專利名稱：調節通過借助自由活塞內燃機驅動的發電機產生電能的裝置的操作的方法
背景技術：
雙沖程自由活塞內燃機作為驅動裝置是公知的，它具有兩同軸接續設置的氣缸，在其中設置彼此反向運動的活塞對，兩活塞對的相同方向運動的活塞分別彼此連接，各活塞對在其氣缸中限定了燃燒室，在氣缸被交替點火時，兩分別彼此連接的活塞反向來回運動，運動能通過活塞連接件分出并例如用于驅動發電機。
發明內容
本發明目的在于提供一種調節產生電能裝置操作的方法，使得自由活塞內燃機的操作穩定。
上述目的通過權利要求1給出的特征實現。自由活塞內燃機的最佳操作通過壓縮比的額定值預定。活塞對各彼此連接活塞的自由運動直接影響到實際的壓縮比以及自由活塞內燃機的工作頻率。現在通過一個相應的傳感器，可以檢測氣缸中的活塞位置或活塞的運動特別是活塞的運動過程并由此獲得實際壓縮比和工作頻率的相應測量信號。
通過將活塞連接件與發電機的轉子耦合以及通過對與定子繞組連接的功放級裝置的調節，發電機的定子繞組通過脈沖調節被施加電壓并根據由額定/實際壓縮比得到的調節預定值在必要時通過與燃料量的配合實現，以穩定自由活塞內燃機的操作。
本發明調節方法的特別優點在于，壓縮比的檢測和與其相關的活塞運動過程的檢測在工作循環時實現，必要的調節作用通過對定子繞組的電壓施加裝置和/或通過下一工作沖程的燃料量起作用，以便可以快速靈敏地調節自由活塞內燃機的操作狀態。由此，對這種產生電能裝置中的自由活塞內燃機的穩定操作進行微調。
如果在負載和發電機之間如在本發明優選方案中設置蓄電池或電容器形式的緩沖蓄電器，或設置與功放級裝置連接的特殊外接電源，例如在其中的一個氣缸斷火時仍可以保持均勻操作。通過調節，在氣缸斷火時為了通過對定子繞組相應施加電壓不點火進行“膨脹沖程”，其發電機作為發動機操作，以進行“工作沖程”，從而至少近似獲得另一氣缸直接隨后工作循環的預定壓縮比并進行工作沖程且同時為了斷火氣缸再進行所需要的壓縮，進行下一工作循環。
在調節裝置的相應方案中，還可以連續檢測同一氣缸的斷火情況并可以停機。
在優選使用的雙沖程自由活塞內燃機中，燃料通過直接噴入燃燒室或噴入空氣吸入通道。輸入燃料的點火通過外點火或自動點火實現。
在基本可以通過相應的驅動裝置將兩活塞對的來回運動轉換成轉動時并以公知的方式驅動發動機時，有利的是優選使用所謂的直線發電機。直線發電機包括一個定子，其具有至少一個線圈的繞組，和一個桿狀的來回運動的轉子。不同的工作原理是公知的，例如通過永磁作用、磁阻作用或不同相位的感應作用。
也可以只在兩活塞對的活塞之間形成連接件作為轉子，運動能從活塞對的另兩個活塞的連接件通過機械方式例如通過相應的傳動裝置耦合到轉子上，這樣只需一臺發電機。
通過脈沖地調節施加到發電機繞組的電壓，隨時調節相應氣缸中的活塞對的位置。由此，可以與發電機的負載無關地調節自由活塞內燃機氣缸的壓縮比。在通過縫槽換氣的實施方式中，有利的是，由兩活塞相應限定的燃燒室的中位相對于縫槽改變，這樣改變“閥重疊”。
本發明的其它特征由下面描述的實施例給出。
下面參照示意附圖進一步描述本發明。其中圖1示出了由自由活塞內燃機驅動的直線發電機產生電能制造的示意結構；圖2示出了圖1方案的變形；
圖3示出了調節的方塊圖。
具體實施例方式
圖1示出了用于產生電能的主要包括兩平行直線發電機1的發電機組，包括分別具有多個線圈的兩定子繞組2和3。定子繞組2和3分別配置有轉子4和5，它們相對于定子繞組2和3來回運動，產生電能。
在所示實施例中，設置雙沖程—雙氣缸—自由活塞內燃機作為動力裝置，它主要包括兩軸向串接的氣缸6和7，其中活塞6.1和6.2以及活塞7.1和7.2反向往復運動導向。
活塞6.1和7.1與轉子4連接，而活塞6.2和7.2與轉子5連接，使得活塞的往復運動直接傳遞到轉子上。
在這里，未示出用于換氣的結構件。優選縱向流動的換氣或者通過調節閥實現或者通過在氣缸壁上的縱向槽實現，如雙沖程發動機所公開的那樣。優選設置未進一步示出的吹洗泵或附加的增壓機。
