一种内燃约束直线发电系统的解耦设计方法技术方案

一种内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，属于能源动力技术领域。包括内燃约束直线发电系统的发动机和直线电机，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，预定义发动机与直线电机输出的目标参数；步骤2，确定热能和机械能之间的转化功率和效率，机械能和电能之间的转化功率和效率，确定各个子系统总的输入参数、总的输出参数；步骤3，确定发动机和直线电机的能量占比和效率分布；步骤4，对各个子系统进行结构设计。在本内燃约束直线发电系统的解耦设计方法中，将内燃约束直线发电系统解耦为多个子系统，使得各子系统之间的参数变动影响减小，降低了计算的复杂程度与难度，有利于对内燃约束直线发电系统进行设计。直线发电系统进行设计。直线发电系统进行设计。

【技术实现步骤摘要】
一种内燃约束直线发电系统的解耦设计方法


[0001]一种内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，属于能源动力


技术介绍

[0002]随着世界能源危机的不断加剧和环境污染的日益严重，电动汽车因其节能、环保、低噪音和能量来源多样性等特点，逐渐成为汽车工业的重要发展方向，但受电池功率密度限制，在面对长途行驶需求时相对于传统燃油车的劣势较为明显。针对这一问题，有研究提出了一种内燃约束直线发电系统，用来作为电动汽车的增程器。并可实现电能与机械能同时输出的双驱动模式。由于内燃约束直线发电系统属于多场强耦合系统，耦合设计相对较为复杂，设计难度较大，并且需要大量迭代计算，设计复杂并易造成计算误差，在通过现有技术难以对内燃约束直线发电系统进行设计，限制了内燃约束直线发电系统的发展和应用，因此设计一种能够针对内燃约束直线发电系统的多场强耦合属性进行设计的技术方案，成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种将内燃约束直线发电系统解耦为多个子系统，使得各子系统之间的参数变动影响减小，降低了计算的复杂程度与难度，有利于对内燃约束直线发电系统进行设计的内燃约束直线发电系统的解耦设计方法。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：该内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，包括内燃约束直线发电系统，内燃约束直线发电系统包括发动机和直线电机，直线电机设置在发动机的气缸与曲轴箱之间，发动机的活塞与动子导杆固定连接，并进入曲轴箱内与曲轴相连，其特征在于：在曲轴箱外设置有飞轮，飞轮与曲轴相连，包括如下步骤：
[0005]步骤1，预定义发动机与直线电机输出的目标参数；
[0006]步骤2，确定热能和机械能之间的转化功率和效率，机械能和电能之间的转化功率和效率，将内燃约束直线发电系统解耦为多个子系统，确定各个子系统总的输入参数、总的输出参数；
[0007]步骤3，确定单个稳定循环周期内，每个冲程的能量来源，确定发动机和直线电机的能量占比和效率分布；
[0008]步骤4，根据系统解耦设计过程中确定的能量和效率需求，对各个子系统进行结构设计。
[0009]优选的，所述的步骤2包括如下步骤：
[0010]步骤2
‑
1，根据步骤1中定义的目标参数，将内燃约束直线发电系统活塞处输出的机械能在曲轴处以及直线电机处进行分配；
[0011]步骤2
‑
2，根据步骤1中定义的目标参数，计算得到各子系统总的能量占比与各能量形式之间的转化效率；
[0012]步骤2
‑
3，根据计算得到内燃约束直线发电系统各子系统总的能量占比，确定各子系统总的输入能量、总的输出能量。
[0013]优选的，所述的步骤3包括如下步骤：
[0014]步骤3
‑
1，根据内燃约束直线发电系统的能量输出情况，单独计算直线电机在各个冲程中的能量输出情况；
[0015]步骤3
‑
2，根据内燃约束直线发电系统中驱动各冲程运行的能量来源情况，将单个稳定循环周期的四个冲程简化为做功过程和不做功过程两个部分；
[0016]步骤3
‑
3，根据内燃约束直线发电系统中各子系统在不同冲程中的能量输出情况，确定单个稳定循环周期内发动机和直线电机的能量占比和效率分布。
[0017]优选的，所述的步骤4包括如下步骤：
[0018]步骤4
‑
1，根据确定发动机的热机能量转化子系统的功率和指示热效率，以及飞轮机械能存储子系统的能量占比，结合步骤1预定义的目标参数，对发动机的关键部件：活塞、电机动子和飞轮进行结构参数设计；
[0019]步骤4
‑
2，根据确定直线电机的机电能量转化子系统的功率和效率，结合步骤1预定义的目标参数，对直线电机的关键部件进行结构参数设计。
[0020]优选的，所述的目标参数包括：发动机在曲轴的机械能输出功率和输出效率；直线电机的电能输出功率和发电效率、内燃约束直线发电系统的总效率。
[0021]优选的，所述的多个子系统包括发动机的热机能量转化子系统、直线电机的机电能量转化子系统以及飞轮的机械能储存子系统。
