RU2340783C1 - Блок поршней и якоря энергомодуля - Google Patents
Блок поршней и якоря энергомодуля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2340783C1 RU2340783C1 RU2007131889/06A RU2007131889A RU2340783C1 RU 2340783 C1 RU2340783 C1 RU 2340783C1 RU 2007131889/06 A RU2007131889/06 A RU 2007131889/06A RU 2007131889 A RU2007131889 A RU 2007131889A RU 2340783 C1 RU2340783 C1 RU 2340783C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- pistons
- armature
- combustion chamber
- power module
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/02—Hot gas positive-displacement engine plants of open-cycle type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области энергомашиностроения. Энергомодуль преобразует химическую энергию моторного топлива в электроэнергию. Он состоит из линейного электрогенератора и однотактного свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания, в составе которого блок из двух поршней и якоря. Каждый поршень блока попеременно выполняет функции рабочего поршня и одновременно поршня компрессора подачи воздуха в камеру сгорания. При движении блока поршней и якоря в противоположном направлении тот же поршень выполняет функции поршня вытеснения отработавших газов из цилиндра и одновременно поршня забора воздуха из атмосферы в полость компрессора. Изобретение обеспечивает повышение удельной мощности энергомодуля, его экологичность, экономичность и обеспечивает многотопливность. 1 ил.
Description
Область техники.
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
Уровень техники.
Ближайший аналог заявленного изобретения - паровая машина. "Паровая машина - первичный поршневой двигатель, в котором потенциальная энергия водяного пара превращается в механическую работу. Паровая машина имеет хорошие тяговые характеристики, допускает большие перегрузки и реверсирование, надежна, проста. КПД достигает 20-25%. Недостаток - низкая экономичность" ("Большой политехнический словарь ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ". Научное издательство "Большая Российская энциклопедия", Москва, 1998, с.364).
Низкая экономичность паровой машины обусловлена высокими энергозатратами на фазовый переход воды в пар, которые безвозвратно теряются при конденсации пара в холодильнике, если таковой имеется.
Совпадающие признаки паровой машины и энергомодуля, преобразующего химическую энергию моторного топлива в электроэнергию, состоящего из линейного электрогенератора и однотактного свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания.
Паровая машина - однотактная расширительная машина, поршни которой при каждом рабочем ходе одновременно выполняют функции рабочего поршня при поступлении пара в цилиндр и поршня вытеснения отработавшего пара из цилиндра. Поршни расширительной машины энергомодуля также одновременно выполняют функции рабочего поршня при поступлении продуктов сгорания в цилиндр из камеры сгорания и поршня вытеснения отработавших газов из цилиндра.
Раскрытие изобретения.
Задача изобретения - получить экологичный, экономичный энергомодуль высокой удельной мощности. В первую очередь, задача решается применением блока поршней и якоря расширительной машины энергомодуля. Устройство и действие блока поршней и якоря поясняется описанием принципа действия такого энергомодуля.
Принцип действия энергомодуля в составе линейного электрогенератора и однотактного свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания.
Состав энергомодуля (см. чертеж):
1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16 - газораспределительные клапаны, 5, 8 - поршни, 6 - шток, 7 - якорь, 12 - статорная катушка.