各活塞6.1，6.2和7.1，7.2限定了一個燃燒室。在所示實施例中，燃料的輸入借助噴嘴8和9直接噴入，但燃料的輸入也可以通過在此未詳細示出的空氣吸入通道上的噴射件實現。根據發動機原理，燃料的點火通過外源點火或自行點火實現。兩氣缸6和7的點火交替進行。
在圖1所示的工作狀態是在燃料—空氣混合物被點火后，氣缸6開始進行膨脹沖程。兩活塞6.1和6.2在氣體壓力作用下彼此分開，而氣缸7中的兩活塞7.1和7.2彼此反向運動且壓縮氣缸充氣，在下沖程中氣缸7被點火并以相反的方向進行工作沖程。兩轉子4和5穿過相應的定子繞組2和3相反運動，由于轉子4、5的往復運動產生相應的“成組”電能。
由于通過轉子4、5往復運動隨時間變化的運動性，還可以檢測氣缸6和7中活塞的相應位置，這可以通過相應的調節使得施加到定子繞組2、3上的脈沖電壓與由活塞產生的機械能相匹配，取用相應的電能。
對此，兩定子繞組2、3設置可調的功放級裝置10.1、10.2，它們通過調節器11調節。正如在這里提到的，功放級裝置可以與適合的電源12連接。
在功放級裝置10.1和10.2后面連接有蓄電池或存儲電容器形式的緩沖器13.1的負載13，以便取用非連續產生的負載電能作為連續即恒定的電能。
對定子繞組2和3配置測量傳感器14和15，通過它們檢測產生的電壓和產生的電流并作為測量值傳到調節器11中。通過調節器11這樣調節功放級裝置10.1和10.2，通過相應改變施加到定子繞組2和3上的脈沖電壓影響轉子4、5的速度，由此影響壓縮比并在各沖程下優選保持恒定。這通過經對定子繞組2、3施加脈沖電壓有目的地減速或加速轉子4、5和/或改變燃料量如通過改變噴射時間實現。由此，對其調節方法提供“快速”內調節回路。
通過其測量傳感器16，由負載13取用的電能例如通過測量電流和/或電壓檢測。其測量值同樣傳到調節器11，通過其調節器調節相應的燃料供給根據取用的電能可以調節燃料量。
為了替代或增強上述電傳感器(測量傳感器14、15)，至少給兩氣缸6、7配置兩傳感器17和18，通過它們可以檢測氣缸中活塞的相應位置特別是相應的“上死點位置”，以調節燃料的供給并在外源點火時調節點火。
此外，優選的電—機械傳感器(測量傳感器17、18)與相應的調節器11連接，檢測用于動力調節活塞的運動過程。可以根據檢測的活塞相應的端位置導出其壓縮比。根據隨時間改變的位置，獲得運動速度曲線，對于調節器11所需要的測量值直接用于“快速”調節。
為了調節自由活塞內燃機恒定即處于最佳的動力狀態，對調節器11的“快速”內調節回路輸入作為預定額定值的壓縮比。其壓縮比能以取決于負載的特性曲線族形式表示，以便對于不同的負載，規定用于額定/實際比值的不同的額定值。
圖2示出了圖1裝置的變形，它只設置一直線發電機1.1，替代兩直線發電機，它包括由一個或多個線圈構成的定子繞組2.1。配置的轉子4.1與活塞6.1和7.1剛性連接。
兩活塞6.2和7.2之間的剛性連接件19與換向傳動機構20連接，其驅動機構21直接與兩活塞6.1和7.1之間連接件剛性連接并同時將活塞6.2和7.2的機械能傳給轉子2.1。
圖3示出了調節回路連接的方塊圖。在圖1中的各部件的附圖標記與圖3中的相同。
從該方塊圖可看出，直線發電機1、自由活塞內燃機6、7和功放級裝置10.1/10.2彼此相互作用，其中通過由經測量傳感器14、15和功放級裝置10的調節器11構成的“快速”內調節回路在所示自由活塞內燃機穩定工作狀態下調節定子繞組和必要時調節燃料噴嘴8、9。
內調節回路與外調節回路相匹配，通過其外調節回路經測量傳感器16由調節器11檢測相應取用的(電)負載并根據燃料量調節。
由于在輸入電能時直線發電機1也可以作為發動機工作，對于在這里所述的產生電能的裝置也可以起動自由活塞內燃機6、7。對此，設置在負載前連接蓄電池或電容器形式的蓄電器13.1。一旦由緩沖蓄電器構成的蓄電器13.1的容量不夠，如圖1所示，必須使用相應的外電源12。此外，其起動過程經調節器11通過相應調節功放級裝置10引導。
