NO311189B1 - Line¶r, elektrisk energigenerator - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår området for autogene, elektriske energigeneratorer, og mer spesielt generatorer i hvilke den mekaniske energi som leveres ved hjelp av den vekslende bevegelse av stempler i en forbrenningsmotor uten veivaksel, omformes til en elektrisk strøm på grunn av vekselvirkningen mellom permanentmagneter, som er integrert med de nevnte stempler når de beveger seg, og faste viklinger som, når de er i bevegelse, innføres syklisk i det magnetfelt som er knyttet til magnetene.

Denne type generator er åpenbart egnet for produksjon av elektrisk strøm som da kan benyttes enten direkte, for eksempel for belysning eller oppvarming, så vel som indirekte for å forsyne elektriske motorer som kan benyttes for forskjellige typer av bevegelse på land eller til vanns eller i luften, eller for andre anvendelser.

Uansett hvilken generator som benyttes, hvordan generatoren enn benyttes, må den sørge for god oppførsel uttrykt ved ytelse og regulering, med minimal omgivelses- og støy forurensning.

Allerede kjente eksempler på denne type generator har betydelige begrensninger med hensyn til de ovennevnte krav. Et vesentlig eksempel er gitt ved den generator som er dekket av GB-patentsøknad 2 219 671 A. Også med denne generator oppnås produksjonen av elektrisk energi ved hjelp av den vekslende bevegelse av magneter i forhold til faste viklinger, hvor magnetene, når de beveger seg, er integrert med stemplene i en forbrenningsmotor uten veivaksel, men når det gjelder arrangement av deler, og konstruksjonen av disse, er den vesentlig forskjellig fra den som er beskrevet nedenfor: Magnetene oscillerer under bevegelse i forhold til et fast punkt som ligger i hovedsaken på det midtre tverrsnittsplan for det system som omfatter viklingene, og dessuten kan de faste viklinger også benyttes alternativt til å produsere elektrisk energi som kan benyttes utenfor generatoren, eller til å forbruke elektrisk energi for å støte ut de nevnte magneter for å muliggjøre stempelets retur-kompresjonsbevegelse. Det er derfor klart at anordningens dimensjoner, i samsvar med den energi som leveres, er mye større enn hva som er nødvendig for en generator ifølge den foreliggende oppfinnelse, ved hvilken - slik det vil innses nedenfor - elektrisk energi produseres både når magnetene går inn i viklingene og når disse returnerer i den motsatte retning, og ved hvilken oppstarting og regulering av systemet kan utføres ganske enkelt ved å modifisere mengden av brennstoff pr. syklus.

Generell regulering av anordningen ifølge GB-patentet, både i forbrenningsdelen og den elektromagnetiske del, er imidlertid ytterst komplisert og kostbar å utføre, da trykket og mengden av luft som tilføres, brennstofifnengde, og karakteristiske verdier som er korrelert til den strøm som sirkulerer i vindingene (impedans, motstand, retning etc), må kontrolleres elektronisk, syklus for syklus.

Regulering av for eksempel den luftmengde som slippes inn, som når det dreier seg om bensinforbrenning, må kalibreres tilnærmet ved hjelp av støkiometrisk måling for både to-takts- og fire-takts-maskiner, må utføres uavhengig av de ovennevnte elektriske verdier, idet man påvirker innstrømningen av bensin og lumnnstrømnings-stengeventilene. De aktuelle elektriske verdier må deretter på sin side justeres syklus for syklus, i overensstemmelse med virkningene av den nettopp beskrevne, innledende justering. Dette betyr at et passende datamaskinanlegg må være tilgjengelig for å lagre og interpolere et stort volum av data, hvilket gjør utrustningen både kostbar og følsom.

Mengdene av elektrisk energi og den spenning som genereres i de forskjellige sykluser, hvilke i virkeligheten i stor grad avhenger av magnetoscillasjonsfrekvensen, er ikke direkte eller automatisk proporsjonale med den mengde mekanisk energi som produseres av motoren etter hvert som kompresjons-slaget endrer seg. Dette betyr generelt benyttelse av et ganske stort batteri av akkumulatorer som er innskutt mellom forbrenningsdelen - som opplader akkumulatorene - og de elektriske motorer som da mates av akkumulatorbatteriene.

Den funksjonelle utforming av forbrenningsmotoren, bortsett fra fraværet av en veivaksel, er i hovedsaken konvensjonell av type, og formålet er følgelig å oppnå god totalvirkningsgrad ved å maksimere energien pr. syklus for å oppnå de høye temperaturer og trykk som er nødvendige.

Selv om dette er forståelig ut fra synspunktet med energi alene, er det ikke slik med hensyn til forurensning, ved at det er så godt som umulig å hindre dannelse av giftige forbindelser, så som dinitrogenoksid og karbonmonoksid, når systemet arbeider som angitt på en i hovedsaken støkiometrisk blanding ved høye temperaturer inne i sylinderen.

Et annet liknende eksempel på en lineær generator består av en Jarrett-motor ved hvilken, selv om styring av "returen" av stempelet under kompresjon ved hjelp av elektrisk strøm frembyr et mindre problem, man har alle de andre forannevnte ulemper pluss det faktum at man, for ikke ytterligere å øke tap som allerede er høye, slipper frisk luft for syklusen inn i sylinderen ved hjelp av akustisk resonans, hvilket bare kan oppnås innenfor et begrenset syklusfrekvensområde, og også medfører at denne type motor i realiteten startes elektrisk og deretter benyttes med et stort, fast, meget høyt kompresjonsforhold av størrelsesorden 26:1. Dette betyr at motoren egentlig bare er brukbar for anvendelse med nafta som brennstoff og for drift med meget høye, faste hastigheter, med behov for å spre noe av varmen ved avkjøling, og problemer med partikkelformede stoffer, etc.