[0022]优选的，所述直线电机的直线电机壳体位于发动机的汽缸体和曲轴箱之间，所述活塞设置在汽缸体的内部；直线电机中的电机动子与电动子导杆固定连接，直线电机中的电机定子固定在直线电机壳体内部，所述动子导杆上端连接活塞，下端与连杆相连接。
[0023]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：
[0024]1、在本内燃约束直线发电系统的解耦设计方法中，将内燃约束直线发电系统解耦为多个子系统，使得各子系统之间的参数变动影响减小，降低了计算的复杂程度与难度，有利于对内燃约束直线发电系统进行设计。
[0025]2、根据整个系统的能量转化效率图，采用前推回代的方法进行发动机与直线电机的设计计算，进一步简化了计算流程，显著提高了设计速度。
[0026]3、该内燃约束直线发电系统解耦设计方法可更加明显地观察各输入参数对子系统运行特征的影响，便于开展系统的匹配设计，为后续型号化的研究提供理论基础。
附图说明
[0027]图1为内燃约束直线发电系统结构示意图。
[0028]图2为内燃约束直线发电系统的解耦设计方法流程图。
[0029]图3为内燃约束直线发电系统能量流程图。
[0030]图4为内燃约束直线发电系统单个稳定循环能量流程图。
[0031]其中：1、进气门2、火花塞3、排气门4、汽缸体5、活塞6、电机动子7、电机定子8、滑动轴承9、动子导杆10、直线电机壳体11、连杆12、曲轴箱13、曲轴14、飞轮。
具体实施方式
[0032]图1～4是本专利技术的最佳实施例，下面结合附图1～4对本专利技术做进一步说明。
[0033]如图1所示，一种内燃约束直线发电系统，包括发动机和直线电机，直线电机的直线电机壳体10位于发动机的汽缸体4和曲轴箱12之间。在汽缸体4的顶部设置有火花塞2，在火花塞2的两侧分别设置有进气门1和排气门3。在汽缸体4的内部设置有活塞5，活塞5在汽缸体4内沿汽缸体4的长度方向往复运动。
[0034]直线电机中的电机动子6与活塞5固定连接，电机动子6在活塞5的带动下与活塞5同步运动，直线电机中的电机定子7固定在直线电机壳体10内部。直线电机壳体10下端设置有滑动轴承8。动子导杆9下端穿过滑动轴承8进入曲轴箱12内与连杆11同轴固定，连杆11的下部连接曲轴13，在曲轴箱12外设置有飞轮14，飞轮14在曲轴箱12外与曲轴13相连。
[0035]如图2所示，一种内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，包括如下步骤：
[0036]步骤1，预定义发动机与直线电机输出的目标参数；
[0037]对上述图1所示的内燃约束直线发电系统的目标参数进行定义，由于内燃约束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，包括内燃约束直线发电系统，内燃约束直线发电系统包括发动机和直线电机，直线电机设置在发动机的气缸与曲轴箱(12)之间，发动机的活塞(5)与动子导杆(9)固定连接，并进入曲轴箱(12)内与曲轴(13)相连，其特征在于：在曲轴箱(12)外设置有飞轮(14)，飞轮(14)与曲轴(13)相连，包括如下步骤：步骤1，预定义发动机与直线电机输出的目标参数；步骤2，确定热能和机械能之间的转化功率和效率，机械能和电能之间的转化功率和效率，将内燃约束直线发电系统解耦为多个子系统，确定各个子系统总的输入参数、总的输出参数；步骤3，确定单个稳定循环周期内，每个冲程的能量来源，确定发动机和直线电机的能量占比和效率分布；步骤4，根据系统解耦设计过程中确定的能量和效率需求，对各个子系统进行结构设计。2.根据权利要求1所述的内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，其特征在于：所述的步骤2包括如下步骤：步骤2
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1，根据步骤1中定义的目标参数，将内燃约束直线发电系统活塞(5)处输出的机械能在曲轴(13)处以及直线电机处进行分配；步骤2
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2，根据步骤1中定义的目标参数，计算得到各子系统总的能量占比与各能量形式之间的转化效率；步骤2
‑
3，根据计算得到内燃约束直线发电系统各子系统总的能量占比，确定各子系统总的输入能量、总的输出能量。3.根据权利要求1所述的内燃约束直线发电系统的解耦设计方法，其特征在于：所述的步骤3包括如下步骤：步骤3
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1，根据内燃约束直线发电系统的能量输出情况，单独计算直线电机在各个冲程中的能量输出情况；步骤3
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2，根据内燃约束直线发电系统中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨彬彬，梁悦，张志发，张铁柱，赵博，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：