При пуске энергомодуля в камеру сгорания 1 форсункой 2 подается топливо и воспламеняется свечой зажигания 3. Продукты сгорания через открытый клапан 4 поступают в левую полость поршня 5, и под их воздействием поршень 5 и соединенные с ним штоком 6, якорь 7 и поршень 8 начинают движение слева направо. Площадь левой торцевой поверхности поршня 5 больше площади его противоположной поверхности на величину площади поперечного сечения штока 6. Следовательно, давление воздуха в правой полости поршня 5 больше давления продуктов сгорания в его левой полости, поэтому воздух из правой полости поршня 5 открывает клапан 9 и поступает в камеру сгорания 1, обеспечивая тем самым воздухом процесс горения топлива. Одновременно воздух из правой полости поршня 8 через открытый клапан 10 выбрасывается в атмосферу (при последующих рабочих циклах - отработавшие газы), воздух из атмосферы через открытый клапан 11 поступает в его левую полость. Магнитный поток движущегося якоря 7 пересекает витки статорной катушки 12, в результате в статорной катушке 12 генерируется импульс электроэнергии. По достижению поршнями крайнего правого положения система управления (не показана) переводит клапаны 4, 10, 13, 14 в противоположные положения. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 через открывшийся клапан 13 поступают в правую полость поршня 8, поршни 5, 8 и якорь 7 начинают движение справа налево. Воздух из левой полости поршня 8 закрывает клапан 11 и через открывшийся клапан 15 поступает в камеру сгорания 1. Клапан 9 закрывается, воздух из атмосферы через открывшийся клапан 16 засасывается в правую полость поршня 5, а отработавшие газы через открывшийся клапан 14 выбрасываются в атмосферу. Магнитный поток якоря 7 пересекает витки статорной катушки 12, и в ней генерируется импульс электроэнергии противоположного знака. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 4, 10, 13, 14 из одного положения в противоположное, обеспечивает постоянную подачу воздуха в камеру сгорания. Якорь совершает колебательные движения, в статорной катушке генерируется переменное напряжение, направляемое потребителю. Пульсации давления, подаваемого в камеру сгорания воздуха, сглаживаются воздушным ресивером (не показан). Возникающая в результате реакций движения поршней и якоря вибрация компенсируется применением двух энергомодулей, ориентируемых так, что оси симметрии поршней и якоря располагаются на одной прямой, а их движение тем или иным способом организуется в противофазе.
Итак, структура блока поршней и якоря позволяет за один такт его движения выполнять несколько функций. Каждый поршень блока, состоящий из двух поршней, попеременно выполняет функции рабочего поршня, приводимого в действие поступающими из камеры сгорания расширяющимися продуктами сгорания, и одновременно поршня компрессора подачи воздуха в камеру сгорания, а при движении в противоположном направлении поршень выполняет функции вытеснения отработавших газов из цилиндра и одновременно поршня забора воздуха из атмосферы в полость компрессора, при этом якорь, независимо от направления движения, генерирует импульс электроэнергии в статорной катушке линейного электрогенератора.
Промышленная применимость изобретения.
Экологичный, экономичный, многотопливный энергомодуль с высокой удельной мощностью найдет применение как источник резервного и бесперебойного энергообеспечения, но, в первую очередь, - в качестве основного агрегата многомодульной силовой установки автомобиля. Экологичность, экономичность и многотопливность обусловлены спецификой сгорания моторного топлива во внешней камере сгорания. Независимо от нагрузки на энергомодуль топливо сгорает до конечных продуктов окисления и не оставляет кислорода для образования оксидов азота, так как процесс сгорания топлива протекает при стехиометрическом соотношении топливо-окислитель.
В отличие от ДВС (двигатель внутреннего сгорания) с кривошипно-шатунным механизмом в расширительной машине энергомодуля отсутствуют поршневые пальцы, шатуны, коленвал, маховик и их подшипники. В линейном электрогенераторе нет подшипников. То есть при одной и той же мощности масса энергомодуля меньше на суммарную массу перечисленных деталей энергоблока на основе ДВС и электрогенератора с вращающимся якорем (ротором). Далее, в четырехтактном ДВС поршень за один рабочий цикл совершает четыре такта. В свободнопоршневой расширительной машине с внешней камерой сгорания энергомодуля рабочий цикл совершается за один ход блока поршней и якоря. При одной и той же средней скорости и частоте движения блока поршней и якоря выигрыш в рабочей частоте четырехкратный. Известно - удельная мощность любой машины дискретного действия, в том числе и электрической, при прочих равных условиях прямо пропорциональна рабочей частоте. Кроме того, если единичный импульс электроэнергии, генерируемый за один рабочий цикл, разделить на группу отдельных импульсов, удельная мощность электрогенератора увеличится пропорционально числу разделенных импульсов, а значит, увеличится удельная мощность и энергомодуля в целом.
Графический материал.
Энергомодуль в составе линейного электрогенератора и однотактного свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания.
Состав энергомодуля:
1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16 - газораспределительные клапаны, 5, 8 - поршни, 6 - шток, 7 - якорь, 12 - статорная катушка.