Oppfinneren av den foreliggende oppfinnelse kom til den konklusjon at det for samtidig å løse problemene med produktforurensning, konstruksjonskomplikasjoner, behovet for benyttelse av mellomliggende akkumulatorbatterier, den dårlige reguleringsevne og lave virkningsgrad, var nødvendig med en generator ved hvilken den elektromagnetiske del og forbrenningsdelen sammen ville danne en funksjonell enhet, åpenbart fullstendig integrert i seg selv, slik at bevegelse med variable stempelslag ville resultere i at mengden av mekanisk energi som produseres av forbrenningsdelen, svarer nøyaktig til den energimengde som absorberes av den elektromagnetiske del for å produsere elektrisk strøm, for hvilket som helst slag, som følge av loven om termodynamikk, forbrenning av gasser og elektromagnetisme.

Basert på dette konsept, ved å benytte ett eller flere forforbrennings- eller forkamre i tillegg til de egentlige sylindere, ble det oppnådd en ultraenkel enhet som kunne styres elektronisk, primært ved å styre bare den brennstoffmengde som slippes inn i én syklus, og kompresjons-sluttstillingen av stempelet eller stemplene. Slik det skal beskrives nærmere nedenfor, ble alt dette oppnådd ved meget lave maksimale, midlere og minimale temperaturer av de benyttede termodynamiske sykluser (omtrent halvparten av de vanlige verdier for en forbrenningsmotor), og følgelig med så godt som null forurensning, og med meget høy total-virkningsgrad av forbrenningsdelen ved alle driftshasitgheter.

Basert på ovenstående tenkte oppfinneren ut gjenstanden for den foreliggende søknad, som i virkeligheten angår en autogen, elektrisk energigenerator ved hvilken energigenerering oppnås ved hjelp av en sammenkopling mellom et elektromagnetisk system omfattende faste viklinger og én eller flere permanentmagneter som beveger seg som et hele ved den vekslende bevegelse av ett eller flere stempler i en totakts forbrenningsmotor som kan kjøres med variable kompresjonsslag, idet hvert stempel fullfører ett ekspansjonsslag på grunn av forbrenning og ekspansjon i sylinderen, og ett kompresjonsslag på grunn av virkningen av en anordning for retur av mekanisk energi, idet forbrenningsmotorens sylindere som er koplet til stemplene, har minst ett forkammer med en bunn som er åpen mot sylindrene, og i hvilket i det minste en del av volumet av luft som er inneholdt i forkammeret, under hvilken som helst av motorens driftstilstander blander seg med en i det minste støkiometrisk mengde brennstoff, hvor generatoren er kjennetegnet ved de trekk som er angitt i den karakteriserende del av det etterfølgende krav 1.

De ovenfor omtalte fordeler vil bh åpenbare i den nærmere beskrivelse av utførelseseksempler som er gitt i det følgende under henvisning til tegningene, der

fig. 1 viser et skjematisk lengdesnitt av et konstruksjonseksempel på en totakts enkeltsylinder-generator ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et skjematisk lengdesnitt av en annen konstruksjonsform med to stempler som vender mot hverandre, og et eneste felles forbrenningskammer,

fig. 3 viser et skjematisk grunnriss av en generator ifølge oppfinnelsen som er utstyrt med fire stempler som er parvis integrert med to forbrenningskamre,

fig. 4 viser et lengdesnitt av en føringskonstruksjonsutforming av magnetene og de faste viklinger,

fig. 5 viser et diagram av bensmforbrenningshastighet som funksjon av blandingens vektforhold mellom luft og bensin,

fig. 6 viser et lengdesnitt av et konstruksjonseksempel med en eneste sylinder som er utstyrt med hjelpestempler for spyling,

fig. 7 viser en kurve av den totale virkningsgrad for forbrenningsmotoren i en generator ifølge oppfinnelsen,

fig. 8 viser kurven for dens spesifikke forbruk, og

fig. 9 viser en type forkammer med kjeglestumpform og med to injektordyser.

Fig. 1 viser en generator i hvilken magnetene 3 og de faste viklinger 2 er anbrakt slik at det skjer en reduksjon i deres sammenkopling etter hvert som stempelets 4 ekspansjonsslag utvikler seg, men en økning etter hvert som stempelets 4 kompresjonsslag utvikler seg. Andre konstruksjoner er imidlertid mulige i hvilke delene er montert slik at det motsatte inntreffer, dvs. i hvilke sammenkoplingen mellom magnetene 3 og viklingene 2 øker etter hvert som ekspansjonsslaget utvikler seg, og omvendt.

Generatoren består av en sylinder 5 i hvilken det løper et stempel 4 (fig. 1), hvor to identiske systemer av magneter 3 som er anordnet symmetrisk i forhold til sylinderaksen, er integrert med stempelet med hjelp av en gaffel 4'. Disse magneter 3 blir i sykluser av kompresjons- og ekspansjonsslagene som utføres av stempelet 4, innført i to systemer av faste viklinger 2, som likeledes er identiske og symmetriske, idet den nevnte innføring varierer i grad, avhengig av lengden av det nevnte slag. Etter hvert som kompresjonsslaget utvikler seg, øker sammenkoplingen mellom magnetene 3 og de tilhørende viklinger 2, slik som angitt, og omvendt avtar sammenkoplingen i samsvar med utviklingen av ekspansjonsslaget.

