通用自由活塞式線性發(fā)電機(jī)工作原理分析

通用汽車全球技術(shù)運(yùn)營有限責(zé)任公司和密歇根大學(xué)就插電式混合動力車和增程電動車中的自由活塞式線性發(fā)電機(jī)（FPLA）被授予專利。

該動力總成系統(tǒng)包括電能儲存系統(tǒng)（類似鋰電池組）以及一個牽引電機(jī)?；旌?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/動力系統(tǒng)">動力系統(tǒng)中采用一個多個往復(fù)自由活塞線性發(fā)電機(jī)給電池組及牽引電機(jī)提供動力。

FPLA單元與一個電控模塊相連，再依次與電能儲蓄裝置和電動機(jī)相連?？刂颇K根據(jù)駕駛者的需要和儲電設(shè)備的儲電量來控制汽車的電能和機(jī)械能的輸出。往復(fù)式自由活塞內(nèi)燃機(jī)根據(jù)控制模塊的指令產(chǎn)生電能。每個FPLA單元由一個氣缸和一個兩端往復(fù)式活塞組成，看圖可知當(dāng)活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動時，它將氣缸分割為兩個體積可變的燃燒室。每個汽缸中都配備一個線性交流發(fā)電機(jī)，包括電線圈和金屬線繞組。活塞在氣缸做往復(fù)運(yùn)動時，永磁體與線圈繞組間產(chǎn)生感應(yīng)磁場，而活塞作為導(dǎo)體則在切割磁感線，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，將會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

適用的燃料包括汽油混合燃料，乙醇混合烴類燃料等。乙醇混合烴類燃料中包括乙醇含量較高的（E80，E85）以及高純度乙醇燃料（E99）。可代替燃料包括液態(tài)或氣態(tài)的燃料比如高純度甲醇（M100）、天然氣、氫氣、沼氣、合成氣體等。

每個FPLA單元無論在發(fā)動機(jī)起動或關(guān)閉狀態(tài)都進(jìn)行工作。在多個汽缸中，至少有一對活塞的速度與在氣缸中的位置是一致的，并且由于活塞將氣缸分為兩個體積不同的燃燒室，則在活塞簡諧振動的某一個位置上，發(fā)動機(jī)的燃燒效率將達(dá)到最大，此時的輸出功率也將達(dá)到最大。這個功率被稱為最大輸出功率。

利用FPLA單元在發(fā)動機(jī)動力輸出方面就更具靈活性。在該專利描述的一個實(shí)例中，系統(tǒng)有兩種工作模式第一種：每個FPLA單元共振速度相同，每缸的輸出功率都不同。第二種：輸出功率可選10千瓦、20千瓦、30千瓦，選定一種功率后再以簡諧振動方式輸出功率。這種情況下每缸的輸出功率相同。

在第一個工作模式中，每個FPLA單元具有不同的輸出功率，能夠根據(jù)發(fā)動機(jī)狀態(tài)循序漸進(jìn)的提高發(fā)動機(jī)功率。第二個模式中，F(xiàn)PLA單元能夠通過對活塞沖程、大小、重量的改變達(dá)到不同的額定功率。因此，在這種模式下，四個FPLA單元可以分別以10千瓦、20千瓦、30千瓦、40千瓦的功率運(yùn)作，這樣總功率就達(dá)到了100千瓦。