一种可适应多种极端环境的自由活塞内燃发电机系统

本发明涉及数据处理，特别是指一种可适应多种极端环境的自由活塞内燃发电机系统以及控制方法。

背景技术：

1、自由活塞内燃发电机包括自由活塞发动机和直线电机，自由活塞发动机的活塞与直线电机动子通过连杆直接耦合，去除了曲柄连杆机构。自由活塞内燃发电机通过活塞的直线往复运动直接输出电能，具有结构简单、能量传递链短、能量转换效率高和压缩比柔性可调等优势。由于其直接输出电能，因此可用于新能源汽车增程器、孤岛发电、舰船发电等，具有广阔的应用前景。

2、但正是由于其取消了曲柄连杆机构，在连续运动过程中，活塞动子组件的运动特性完全取决于其所受作用力，因此具有独特的工作原理和运行特点。与传统发动机相比，自由活塞发动机对外部环境和工作条件的适应性较差，容易受不利工况的影响而导致运行失稳。如高温、高原和高寒地区环境条件下自由活塞发电机冷却、换气和启动的技术问题。在高温地区，自由活塞发电机的冷却系统可能面临着过热的风险，导致发动机性能下降甚至损坏。在高原地区，空气稀薄导致进气量减少，影响了燃烧效率和动力输出。在高寒地区，极端低温会导致发动机难以启动。这些问题不仅影响着内燃机的性能和可靠性，还直接关系到自由活塞发电机在这些地区的可用性和效率。为解决上述问题，需设计一种可适应多种极端环境的自由活塞内燃发电机系统和方法。以推动自由活塞内燃发电机在特殊环境下的应用和发展。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的对外部环境和工作条件的适应性较差，容易受不利工况的影响而导致运行失稳，影响着内燃机的性能和可靠性，影响在极端环境地区的可用性和效率的技术问题，本发明提供了一种可适应多种极端环境的自由活塞内燃发电机系统。

2、本发明实施例提供的技术方案如下：

3、第一方面：

4、本发明实施例提供的一种可适应多种极端环境的自由活塞内燃发电机系统，包括：自由活塞发动机、直线电机、频率识别装置、状态识别装置和控制系统；

5、所述自由活塞发动机的活塞与所述直线电机的直线电机动子通过可变行程连杆组件相连接；

6、所述自由活塞发动机的套筒与可变行程连杆组件之间设置有频率识别装置，所述频率识别装置通过信号引线与控制系统相连，所述频率识别装置用于确定所述直线电机动子的当前运行频率；

7、所述状态识别装置通过信号引线与控制系统相连，所述状态识别装置用于确定当前所处的环境状态；

8、所述控制系统用于根据当前所处的环境状态，调节所述可变行程连杆组件的连杆长度，调节发动机运行行程，调节运行频率。

9、第二方面：

10、本发明实施例提供的一种控制方法，应用于第一方面中的可适应多种极端环境的自由活塞内燃发电机系统，控制方法包括：

11、通过所述状态识别装置检测气缸壁温度，确定自由活塞内燃发电机当前冷却情况，当温度过高时，通过所述控制系统控制可变行程连杆组件增长连杆长度，提升发动机运行行程，降低运行频率，增加每个循环的时间，提供更多时间进行散热；

12、通过所述状态识别装置检测进气量是否达标，确定自由活塞内燃发电机当前进气情况，当进气量较低时，通过所述控制系统控制可变行程连杆组件增长连杆长度，提升发动机运行行程，降低运行频率，增加每个循环的换气时间，从而增加每个循环的缸内进气量；

13、通过所述状态识别装置检测排气温度，确定自由活塞内燃发电机当前冷机启动情况，当排气温度较低时，通过所述控制系统控制可变行程连杆组件缩短连杆长度，减少发动机运行行程，增加运行频率，快速积累热量实现自由活塞内燃发电机的稳定启动。

14、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

15、在本发明中，通过控制系统控制可变行程连杆的长度进行伸长或者缩短，以改变发动机运行行程，调整运行频率，解决自由活塞内燃发电机高温、高原和高寒地区环境条件下自由活塞发电机冷却、换气和启动等问题，提升了自由活塞内燃发电机对外部环境和工作条件的适应性，通过对发动机运行行程和频率实时调节，能够提高发电机的使用寿命、燃烧效率和启动性能，从而更好地适应各种恶劣环境条件下的应用需求，推动了自由活塞内燃发电机在极端环境地区的应用和发展。

技术特征：

1.一种可适应多种极端环境的自由活塞内燃发电机系统，其特征在于，包括：自由活塞发动机、直线电机、频率识别装置、状态识别装置和控制系统；

2.根据权利要求1所述的自由活塞内燃发电机系统，其特征在于，所述可变行程连杆组件包括：连杆、连杆活塞、连杆套筒、连杆导轨、螺柱和伺服电机；

3.根据权利要求1所述的自由活塞内燃发电机系统，其特征在于，所述频率识别装置包括：永磁体和磁性开关组件；

4.根据权利要求3所述的自由活塞内燃发电机系统，其特征在于，所述频率识别装置的频率测量方式具体为：

5.根据权利要求1所述的自由活塞内燃发电机系统，其特征在于，所述状态识别装置包括：缸壁温度传感器、排气温度传感器和空燃比分析仪；

6.如权利要求1所述的自由活塞内燃发电机系统，其特征在于，所述控制系统：包括上位机、控制单元ecu、电机控制器、缸内压力传感器；所述上位机与控制单元ecu信号连接；

7.一种控制方法，应用于如权利要求1至6中任一项所述的可适应多种极端环境的自由活塞内燃发电机系统，其特征在于，控制方法包括：

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述气缸壁温度通过所述状态识别装置中的缸壁温度传感器测得。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述进气量通过所述状态识别装置中的空燃比分析仪测得。

10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述排气温度通过所述状态识别装置中的排气温度传感器测得。

技术总结本发明提供一种可适应多种极端环境的自由活塞内燃发电机系统以及控制方法，涉及内燃发电机技术领域，自由活塞内燃发电机系统包括：自由活塞发动机、直线电机、频率识别装置、状态识别装置和控制系统；自由活塞发动机的活塞与直线电机的直线电机动子通过可变行程连杆组件相连接；自由活塞发动机的套筒与可变行程连杆组件之间设置有频率识别装置，频率识别装置通过信号引线与控制系统相连，频率识别装置用于确定直线电机动子的当前运行频率；状态识别装置通过信号引线与控制系统相连，状态识别装置用于确定当前所处的环境状态；控制系统用于根据当前所处的环境状态，调节可变行程连杆组件的连杆长度，调节发动机运行行程，调节运行频率。技术研发人员：贾博儒,许磊,张志远,刘唱,魏一迪,王嘉宇,马煜国受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18