Bevegelse av stempelet 4 forårsakes i den ene retning ved ekspansjon av de komprimerte gasser kombinert med virkningen av bremistoff-forbrenning, og i den andre retning ved virkningen av et system som er konstruert for å returnere den mekaniske energi, for eksempel én eller flere torsjonsfjærer eller et annet system, herunder elektromagnetiske systemer av kjent type som benytter elektrisk energi til å returnere mekanisk energi til stempelet, sammen med eksempelet på den type generator som allerede er kjent og omtalt ovenfor, selv om det sistnevnte system er mer komplisert og kostbart. Brennstoffet slippes inn eller tilføres via en injektordyse 14, idet det er forstøvet slik at det metter, tilnærmet støkiometrisk, i det minste en del av det volum av luft som er inneholdt i et forkammer 10 som er i hovedsaken konisk av form, med en bunn 10' som er åpen mot sylinderen 5.

Stempel/magnet-montasjen er understøttet av to systemer 15,16 med rallende (eller glidende) friksjon, som kan være festet til sylinderens 5 legeme og som setter den i stand til å utføre slag slik som beskrevet ovenfor, med minimale mekaniske tap.

Idet man betrakter fig. 1, hvor den aktuelle generator 1 med totaktsmotor er vist i den inaktive stilling, er det lett å beskrive dens virkemåte: For å starte opp, er alt som er nødvendig, å innsprøyte en forinnstilt mengde av passende forstøvet brennstoff inn i forkammeret 10 og - bare for oppstartingssyklusen - inn i sylinderen 5, og å frembringe en gnist mellom elektrodene 13 som er anbrakt nær bunnen 10' av konusen som danner forkammeret 10.

"Eksplosjonen" av luft/brermstofmlandingen skyter ut stempel/magnet-montasjen i retning mot de nevnte fjærer 7 slik at disse komprimeres, og disse fjærer ekspanderer deretter, på nytt for å returnere den samme mengde av "absorbert" kinetisk energi, slik at stempelet 4 fullfører et gitt retur-kompresjonsslag.

Utstrekningen av dette kompresjonsslag avhenger av den kinetiske energi som erverves av stempelet 4 etter den nevnte, innledende "eksplosjon", fra hvilken de energimengder som omformes til elektrisk energi i viklingene 2 i slag-banene i begge retninger, så vel som de forskjellige tap, fratrekkes.

Stempelets 4 resulterende, gjenværende kinetiske energi omformes deretter til et kompresjonsslag med bestemt lengde.

Ved slutten av denne kompresjonsprosess vil tettheten, og følgelig massen av den luft som er inneholdt i forkammeret 10, ha øket i en grad som svarer til den oppnådde kompresjonsverdi, og et kvantum bensin som er ekvivalent med eller noe større enn den tilsvarende sløkiometriske mengde, må deretter innsprøytes ved hjelp av injektordysen 14, og dette brennstoff vil bli antent med elektrodene 13. Dersom det elektromagnetiske system er utformet og konstruert i overensstemmelse med oppfinnelsen, dvs. slik at den mekaniske energi som absorberes av det elektromagnetiske system for å frembringe elektrisk energi ved stempelets 4 forover- og returslag, for dette kompresjonsslag og for den tilhørende stempelhastighetskurve, som av åpenbare fysiske grunner øker med kompresjonen, vil være nøyaktig lik den energi som genereres i forbrenningssyklusen (netto ytelse), vil stempelet 4 fullføre ett ekspansjonsslag pluss ett returkompresjonsslag, idet det stopper i nøyaktig samme punkt som før uten noen endring i kompresjonsforhold. Ved å innsprøyte det samme kvantum brennstoff i et ubegrenset antall sykluser oppnås derfor drift av generatoren under stabile forhold.

For å øke den elektriske energi som produseres i en syklus, er det bare et spørsmål om å øke den mengde brennstoff som innsprøytes i forkammeret 10, med et forutbestemt beløp.

Den økning i energi som produseres ved forbrenning, sammenliknet med den siste syklus under stabile forhold, oppdeles mellom en økning i den mengde elektrisk energi som produseres, og en økning i kompresjonsforholdet, hvilket etablerer seg på en ny verdi som igjen bare er avhengig av den nye posisjon som inntas av stempelet 4 ved slutten av kompresjonen, og den brennstoffrnengde som passer for den større masse av luft som er inneholdt i forkammeret 10, må da innsprøytes for å tilpasse seg til de nye forhold, og tilstanden vil forbli stabil under de nye forhold forutsatt at det igjen oppnås bekreftelse på hva som er beskrevet ovenfor, med andre ord at for dette nye kompresjonsslag og for den relative hastighetskurve for stempelet 4, er den energi som absorberes av det elektromagnetiske system (dvs. den mengde elektrisk energi som genereres i syklusen, dividert med den elektromagnetiske vkkningsgrad), nøyaktig den samme som den nye verdi av energi som leveres ved forbrenning under de nye forhold. Det samme gjelder åpenbart for retardasjon og en reduksjon i stempelslag, selv om mengden av bensin pr. syklus i dette tilfelle må reduseres stedet for å økes.

Oppfinneren anbefaler en økning av metningen av luft i forkammeret 10, under stabile forhold, med ca. 20 % sammenliknet med den nøyaktige støkiometriske verdi, dvs. et luft/bensin-vektforhold som er tilnærmet lik 12,2.

