[发明专利]一种二冲程自由活塞发电系统及其发电方法

权利要求书

1.一种二冲程自由活塞发电系统的发电方法，其特征在于，所述二冲程自由活塞发电系统包括燃烧系统、电机系统、回复装置(11)以及电子控制单元(1)，所述燃烧系统包括点火装置(4)、发动机缸头(5)、自由活塞(6)、进气口(7)、扫气室(8)、排气口(13)、燃料喷射装置(15)和燃烧室(14)，所述燃料喷射装置(15)和点火装置(4)位于所述发动机缸头(5)的上部，所述自由活塞(6)位于发动机缸头(5)内部，发动机缸头(5)内位于所述自由活塞(6)上方的空间为燃烧室(14)，发动机缸头(5)内位于所述自由活塞(6)下方的空间为扫气室(8)，进气口(7)和排气口(13)分别设置于发动机缸头(5)的侧壁上，

所述电机系统包括线圈(9)、电机动子(10)和永磁体(12)，其中电机动子(10)内的线圈(9)为螺线管排列，电机动子(10)与所述自由活塞(6)固定连接构成活塞运动组件，永磁体(12)位于电机动子(10)外且位于线圈(9)的内侧，在活塞运动组件上设置有活塞运动位置的检测元件，

所述回复装置(11)设置于自由活塞(6)的下部；

所述发电系统还包括功率变换器(2)和储能装置(3)，所述电子控制单元(1)通过导线分别与燃料喷射装置(15)、点火装置(4)以及功率变换器(2)相连，功率变换器(2)和储能装置(3)相连接；

所述燃烧室(14)内设置有压力传感器，所述自由活塞(6)上设置有位移传感器，所述压力传感器与位移传感器分别与电子控制单元(1)连接；

所述线圈(9)分别与电子控制单元(1)和功率变换器(2)连接；

所述发电方法包括以下步骤：

步骤一：在系统启动时，电子控制单元(1)通过控制功率变换器(2)的工作状态使电机系统工作于电动模式，由储能装置(3)向电机系统提供电能，通过控制电流的大小和方向，电机动子(10)带着自由活塞(6)向下运动，新鲜空气逐渐由进气口(7)进入缸内，同时下方的回复装置(11)被压缩，将电能储存为弹性势能；

步骤二：启动冲程完成后，系统进入二冲程工作循环，二冲程工作循环包括压缩冲程和膨胀冲程，当压缩冲程开始时，在回复装置(11)的作用下，自由活塞(6)向上运动，电机动子(10)切割磁感线发电，电能通过功率变换器(2)存入储能装置(3)中，活塞运动组件上行的同时逐渐关闭排气口(13)，对缸内的混合气进行压缩，在接近压缩冲程末时，燃料喷射装置(15)向缸内喷射燃料，点火装置(4)于压缩冲程末点燃混合气，在压缩过程中，电子控制单元(1)根据缸内压力信号和活塞运动组件的位移信号判断缸内混合气的燃烧状态，当缸内混合气正常燃烧时，电机系统在膨胀冲程将工作于发电模式，将燃烧产生的能量转化为电能储存，当检测到缸内混合器燃烧不充分或出现失火时，电机系统在膨胀冲程将工作于电动模式；

步骤三：当电机系统在膨胀冲程工作于电动模式时，点火装置(4)于压缩冲程末对缸内混合气进行点燃，缸内混合气燃烧不充分或是未被点着，电子控制单元(1)根据压力传感器信号判断缸内燃烧工况后，通过功率传感器(2)向电机系统提供电能，使电机系统工作于电动模式，带动活塞运动组件向下运动，此过程逐渐打开排气口(13)和进气口(7)，完成缸内换气，同时向下压缩回复装置(11)，当自由活塞(6)到达下换向点时，膨胀冲程结束，随后回复装置(11)推动活塞运动组件上行发电，进入压缩冲程；

当电机系统在膨胀冲程工作于发电模式时，点火装置(4)于压缩冲程末对缸内混合气进行点燃，混合气被点燃，释放的能量推动活塞运动组件下行，电机动子(10)切割磁感线发电，电子控制单元(1)通过控制功率变换器(2)使电机系统工作于发电模式，所发电能通过功率变换器(2)存入储能装置(3)中，活塞运动组件下行过程逐渐打开排气口(13)和进气口(7)，完成缸内换气，同时向下压缩回复装置(11)，当自由活塞(6)到达下换向点时，膨胀冲程结束，随后回复装置(11)推动活塞运动组件上行发电，进入压缩冲程。

2.根据权利要求1所述的二冲程自由活塞发电系统的发电方法，其特征在于，所述回复装置(11)是机械弹簧或气体弹簧或液压回复装置。

3.根据权利要求1所述的二冲程自由活塞发电系统的发电方法，其特征在于，所述储能装置(3)是蓄电池或者超级电容器或者二者的组合。