃，使活塞組件反向運(yùn)動(dòng)。以此兩個(gè)自由活塞內(nèi)燃機(jī)往復(fù)點(diǎn)燃穩(wěn)定工作，此時(shí)其最大壓縮比保持穩(wěn)定。然后第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第二點(diǎn)燃噴油器13停止噴油，活塞組件在動(dòng)能的作用下持續(xù)壓縮第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)內(nèi)氣體，使其壓力超過(guò)3MPa、溫度超過(guò)500K。第二壓燃噴油器14向氣缸內(nèi)噴入柴油，著火燃燒后推動(dòng)活塞組件反向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。4)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)以循環(huán)往復(fù)的形式進(jìn)行工作。循環(huán)起點(diǎn)時(shí)，第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)的氣體處于高壓狀態(tài)，第二壓燃噴油器14向其氣缸內(nèi)噴入柴油，燃料著火燃燒后推動(dòng)活塞組件運(yùn)動(dòng)。此時(shí)直線發(fā)電機(jī)向外輸出電能，第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)氣體受 到壓縮。當(dāng)其氣缸內(nèi)壓縮比達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第一壓燃噴油器2向其氣缸內(nèi)噴入柴油，燃料著火燃燒后推動(dòng)活塞組件反向運(yùn)動(dòng)，直線發(fā)電機(jī)再次向外輸出電能。第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的氣缸內(nèi)氣體受到壓縮，其壓縮比不斷升高至一定數(shù)值。之后進(jìn)入下一循環(huán)。循環(huán)往復(fù)即穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于:包括第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)、第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)、直線發(fā)電機(jī)；第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括:第一活塞、第一氣缸、第一壓燃噴油器、第一點(diǎn)燃噴油器、第一火花塞、第一進(jìn)氣口、第一排氣口 ；第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括:第二活塞、第二氣缸、第二壓燃噴油器、第二點(diǎn)燃噴油器、第二火花塞、第二進(jìn)氣口、第二排氣口 ；直線發(fā)電機(jī)包括:直線發(fā)電機(jī)動(dòng)子、直線發(fā)電機(jī)定子； 以上部件的具體連接關(guān)系為:第一活塞置于第一氣缸內(nèi)，第一壓燃噴油器、第一點(diǎn)燃噴油器以及第一火花塞均安裝于第一氣缸上；第一排氣口位于第一氣缸上表面，第一進(jìn)氣口位于第一氣缸下表面；第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)內(nèi)各組成部分與第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)內(nèi)組成部分的結(jié)構(gòu)及連接方式相同；直線發(fā)電機(jī)動(dòng)子的一端與第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第一活塞連接，另一端與第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第二活塞連接，共同構(gòu)成活塞組件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于:工作過(guò)程包含起動(dòng)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于:起動(dòng)過(guò)程中，第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第一活塞處于第一氣缸內(nèi)，第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)排氣口均處于關(guān)閉狀態(tài)；由第一點(diǎn)燃噴油器向第一氣缸內(nèi)噴入常溫狀態(tài)下可燃燃料，同時(shí)第一火花塞工作，點(diǎn)燃噴入的燃料；所產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)活塞組件運(yùn)動(dòng)，壓縮第二氣缸內(nèi)的氣體；然后第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第二點(diǎn)燃噴油器向第二氣缸內(nèi)噴入點(diǎn)燃所用燃料，第二火花塞點(diǎn)燃燃料，使活塞組件反向運(yùn)動(dòng)；兩個(gè)自由活塞內(nèi)燃機(jī)往復(fù)點(diǎn)燃穩(wěn)定工作，其最大壓縮比保持穩(wěn)定；第二點(diǎn)燃噴油器停止噴油，活塞組件在動(dòng)能的作用下持續(xù)壓縮第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)內(nèi)氣體到達(dá)壓燃所需條件；第二壓燃噴油器向氣缸內(nèi)噴入壓燃燃料，著火燃燒后推動(dòng)活塞組件反向運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行形式為循環(huán)往復(fù)；循環(huán)起點(diǎn)時(shí)，第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第二氣缸內(nèi)的氣體處于高壓狀態(tài)，第二壓燃噴油器向第二氣缸內(nèi)噴入壓燃燃料，燃料著火燃燒后推動(dòng)活塞組件運(yùn)動(dòng)，直線發(fā)電機(jī)向外輸 出電能，第一氣缸內(nèi)氣體受到壓縮；當(dāng)氣缸內(nèi)壓縮比達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)的第一壓燃噴油器向第一氣缸內(nèi)噴入壓燃燃料，燃料著火燃燒后推動(dòng)活塞組件反向運(yùn)動(dòng)，直線發(fā)電機(jī)再次向外輸出電能；第二氣缸內(nèi)氣體受到壓縮，其壓縮比不斷升高至壓燃燃料燃燒之?dāng)?shù)值；然后進(jìn)入下一循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種點(diǎn)燃起動(dòng)式壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)，屬于能源動(dòng)力技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)具體包括第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)、第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)、直線發(fā)電機(jī)。第一自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括第一活塞、第一氣缸、第一壓燃噴油器、第一點(diǎn)燃噴油器、第一火花塞、第一進(jìn)氣口、第一排氣口。第二自由活塞內(nèi)燃機(jī)包括第二活塞、第二氣缸、第二壓燃噴油器、第二點(diǎn)燃噴油器、第二火花塞、第二進(jìn)氣口、第二排氣口。直線發(fā)電機(jī)包括直線發(fā)電機(jī)動(dòng)子、直線發(fā)電機(jī)定子。其工作過(guò)程包含起動(dòng)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過(guò)程。本發(fā)明能解決壓燃型自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的起動(dòng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)壓燃工作，進(jìn)一步釋放出自由活塞內(nèi)燃發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保潛力。
文檔編號(hào)F02B71/02GK103233813SQ201310124328
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月11日
發(fā)明者馮慧華, 李林可, 左正興, 賈博儒, 許大濤 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)