Under disse forhold kan rask akselerasjon og retardasjon av stempelet 4 oppnås ved å øke eller redusere mengden av brennstoff, som forklart, med opptil 14 % sammenliknet med den foregående syklus, idet blandingsforholdene inne i forkammeret 10 opprettholdes til enhver tid for å muliggjøre en forbrenningshastighet som ligger så nær det optimale som mulig (se fig. 5), med de tilhørende fordeler med syldusutforming og dens termodynamiske virkningsgrad. Dersom fete blandinger benyttes i forkammeret 10 når hastigheten varieres, vil virkningene på en generator ifølge oppfinnelsen bli vesentlig redusert med hensyn til forurensning: forbrenning forårsaker i virkeligheten en umiddelbar, meget hurtig ekspansjon med relativ opprettholdelse av temperaturen av blandingen som blander seg med det meget betydelige volum av luft som er inneholdt i sylinderen 5 som ligger på en forholdsvis lav temperatur under alle driftstilstander. Som en rettesnor oppnås det, i en eksperimentell prototyp med et maksimalt kompresjonsforhold på p = 8,5, for denne kompresjon i stasjonær tilstand, en maksimal syklustemperatur på ca. 756 °C (1029 °K) og en utløpstemperatur på ca. 164 °C (437 °K), med K = 10.

En ingeniør på dette område vil ikke ha noen vanskelighet med å forutsi en produksjon av giftige stoffer ved forbrenning (NOx, CO) på praktisk talt null under disse forhold.

De beskrevne forbrenningsprosesser, som er muliggjort ved benyttelse av forkamrene 10, muliggjør også at energien pr. syklus kan varieres, idet kompresjonsslaget holdes konstant, eller omvendt, uten noen annen justering, og - som angitt - uten noen negative virkninger, dersom den bruker som er tilkoplet til generatoren, ikke utgjør en fast belastning av ohmsk type, i hvilket tilfelle driftsregulering er begrenset til den som er beskrevet foran, men en belastning som kan variere i avhengighet av de spesielle karakteristiske lover, så som for eksempel elektriske motorer eller magnetiske metningsfenomener. I dette tilfelle kan den samme prosedyre følges, eller mengden av brennstoff pr. syklus ved kompresjon kan varieres idet slaget opprettholdes konstant, eller omvendt, for tilpasning til utvikling i belastningen ved tidspunkter da for eksempel det momentane kippmoment avviker raskt fra det drivende dreiemoment og belastningen varierer som konsekvens, og dermed påvirker den energimengde som skal produseres av generatoren i én syklus.

Det er opp til ingeniøren på området å definere de forskjellige karakteristiske driftskurver, de geometriske dimensjoner av motoren og deler av generatoren, og den type regulering som er knyttet til typen av belastning, så vel som den prosentuelle økning eller minskning i mengden av brennstoff pr. syklus som skal tilveiebringes i de forskjellige driftssituasjoner, med den fordel at den effektive spenning ved viklingsendene i en generator ifølge oppfinnelsen, innenfor dens bruksområde, øker langs liknende kurver på et nivå som er høyere enn det første, etter hvert som kompresjonsslaget øker. Dette gjelder også for mengden av energi pr. syklus i det enkleste tilfelle i hvilket belastningen er rent ohmsk. Den ovennevnte énfasestrøm som produseres av generatoren, kan åpenbart likerettes med dioder eller moduleres på andre måter ved benyttelse av en omformer, avhengig av brukerens krav, og således muliggjøre en direkte tilførsel til elektriske motorer i et kjøretøy uten behov for mellomliggende akkumulatorbatterier.

For å regulere drift av en forbrenningsmotor, er alt som er nødvendig når det dreier seg om en generator 1 ifølge oppfinnelsen, å registrere stillingen av enden av kompresjonsslaget for stempelet 4 og mate disse data inn i en sentral, elektronisk enhet (ikke vist) som regulerer den mengde brennstoff som tilføres i én syklus ved hjelp av injektordysen 14, avhengig nettopp av den stilling som oppnås av stempelet 4 i den foregående syklus, som angitt, og/eller av belastningen, idet denne økes eller reduseres etter behov, der hvor det er nødvendig, ved hjelp av en gitt øknings- eller reduksjonskommando, for eksempel ved å variere den vinkelmessige eller lineære stilling av en gasspedal eller en annen komponent som utfører en liknende funksjon.

Det skal bemerkes at for en motor med en kapasitet på ca. 35 HK som er konstruert med de nevnte parametere og med en variasjon i mengden av brennstoff pr. syklus som er ekvivalent med de forannevnte 14 %, oppnås en overgang fra minimale til maksimale effektytelsestilstander på mindre enn 2 sekunder.

Dersom imidlertid brennstoffitlførselen avstenges fullstendig, stanser stemplene, etter et meget kort rest-"treghets"-slag, i den stilling i hvilken kompresjonsmotstanden for gass som er inneholdt i sylinderen 5, er ekvivalent med og motsatt av den resulterende tiltrekningskraft mellom de bevegende magneter 3 og de andre magnetiserte deler, eller også de som er bare ferromagnetiske, som er koplet til det faste viklingssystem 2.

De sistnevnte deler er ikke vist på tegningene, da de kan variere betydelig i form og arrangement avhengig av ønskene til konstruktøren som, som fagmann på området, ikke vil ha noen vanskelighet med å bestemme dimensjonene eller posisjonene av disse.

Det er nyttig å gjenta at for å sikre korrekt drift av generatoren, må åpenbart forholdet mellom de mengder av mekanisk energi som absorberes av generatoren (som er ekvivalente med de mengder av elektrisk energi som genereres, dividert med de respektive, elektromagnetiske virkningsgradsforhold) for drift med to forskjellige kompresjonsslag i en forbrenningsmotor, være i hovedsaken det samme som forholdet mellom de to tilsvarende kompresjonsforhold multiplisert med forholdet mellom de to totale ytelser av selve motoren i relasjon til disse kompresjonsforhold.

For å ta et talleksempel:

La oss anta at det for to forskjellige slag av et stempel (og følgelig de tilhørende magneter) oppnås to kompresjonsforhold som er ekvivalente med 8,5 (:1) og 3,6 (:1), og at de totale vkkningsgradsverdier for forbrenningsmotoren er henholdsvis 0,46 og 0,30 for disse kompresjonsforhold.

