发明内容

本发明意在提供一种单作用液压式内燃机直线发电装置，以解决现有技术曲轴内燃机发电装置转换效率低和适用工况范围狭窄的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的基础技术方案是：一种单作用液压式内燃机直线发电装置，包括进气管、气体增压机构、排气管、内燃机、配重机构、直线发电机、液压柱塞缸、单向阀、电磁阀、蓄能器、手动泵、先导式溢流阀和油缸，所述内燃机包括内燃机气缸和自由活塞，所述进气管与所述气体增压机构和所述内燃机气缸同时管接，所述进气管在所述气体增压机构与所述内燃机气缸之间管接有进气阀，所述内燃机气缸连接有火花塞，所述内燃机气缸还管接有排气管，所述排气管管接有排气阀，所述自由活塞沿着所述内燃机气缸的轴向运动，所述自由活塞的自由端与所述配重机构的一端连接，所述配重机构的另一端与所述液压柱塞缸连接，所述直线发电机设有定子，所述定子沿着所述直线发电机的轨道滑移，所述液压柱塞缸与所述定子连接，所述直线发电机设于所述配重机构与所述液压柱塞缸之间，所述电磁阀的A端与所述单向阀的输出端连接，所述电磁阀的P端与所述单向阀的输入端连接，所述单向阀的输入端还与所述蓄能器和所述先导式溢流阀同时管接，所述先导式溢流阀的自由端与所述油缸管接，所述手动泵并联在所述先导式溢流阀的两端。

基础技术方案的原理：初始状态下，将进气阀和电磁阀打开，调节先导式溢流阀的压力为零，对整个系统泄压；冷机启动阶段：打开进气阀，气体从进气管经气体增压机构进入内燃机气缸，使得自由活塞向远离内燃机气缸的一侧运动，接着关闭进气阀和电磁阀，利用手动泵对液压回路进行加压，保证液压回路具有一定的初始压力，使得蓄能器的压力与系统初始压力相同，调节完成后打开电磁阀与排气阀，在系统初始液压力的作用下推动液压柱塞缸的柱塞向远离液压柱塞缸的一侧运动，液压柱塞缸的柱塞推动自由活塞向靠近内燃机气缸的一侧运动至上止点位置，同时将内燃机气缸内的残余气体排尽；进气阶段：进气阀打开，排气阀和电磁阀关闭，液压系统中的液压油只能经单向阀流向蓄能器或经先导式溢流阀溢流进入油箱，燃料混合气体从进气管经气体增压机构增压后进入内燃机气缸中，内燃机气缸内充盈适量的燃料混合气体后进气阀关闭，火花塞对内燃机气缸内的燃料气体进行点火，燃料气体在内燃机气缸中爆炸膨胀，高压气体推动自由活塞向远离内燃机气缸的一侧运动，自由活塞推动配重机构也向远离内燃机气缸的一侧运动，配重机构推动液压柱塞缸的柱塞向靠近液压柱塞缸缸底一侧运动，在此过程中，定子沿着直线发电机的轨道滑移，切割直线发电机产生的磁感线发电，同时将液压柱塞缸内的液体油挤出，液压柱塞缸将机械能转化为液压能使得液压系统压力上升，液压油经由单向阀流向蓄能器中，将部分能量储存于蓄能器中，配重机构在过程中还可以起到缓冲作用，并将一部分的能量转化为自身动能继续推动液压柱塞缸的柱塞向液压柱塞缸缸底一侧运动，燃料气体完全膨胀后自由活塞处于下止点位置；排气阶段：排气阀和电磁阀打开，蓄能器中储存的液压能反向推动液压柱塞缸的柱塞向远离液压柱塞缸缸底一侧运动，此时定子沿着直线发电机的轨道反向滑移，再次切割直线发电机产生的磁感线发电，液压柱塞缸的柱塞推动配重机构向靠近内燃机气缸的一侧运动，并推动自由活塞向靠近内燃机气缸的一侧运动，将内燃机气缸内的气体从排气管排出，当内燃机气缸内的气体完全排出后，再次重复上述进气阶段和出气阶段，以此往复为一个周期循环，实现持续的发电。

基础技术方案的有益效果是：通过匹配内燃机气缸内的燃料气体、自由活塞的行程和液压系统之间的关系即调节发电量，以此适应各种工况的不同需求；在进气阶段自由活塞对配重机构的推力转化为配重机构的动能，在燃料气体完全燃烧后配重机构在其动能的作用下继续推动液压柱塞缸持续向靠近液压柱塞缸缸底一侧运动，定子沿着直线发电机的轨道滑移，切割直线发电机产生的磁感线发电；在排气阶段蓄能器释放液压油，液压能推动液压柱塞缸的柱塞向远离液压柱塞缸缸底的一侧运动，定子沿着直线发电机的轨道反向滑移，再次切割直线发电机产生的磁感线发电，即进气阶段和排气阶段均能够切割磁感线发电，且进气阶段和排气阶段都大大的减少了装置内残余气体未完全排出而造成的余隙容积损失，提高了整个系统转化效率，综上本发明解决了现有技术曲轴内燃机发电装置转换效率低和适用工况范围狭窄的问题；另外相比的曲轴式内燃机，本发明所涉及的内燃机采用与液压系统串联的方式，液压系统与液压弹簧有着相仿的结构特性，通过增减配重机构和调节液压系统压力可以调节内燃机气缸缸内的压力，合理配置自由活塞的行程可以使得自由活塞完全返程，故本发明的内燃机并不具有严格意义上的下止点位移，或者说下止点可控，使用方便；整个装置体积流量小、能量密度大、无曲轴、结构简单、可变止点位置、无侧向力、经济性好、维修方便，在实际使用时在通用性、操作性和经济性好。

优选地，所述配重机构与所述自由活塞和所述液压液压柱塞缸均为可拆卸连接。

通过上述设置，在实际工作情况中，根据整个系统传感器采集到的温度、压力及位移等数据，实时的改变配重机构的质量以实现对于整个系统的效率优化：其一改善整个系统的脉动性使得系统运行更加平稳；其二通过改变配重机构的质量实现了对系统运动部分的惯量改变，运行参数反馈调整系统惯量有利于自由活塞获得更大的行程，进一步提高了整个系统的能量转换效率。

优选地，所述直线发电机通过同步装置并联有多个直线发电机。

通过上述设置，整个系统往复一个周期循环，多个发电装置发电，发电量高。

优选地，所述进气阀和所述排气阀均为气动高速开关。

通过上述设置，高速开关经设定后，其自动开启关闭响应快，开启和关闭的时间准确，保证装置的动态特性并提高整个系统的效率，系统的动态特性有利于精确的调整内燃机能量的转换率，符合智能化的设计趋势，便于广泛的推广运用。

优选地，所述内燃机气缸还连接有位移传感器，所述位移传感器用于检测所述自由活塞的位置，所述位移传感器控制所述进气阀和所述排气阀的启停。

通过上述设置，位移传感器捕捉自由活塞在内燃机气缸内的位置，根据自由活塞的位置精确的控制进气阀和排气阀的启停，进一步保证了装置的动态特性，提高了整个系统的效率。

优选地，所述电磁阀为直动式二位二通高速电磁阀。

通过上述设置，直动式二位二通电磁阀电磁阀通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。在真空、负压、零压时均能正常工作，响应时间短，适用范围广。