通用自由活塞式線性發電機工作原理分析

通用汽車全球技術運營有限責任公司和密歇根大學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電機（FPLA）被授予專利。

該動力總成系統包括電能儲存系統（類似鋰電池組）以及一個牽引電機。混合動力系統中采用一個多個往復自由活塞線性發電機給電池組及牽引電機提供動力。

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相連。控制模塊根據駕駛者的需要和儲電設備的儲電量來控制汽車的電能和機械能的輸出。往復式自由活塞內燃機根據控制模塊的指令產生電能。每個FPLA單元由一個氣缸和一個兩端往復式活塞組成，看圖可知當活塞在氣缸內做往復運動時，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電機，包括電線圈和金屬線繞組。活塞在氣缸做往復運動時，永磁體與線圈繞組間產生感應磁場，而活塞作為導體則在切割磁感線，根據法拉第電磁感應定律，將會產生感應電動勢。

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或氣態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單元無論在發動機起動或關閉狀態都進行工作。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，發動機的燃燒效率將達到最大，此時的輸出功率也將達到最大。這個功率被稱為最大輸出功率。

利用FPLA單元在發動機動力輸出方面就更具靈活性。在該專利描述的一個實例中，系統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，能夠根據發動機狀態循序漸進的提高發動機功率。第二個模式中，FPLA單元能夠通過對活塞沖程、大小、重量的改變達到不同的額定功率。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、40千瓦的功率運作，這樣總功率就達到了100千瓦。