For å oppnå de på forhånd oppstilte formål, må magnetene og viklingene dimensjoneres også i overensstemmelse med typen av belastning, hvis elektriske verdier kan kontrolleres, slik at forholdet mellom mengdene av energi som forbrukes av den elektromagnetiske del av generatoren i de to forskjellige relative sykluser, dvs. under ett kompresjonsslag og ett ekspansjonsslag av stempelet svarende til de nevnte kompresjonsforhold, er ekvivalent med 8,5/3,6 x 0,46/0,30 = 3,6.

Den mekaniske energi som forbrukes av magnetene i én bevegelsessyklus svarende til kompresjonsforholdet på 8,5, må med andre ord være 3,6 ganger større enn den som forbrukes i en syklus svarende til kompresjonsforholdet på 3,6. Dette betyr at de to forskjellige mengder av brennstoff som kan blandes tilnærmet støkiometrisk med to forskjellige massemengder av luft som er inneholdt i forkammeret i forhold til de nevnte kompresjonsforhold, vil tilføre nøyaktig den riktige mengde energi, netto av ytelse, for å bevege magnetene etter hvert som elektrisk energi genereres.

Dersom belastningen mellom viklingene er rent ohmsk, kan dette også oppnås utelukkende ved fysisk å dimensjonere og forme magnetene og viklingene, slik som nedenfor beskrevet, slik at dette faktum inntreffer automatisk for hvilket som helst kompresjonsslag. For øvrig kan mengden av brennstoff pr. syklus og/eller de elektriske verdier som angår belastningen, varieres, slik som forklart foran. Den interne virkningsgrad til den egentlige funksjonsdel av generatoren bestemmer da den mengde elektrisk energi som virkelig genereres ved de forskjellige kompresjonsslag av forbrenningsmotoren.

Det ovenfor angitte kan oppnås fysisk, for eksempel ved å øke antallet av spoler i viklingene 2, enten på lineær måte eller ved å følge andre passende kurver i retningen for inntrengning av magnetene 3 i disse (se pil på fig. 4), idet formen på magnetene 3 utformes tilsvarende og/eller de elektriske verdier angående belastningen varieres. Andre systemer er imidlertid tilgjengelige for en fagmann på området, deriblant anvendelse av flere magneter som har i hovedsaken parallellepipedisk form, og faste viklinger (fig. 4) som er anordnet og dimensjonert slik at den elektriske energi som genereres i én syklus i deres relative bevegelse for forskjellige slag (som er integralet J Vi dt i løpet av syklustiden), følger en kurve som kan likerettes i form ved å la den passe sammen med kurven for energi som genereres i én syklus av forbrenningsmotoren (netto av ytelse) ved å variere for eksempel tykkelsen av magnetene, deres bredde eller luftgapet (T på fig. 4) i bevegelsesretningen. Disse variasjoner trenger ikke nødvendigvis å realiseres: Konstruktøren kan også bestemme seg for å benytte magneter som har parallellepipedisk form, idet han varierer den del av volumet av luft som blandes i forkammeret, og/eller den mengde brennstoff som benyttes til å mette denne, slik at den mengde energi som genereres av motoren ved hvilken som helst hastighet, er den samme som den som benyttes av generatoren for å produsere elektrisk energi. Dette er særlig lettvint dersom belastningen tas som rent ohmsk og med konstant verdi (fig. 4).

Den type forbrenning som er oppnåelig med et forkammer 10 som arbeider slik som beskrevet, eller fortrinnsvis to forkamre 110 som er plassert diametralt overfor og vender mot hverandre (se fig. 9), er mer lik den som oppnås med en brenner, i stedet for den konvensjonelle forbrenning ved en forbrenningsmotor, og gir som angitt meget lave temperaturer inne i sylinderen, noe som sammen med rikeligheten av oksygen for fullførelse av forbrenningen, i høy grad garanterer frihet fra giftige produkter, så som CO, HC og NOx.

De forkamre som er vist på fig. 1, 2 og 6, har konisk form med bare én injektor- eller innsprøytingsdyse 14 anordnet ved toppunktet, men det kan iblant være nyttig å benytte forkamre som er f.eks. sub- eller halvsylindriske eller har avkortet kjegleform, med en innsprøytingsdyse 111 innstilt i en forutbestemt stilling normalt på forkammerets akse (fig. 9). Dersom sylinderen 9 ved hjelp av passende kanaler 112 er forbundet med den lukkede bunn 113 som ligger motsatt av den som vender mot sylinderen 9, er det mulig å mette i den nødvendige grad bare en del av det totale volum av luft som er inneholdt i forkammeret. En andre innsprøytingsdyse 114 som er montert til den lukkede bunn 113, kan benyttes bare for den innledende startsyklus. Med dette sistnevnte arrangement og forkamrene vendende mot hverandre, er det mulig å fullstendig eliminere eventuell resterende HC som følge av den meget høye turbulens som frembringes ved kollisjon av de to volumer av blanding under deres ekspansjon og forbrenning. Andre arrangementer med én eller flere innsprøytingsdyser er også mulige.

Den prosess som er beskrevet så langt, angår tilfeller i hvilke forbrenningsmotoren forsynes med brennstoffer med lave antennelsestemperaturer, så som bensin, alkoholer eller gassformede brennstoffer, men diesel eller liknende brennstoffer kan også benyttes. For dette tilfelle forsynes to innsprøytingsdyser i et eneste forbrenningskammer (som på fig. 9) med f.eks. den første innsprøytingsbensin, med riktig tidsinnstilling, bare i den kortvarige maskinoppstartingsperiode inntil det oppnås et riktig kompresjonsforhold for selvantennelse av dieselen som deretter innsprøytes av den andre dyse. Denne løsning kan anbefales når det dreier seg om høykapasitets, statiske generatorer ved hvilke den maksimale ytelse kan dominere i viktighet med hensyn til problemet med partikkelformet emisjon (som i virkeligheten kan begrenses ved delvis å resirkulere avløps-gasser, slik som beskrevet nedenfor).