Claims (1)
- Блок поршней и якоря энергомодуля, преобразующего химическую энергию моторного топлива в электроэнергию, включающего линейный электрогенератор и однотактный свободнопоршневой двигатель с внешней камерой сгорания, отличающийся тем, что каждый поршень блока, состоящего из двух поршней однотактного свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания и якоря линейного электрогенератора энергомодуля, попеременно выполняет функции рабочего поршня и одновременно поршня компрессора подачи воздуха в камеру сгорания, а при движении блока поршней и якоря в противоположном направлении тот же поршень выполняет функции вытеснения отработавших газов из цилиндра и одновременно поршня забора воздуха из атмосферы в полость компрессора.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007131889/06A RU2340783C1 (ru) | 2007-08-22 | 2007-08-22 | Блок поршней и якоря энергомодуля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007131889/06A RU2340783C1 (ru) | 2007-08-22 | 2007-08-22 | Блок поршней и якоря энергомодуля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2340783C1 true RU2340783C1 (ru) | 2008-12-10 |
Family
ID=40194370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007131889/06A RU2340783C1 (ru) | 2007-08-22 | 2007-08-22 | Блок поршней и якоря энергомодуля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2340783C1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2469279A (en) * | 2009-04-07 | 2010-10-13 | Rikard Mikalsen | Linear reciprocating free piston external combustion open cycle heat engine |
| CN103925105A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-07-16 | 郭远军 | 一种平行运动负压动力设备及其做功方法 |
| EP2923058A4 (en) * | 2012-11-20 | 2016-09-14 | Dulob Ab | HOT GAS ENGINE |
-
2007
- 2007-08-22 RU RU2007131889/06A patent/RU2340783C1/ru active
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2469279A (en) * | 2009-04-07 | 2010-10-13 | Rikard Mikalsen | Linear reciprocating free piston external combustion open cycle heat engine |
| WO2010116172A1 (en) | 2009-04-07 | 2010-10-14 | Rikard Mikalsen | Heat engine |
| CN102449293A (zh) * | 2009-04-07 | 2012-05-09 | 里卡德·米凯尔森 | 热机 |
| US9046055B2 (en) | 2009-04-07 | 2015-06-02 | University Of Newcastle Upon Tyne | Heat engine |
| EP2923058A4 (en) * | 2012-11-20 | 2016-09-14 | Dulob Ab | HOT GAS ENGINE |
| CN103925105A (zh) * | 2014-04-30 | 2014-07-16 | 郭远军 | 一种平行运动负压动力设备及其做功方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Woo et al. | Free piston engine generator: Technology review and an experimental evaluation with hydrogen fuel | |
| WO2006091682A3 (en) | Variable stroke premixed charge compression ignition engine | |
| CN108350801B (zh) | 自由活塞发动机发电设备 | |
| Jia et al. | Development approach of a spark-ignited free-piston engine generator | |
| CN102877941B (zh) | 一种高压气源式自由活塞内燃发电机启动系统 | |
| RU2340783C1 (ru) | Блок поршней и якоря энергомодуля | |
| CN103821612B (zh) | 一种磁力传动发动机能量传递系统 | |
| Kim et al. | The effects of spark timing and equivalence ratio on spark-ignition linear engine operation with liquefied petroleum gas | |
| RU2144990C1 (ru) | Топливоэлектрический преобразователь | |
| RU2328608C1 (ru) | Энергомодуль с ускорителем якоря | |
| RU2479733C1 (ru) | Способ увеличения эффективности процесса расширения продуктов сгорания перепуском воздуха между компрессорными полостями расширительных машин в свободнопоршневом двухцилиндровом энергомодуле с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором | |
| RU2411379C2 (ru) | Линейный электрогидродинамический двигатель внутреннего сгорания кущенко в.а. | |
| RU112537U1 (ru) | Электрический генератор переменного тока | |
| Gerlach et al. | Control of a directly driven four-stroke free piston engine | |
| KR101010664B1 (ko) | 리니어발전기 시스템의 프리 피스톤 엔진 | |
| RU2468224C1 (ru) | Свободнопоршневой двухцилиндровый с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором энергомодуль двойного назначения | |
| CN2336098Y (zh) | 对置活塞摆动式动力机组 | |
| RU2522253C1 (ru) | Восьмицилиндровый свободнопоршневой двигатель | |
| Nadhari et al. | Performance characteristics of free piston linear generator on different equivalence ratio | |
| RU2426900C1 (ru) | Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания | |
| RU195112U1 (ru) | Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим трехфазным генератором | |
| RU2513076C1 (ru) | Свободнопоршневой двигатель | |
| Smallbone et al. | The development and testing of a free-piston engine generator for hybrid electric vehicle applications | |
| RU112947U1 (ru) | Электрический генератор переменного тока | |
| Tatarnikov et al. | Two-stroke direct fuel inject free piston generator from theory to practice |