下面簡述其調節功能連續檢測的機械狀態量(活塞速度、活塞位置)提供給軌道或狀態腔中的活塞。
通過評估有效工作沖程中活塞“死點”轉向點之后軌道轉換的化學能，可以“估計”內燃機穩定工作所需要的通過發電機的轉換能量，以便略微在下一燃燒開始之前獲得預定的目標狀態(壓縮比、內燃機的工作頻率)。通過在工作沖程時施加脈沖電壓，其發電機在短時間作為發動機工作，以便補償對活塞運動過程的外界影響。特別是可以識別和“掩蓋”斷火。確定實現通過發電機能量轉換的轉換時間點和接通電壓、由自由活塞內燃機輸出的能量，對此，連續檢驗軌道并相應修正轉換時間和接通電壓。
定子繞組線圈的電壓在內燃機沖程時通過半導體橋根據調節規則系統判斷標準轉換成+Ub和/或0和7或-Ub。根據在沖程過程損壞件的工作沖程時由傳感器獲得的調節結果，施加的電壓在+Ub，和/或-Ub之間變換或不變換(Ub是工作電壓)。由此，在經發電機穩定內燃機的工作沖程時，直接點火的氣缸活塞根據施加的電壓被緩沖和/或驅動或根據發電機負載的減小產生氣體壓力。上述電壓的施加在沖程時改變，活塞根據由調節器檢測的軌道以及壓縮和工作頻率的規定值運動。
由于由發電機作用到內燃機上的在轉向點區域的磁力明顯小于氣體壓力，能量轉換主要在軌道的中部區域(活塞運動速度大時)即在點火點前進行。
由此，必要的是，借助作為發動機操作的發電機通過諧振激勵起動自由活塞內燃機。這可以通過具有相同規則系統的調節器利用傳感信號實現。特別是，可以抑制噴射至到達到可點火的壓縮比。
為了從停機狀態起動內燃機，要對傳感器進行校準并將活塞調節到中位。這通過采用發電機通過將活塞運動到機械端止擋上實現。對此，借助縫槽解除壓縮作用。
為了斷開系統，根據目的這樣對定子繞組通電流，使得在噴射斷開后，活塞靜止對稱。特別是在最后燃燒后活塞立即靜止或對操作的發電機進行附加周期沖洗。
權利要求
1.一種調節產生電能裝置的操作的方法，其裝置包括至少具有一加電壓的定子繞組的發電機和至少一轉子，具有雙沖程自由活塞內燃機，它具有兩同軸接續設置的氣缸和各氣缸的彼此反向運動的活塞對，兩活塞對的相同方向運動的活塞分別彼此連接，其中活塞連接件與發電機的轉子作用處于有效連接，具有定子繞組的可調電壓施加裝置，其中通過傳感器檢測至少一活塞對的活塞運動的兩活塞位置和/或速度并通過調節定子繞組的電壓施加裝置和/或調節燃料量調節自由活塞內燃機氣缸中的預定壓縮比。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于檢測并在調節時考慮由發電機產生的電壓和/或電流。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于通過調節與燃料量調節有關的發電機上的電壓施加裝置，調節自由活塞內燃機活塞的運動過程。
4.如權利要求1-3之一所述的方法，其特征在于通過調節燃料量，影響相應氣缸活塞中的活塞對的位置和/或壓縮比。
5.如權利要求1-4之一所述的方法，其特征在于發電機是直線發電機。
6.如上述權利要求1-5之一所述的方法，其特征在于設置一外電源，通過它借助相應的調節和脈沖向發電機提供起動內燃機的電能。
全文摘要
一種調節產生電能裝置的操作的方法，其裝置包括至少具有一加電壓的定子繞組的發電機和至少一轉子，具有雙沖程自由活塞內燃機，它具有兩同軸接續設置的氣缸和各氣缸的彼此反向運動的活塞對，兩活塞對的相同方向運動的活塞分別彼此連接，其中活塞連接件與發電機的轉子處于有效連接，其中調節定子繞組的電壓和/或調節燃料量，保持自由活塞內燃機氣缸中的預定壓縮比。
文檔編號F02B71/06GK1678823SQ03820793
公開日2005年10月5日 申請日期2003年7月8日 優先權日2002年9月3日
發明者漢斯·肯珀, 克里斯蒂安·博伊厄, 亨德里克斯·揚森 申請人:Fev電機技術有限公司