Med denne type drift kan det igjen opprettholdes meget lav temperatur sammenliknet med liknende maskiner eller motorer av konvensjonell type.

Det er allerede blitt omtalt hvordan stempel/magnet-montasjen kan understøttes i bevegelse ved hjelp av f.eks. to eller flere rdlefriksjonsforinger 15 som glir langs føringsklaffer 16 (fig. 1) eller liknende anordninger, for å rninimere friksjon, og i dette tilfelle er det ikke noe behov for å sørge for smøring av noen av de bevegelige deler, i betraktning av de lave temperaturer som oppnås. Det kreves heller ikke noe kjølesystem, og det er faktisk hensiktsmessig å isolere forbrenningsmotoren slik at dens drift er adiabatisk.

Da forbrenningsmotoren er av totaktstype, slik vi har sett, trenger luft for hver syklus å innføres for å påfylle og spyle sylinderen eller sylindrene. En løsning som er foreslått av oppfinneren, er å oppnå dette ved bevegelsen av et hjelpe-spylestempel 19 på fig. 6 som, når det beveger seg, er integrert med motorens stempel 4, og som under stempelets kompresjonsslag trekker inn luft i sylinderen 20 som holder denne på plass ved hjelp av en enveisventil 21, mens stempelet 4 under sin ekspansjonsfase komprimerer denne luft frem til det øyeblikk da en andre enveisventil 22 slipper luften inn i forkammeret 10 og den tilhørende sylinder 5, på grunn av det trykkfall som i mellomtiden opptrer i motorens sylinder 5.

Med dette system kan spylingseffektivitetsverdier med en verdi som nærmer seg 0,90, oppnås uten noe problem, og hva som er mer viktig, er disse i det vesentlige konstante for hvilket som helst kompresjonsslag og følgelig hvilken som helst brennstoffmengde pr. syklus.

Det samme resultat kan oppnås med et hjelpestempel 19' på fig. 9, hvilket stempel er integrert med stempelet 6 og benytter en del av motorens sylinder 9 som en hjelpesylinder 20', i overensstemmelse med den velkjente metode på området totaktsmoto-rer med indre spyling. Denne løsning er vist på fig. 9 i tilfellet med motsatte stempler, slik som forklart nedenfor.

Da det effektive ekspansjonsslag til et stempel 4, 6 i motoren er ekvivalent bare med den tilsvarende lengde av sylinderen 5, 9, mens kompresjonsslaget til hjelpestempelet 19,19' er lik summen av denne lengde pluss fjærenes kompresjonsslag, kan det, ved å gripe inn på konstruksjonsstadiet, velges en diameter for hjelpestempelet 19, 19' som er større, lik eller mindre enn diameteren av motorstempelet, avhengig av om total eller bare delvis spyling av forbrenningsgassene kreves for et gitt hastighetsområde. I for eksempel den ovenfor omtalte prototyp, med et hjelpestempel 19 på fig. 6, med den samme diameter av motorstempelet 4, finner det sted en total spyling inntil det foreligger et kompresjonsslag svarende til et kompresjonsforhold som er ekvivalent med 3,5:1, og delvis spyling med en avtakende mengde luft tilført ved lavere slag, inntil det oppnås en spyling som svarer til bare 50 % av sylinderens volum ved det kompresjonsforhold som tas som det benyttede minimum, som svarer til 1,6:1. Delvis resirkulering av forbrenningsgasser ved de lavere kompresjonsforhold, slik det finnes i økende grad etter hvert som sistnevnte avtar, tjener til å holde temperaturene og følgelig varigheten av forbrenning tilstrekkelig høy til å unngå dannelsen av HC i avløpsgassene i den kortvarige tilstand med lav kompresjon ved oppstarting av generatoren 1.

For optimal drift vil en sylmdertemr^raturføler og en trykkmålende sonde være nyttig, idet den første av disse benyttes til en Uten variasjon av mengden av brennstoff som tilføres når motoren er kald (ved start), og den andre - igjen avhengig av posisjonen av stempelet ved slutten av kompresjonen - til å endre dominansen av brennstoffinnsprøytingspumpen for å oppnå effektiv innsprøyting kalibrert for alle driftstilstander.

Disse komponenter er ikke vist på tegningene da de er kjente og lette å realisere av en fagmann på området.

Til tross for alt det ovenstående er det for ytterligere å forenkle konstruksjonen av en autogen generator ifølge oppfinnelsen, og for på samme tid å eliminere begrensende reaksjoner og/eller vibrasjoner, hensiktsmessig å benytte ett eller flere par av stempler 6, 6' som vender mot hverandre, fortrinnsvis med et eneste felles forbrenningskammer 9 (fig. 2). I dette tilfelle er det mulig å ha bare ett forkammer 10 (eller to forkamre 110 som vender mot hverandre slik som på fig. 9, som er anordnet sentralt og med lengdeaksen h normalt på stemplenes 6,6' akse k. For å sikre perfekt synkronisering mellom flere par av stempler når de er operative, foreslår oppfinneren der hvor det er nødvendig, å gjøre stemplenes 6, 6' integrerte ved hjelp av forbmdelsesanordninger 8, 8' (fig. 3), idet disse stempler arbeider i den samme retning i et gitt øyeblikk i syklusen (praktisk talt én halvpart av stemplene).

Dersom komponenter da innlemmes for å returnere mekanisk energi, dvs. fjærene 7 i det beskrevne tilfelle, slik at deres posisjon er innstillbar i retning av aksen k for bevegelse av stemplene som er koplet til disse, kan forskjellige mengder av elektrisk energi genereres pr. syklus uten å variere den nødvendige frekvens, eller frekvensen kan varieres ved benyttelse av den samme syklus som svarer til optimal vkkningsgrad, idet man varierer

.i

slaglengden for stemplene og følgelig varierer den tid det tar fer disse å gjøre dette. Realisering av kontinuerlig overvåking av hastigheten og synkroniseringen av stemplene betyr også at stempelslaget kan varieres mikrometrisk, slik at det kan opprettholdes konstant og perfekt synkronisert. Det er åpenbart at det, for å oppnå dette siste resultat, er tilstrekkelig at bare posisjonen av de fjærer som er koplet til den ene halvpart av stemplene, er justerbar, dvs. de stempler som er integrert forbundet ved hjelp av forbmdelsesanordningen 8 som er vist på fig. 3.

En innretning som er egnet for å utføre ovennevnte justering, kan være i form av f.eks. en skrittmotor eller en elektrisk likestrømsmotor 17 som er tilkoplet ved hjelp av et system av skruer og hunngj enger som virker som en lineær forsterker for en komponent 18 som er integrert med den tilhørende fjær 7.

Oppfinneren har også sørget for en ytterligere anordning for å hindre vibrasjon på grunn av forbigående mangel på synkronisasjon mellom to mot hverandre vendende stempler. Ved å tilkople de mekaniske deler av generatoren som virker som en understøttelse og holder for fjærene (på tegningen på fig. 2 består disse deler bare av det legeme 11 som danner huset for sylindrene 5 og 5'), til jord eller til en komponent som understøtter generatoren, ved hjelp av et koplingsstykke 12 med forutbestemt, begrenset elastisitet i bevegelsesretningen for stemplene 6, 6', er det i virkeligheten ingen elastisk ettergivenhet i koplingsstykket 12 dersom stemplene er perfekt synkronisert, da de krefter som virker i motsatte retninger på to fjærer 7 som er forbundet med to mot hverandre vendende stempler, er like hverandre til enhver tid. Dersom imidlertid ett av de to stempler beveger seg forut for det andre, vil dette først utøve kraft på den tilhørende fjær og deretter på de elastiske koplingsstykker 12, hvilket vil trekke ut en del av den kinetiske energi som skulle bli lagret av fjæren, og deretter returnere det tilhørende stempel under virkningene av elastisk hysterese på grunn av kompresjon av fjærene. Dette medfører en retardasjon i stempelreturslag og gradvis synkronisering av stempelet med det andre (forsinkede) stempel som vender mot dette. Denne korreksjon av synkronisering medfører åpenbart tap selv om de er små, i den totale energibalanse, og det er således tilrådelig å benytte en elektronisk prosedyre som nevnt ovenfor, som modifiserer fiærreturposisjonen for å sikre perfekt innledende synkronisering.

Som konklusjon på denne beskrivelse inviteres leseren til å betrakte diagrammene for total virkningsgrad (fig. 7) for en forbrenningsmotor, generatoren ifølge oppfinnelsen og dens spesielle forbruk (fig. 8). Man føler ikke at noen spesielle detaljerte kommentarer er berettiget, da disse diagrammer er lette å tolke for en fagmann på området. Total virkningsgrad har i virkeligheten en verdi på omtrent det dobbelte av verdien for en konvensjonell motor ved hvilken som helst hastighet.

Alle bestanddeler, deres konstruksjon og anbringelse, og reguleringssystemene kan modifiseres og forbedres på linje med sakkunnskapen til en fagmann på området.

I stedet for å være understøttet av en gaffel 4', kan f.eks. magnetene 2 på fig. 1 og 2 være festet til en sylindrisk understøttelse som er anordnet på samme akse som stempelet og i ett stykke med dette, med deler anordnet på liknende måte som den som allerede er beskrevet for Jarrett-motoren. Dette tilfelle er ikke vist på tegningene.

Claims (16)

1. Autogen, elektrisk generator (1) i hvilken energigenerering oppnås ved hjelp av et elektromagnetisk system omfattende faste viklinger (2) og en eller flere permanentmagneter (3) som beveger seg som et hele ved den vekslende bevegelse av ett eller flere stempler (4) i en totakts forbrenningsmotor som er egnet til å arbeide også med variable kompresjonsslag, idet hvert stempel (4) fullfører ett ekspansjonsslag på grunn av forbrenning og ekspansjon i sylinderen (5), og ett kompresjonsslag på grunn av virkningen av en anordning (7) for retur av mekanisk energi, idet forbrenningsmotorens sylindere (5) som er koplet til stemplene (4), har minst ett forkammer (10) med en bunn (10<1>) som er åpen mot sylindrene, og i hvilket i det minste en del av volumet av luft som er inneholdt i forkammeret, under hvilken som helst av motorens driftstilstander blander seg med en i det minste støkiometrisk mengde brennstoff, karakterisert ved at forbrenningen av blandingen i forkammeret (10) frembringer hele den nødvendige energiytelse og forårsaker dens utvidelse inn i luften som er inneholdt i sylindrene, i hvilke ikke noe brennstoff innsprøytes og i hvilke forbrenningen av blandingen slutter, idet det elektromagnetiske system, for et gitt luft/brennstoff-forhold, og idet den nevnte del av volumet av luft forblir konstant, er konstruert slik at forholdet mellom de to kvanta av den totale energi som virkelig benyttes til å generere elektrisk energi når generatoren arbeider under forskjellige stabile tilstander som svarer til to vilkårlige, fullstendige ekspansjons- og kompresjonsslag av stemplene (4), er i hovedsaken lik forholdet mellom de to kompresjonsforhold som oppnås i forkamrene (10) og de tilhørende sylindere (5) som følge av virkningen av de nevnte to forskjellige slag av stemplene (4) multiplisert med forholdet mellom de to totale virkningsgradverdier av forbrenningsmotoren som svarer til de nevnte kompresjonsforhold.

2. Autogen, elektrisk energigenerator ifølge krav 1, karakterisert ved at den del av volumet av luft i forkammeret (110) som skal blandes med brennstoffet, etableres ved hjelp av kanaler (112) som leder fra sylindrene (5) til den lukkede bunn (113) av vedkommende forkammer.

3. Autogen generator ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at magnetene (3) og de faste viklinger (2) er anbrakt slik at det skjer en reduksjon i deres kopling etter hvert som stemplenes (4) ekspansjonsslag utvikler seg, men en økning etter hvert som stemplenes (4) kompresjonsslag utvikler seg.

4. Autogen generator ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at en ohmsk belastning med konstant verdi er anbrakt mellom viklingenes (2) ender, og at de riktige mengder av mekanisk energi som benyttes til å produsere elektrisk energi i forhold til to forskjellige, fullstendige ekspansjons- og kompresjonsslag av stemplene (4), automatisk oppnås ved passende utforming, anordning og dimensjonering av magnetene (3) og de faste viklinger (2).

5. Autogen generator ifølge krav 4, karakterisert ved at magnetene (3) har i hovedsaken parallellepipedisk form, idet disse og de faste viklinger (2) er anordnet og dimensjonert slik at den mekaniske energi som benyttes til å produsere den elektriske energi i deres relative bevegese i én syklus, følger en kurve, på linje med variasjon i stempelets eller stemplenes (4) kompresjonsslag, som kan bringes til i hovedsaken å falle sammen med kurven for energi som genereres i én syklus av forbrenningsmotoren i overensstemmelse med det samme kompresjonsslag, ved å variere tykkelsen av magnetene (3), deres bredde og/eller luftgapet (T) i bevegelsesretningen.

6. Autogen generator ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at minst ett forkammeret (10) har i hovedsaken konisk form, med en innsprøytingsdyse (14) ved sitt toppunkt.

7. Autogen generator ifølge ett av kravene 1-5, karakterisert ved at det minst ene forkammer (110) i hovedsaken har form som en avkortet kjegle, og dets lukkede bunn (113) motsatt av den som vender mot sylinderen (9), er forbundet med sylinderen (9) ved hjelp av en eller flere kanaler (112), idet en første innsprøytingsdyse (114) er anbrakt aksialt ved den lukkede bunn, og en andre innsprøytingsdyse (111) er anbrakt normalt på forkammerets akse i en forutbestemt stilling.

8. Autogen generator ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den, for å eliminere vibrasjoner og begrensende reaksjoner, er forsynt med ett eller flere par av stempler (6, 6') som vender mot hverandre.

9. Autogen generator ifølge krav 8, karakterisert ved at stemplene (6, 6') er et heltallig multiplum av to og er integrert med hverandre ved hjelp av forbmdelsesanordninger (8, 8') (fig. 3), idet disse stempler (6, 6') arbeider i samme retning ved ethvert tidspunkt i syklusen.

10. Autogen generator ifølge krav 8 eller 9, karakterisert ved at to synlindere (6, 6') som ligger overfor hverandre, har et felles forbrenningskammer (9) inn i hvilket det fører minst ett forkammer (10) med sin lengdeakse (h) perpendikulært på lengdeaksen (k) til de to sylindere (6,6').

11. Autogen generator ifølge krav 10, karakterisert ved at den omfatter to forkamre (110) for hvert par av mot hverandre vendende sylindere (6, 6'), og som er beliggende diametralt overfor hverandre og vender mot hverandre.

12. Autogen generator ifølge ett av kravene 8-11, karakterisert ved at stillingen av i det minste en del av de nevnte komponenter (7) som er konstruert for å returnere mekanisk energi, er stillbare i retning av bevegelsesaksen til de stempler som er koplet til disse komponenter.

13. Autogen generator ifølge krav 12, karakterisert ved at bare stillingen av den returenergikomponent som er koplet til halvparten av stemplene (6 på fig. 2), er stillbar, hvilken komponent beveger seg i en gitt retning ved et gitt tidspunkt i syklusen.

14. Autogen generator ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at den del (11) som virker som understøttelse og holder for de nevnte returmekanismer (7), er koplet til jord eller til det element som understøtter generatoren (1), ved hjelp av koplingsstykker (12) med forutbestemt elastisitet i stemplenes (6, 6' på fig. 2) bevegelsesretning.

15. Autogen generator ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at luft for spyling og gjentatt påfylling av sylindrene (5) innføres av forkammeret eller forkamrene (10) ved hjelp av ett eller flere hjelpe-spylestempler (19) som er integrert med forbrenningsmotorens stempler (4), idet disse hjelpestempler (19) trekker inn luft i stemplenes (4) kompresjonsfase ved hjelp av primære enveisventiler (21) som er festet til de tilhørende hjelpesylindere, og presser denne luft inn i forkamrene (10) ved hjelp av sekundære enveisventiler (22) som er beliggende nær forkamrene (10), under stemplenes (4) ekspansjonsfase.

16. Autogen generator ifølge ett av de foregående krav, karakterisert ved at i det minste en del av den luft som er inneholdt i forbrenningsmotorens forkammer eller forkamre (10), i enhver stasjonær driftstilstand blandes med en mengde brennstoff som svarer til 120 % av den støkiometriske mengde.