Линейный двигатель-генератор (варианты)


 


Владельцы патента RU 2462605:

Хабибуллин Радик Гилфанович (RU)

Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и электротехники и предназначено для эффективного преобразования энергии различных видов углеводородного топлива в электрическую. Линейный двигатель-генератор, состоящий из вертикально стоящего на опорной плите оребренного снаружи рабочего цилиндра, заглушенного с нижнего конца, содержащий форсунку впрыска топлива в нижней части цилиндра, отверстия для впуска воздуха и выпуска выхлопных газов, открываемые и запираемые телом поршня; двигающегося по каналу цилиндра вверх-вниз поршня с компрессионными кольцами и штоком, на котором неподвижно закреплены постоянные магниты; обмотки генератора неподвижно закреплены над цилиндром и внутри них двигаются вверх-вниз закрепленные на штоке постоянные магниты. Рассмотрен вариант, в котором установлен карбюратор вместо форсунки впрыска топлива. В нижней части рабочего цилиндра размещена свеча зажигания для воспламенения топливовоздушной смеси. Изобретение обеспечивает увеличение КПД двигателя, упрощение конструкции. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и электротехники и предназначено для эффективного преобразования энергии углеводородного топлива в электрическую в местах, где отсутствует централизованное энергоснабжение.

Интерес к линейным генераторам электрического тока вызван желанием увеличить КПД линейного двигателя внутреннего сгорания за счет исключения процесса преобразования поступательного движения поршня двигателя внутреннего сгорания во вращательное движение коленчатого вала и связанного с ним ротора электрогенератора традиционной конструкции.

Разрабатываемые сейчас линейные генераторы (конструкторы Питер Ван Блариган, Франк Штельзер - журнал Популярная механика, апрель 2010; Ю.Г.Скоромец - журнал Электротехнический рынок сентябрь-октябрь 2008) представляют собой связанные штоком поршни, двигающиеся в замкнутом с двух сторон цилиндре в режиме двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Электрическая энергия вырабатывается за счет движения постоянных магнитов, закрепленных на штоке, внутри неподвижной обмотки, размещенной в средней части цилиндра двигателя.

Проблемой для широкого внедрения таких электрогенераторов является обеспечение бесперебойной работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания, не имеющего маховика, в результате чего пропуск одного рабочего такта приводит к остановке двигателя.

Другая проблема - нахождение постоянных магнитов в зоне нагретых деталей двигателя, что существенно уменьшает их магнитные качества.

Однако проблема "мертовой точки" в линейных двигателях внутреннего сгорания уже давно и успешно решена в одноцилиндровых дизель-молотах.

Конструктивно дизель-молот состоит из следующих основных узлов: ударной части - поршня с компрессионными кольцами, трубы (цилиндра) и топливного насоса. Труба молота в верхней части открыта, а в нижней части герметично закрыта заглушкой.

Внутри цилиндра возвратно-поступательно перемещается удлиненный поршень. При контакте поверхностей поршня и заглушки цилиндра (в момент удара) полость, образованная между стенками рабочего цилиндра и головкой поршня, представляет собой камеру сгорания. Топливо в камеру сгорания подается плунжерным насосом, которым управляет падающий поршень, нажимающий на приводной рычаг. Закрытая конструкция трубчатого молота практически исключает попадание в его внутренние полости абразивных частиц во время работы. Полость рабочего цилиндра сообщается с атмосферой через всасывающие и выхлопные патрубки, направленные вверх.

Предлагаемая группа изобретений - линейный двигатель-генератор (варианты), далее по тексту - ЛДГ, имеет целью совмещение в своей конструкции линейного одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания и бесколлекторного линейного генератора электрического тока с сохранением преимуществ каждого из этих отдельно взятых устройств.

Конструкция линейного двигателя-генератора (Фигура 1).

Основой конструкции является вертикально стоящий на опорной плите оребренный снаружи рабочий цилиндр 1, заглушенный с нижнего конца.

Ребра на внешней поверхности обеспечивают охлаждение двигателя.

В теле рабочего цилиндра имеются отверстия 2 и 3 для впуска воздуха и выпуска выхлопных газов либо отверстия, являющиеся одновременно впускными и выпускными, открываемые и запираемые телом поршня. В нижней части рабочего цилиндра имеется форсунка 4 для впрыска топлива. Подача топлива осуществляется механическим или электрическим топливным насосом обычной конструкции (на чертеже не показаны).

Вариантом конструкции является линейный двигатель-генератор, к впускному отверстию рабочего цилиндра ЛДГ присоединен карбюратор обычной конструкции (на чертеже не показан), в этом случае форсунка 4 для впрыска топлива в теле цилиндра отсутствует.

Для некоторых видов топлива, самовоспламенение которого при сжатии не происходит, в нижней части рабочего цилиндра в дополнение к форсунке или вместо нее (при использовании карбюратора) размещается свеча зажигания (на чертеже не показана).

Внутри рабочего цилиндра располагается поршень 5 с компрессионными кольцами и штоком 6, на котором вне горячей зоны двигателя неподвижно закреплены постоянные магниты 7.

Рабочий цилиндр в нижней своей части и головка поршня образуют камеру сгорания.

В верхней части ЛДГ расположена обмотка 8 генератора тока, неподвижно закрепленная над цилиндром таким образом, что внутри нее могут двигаться вверх-вниз закрепленные на штоке магниты.

Принцип работы.

Массивный поршень, падая под действием силы тяжести из верхнего положения по каналу цилиндра вниз, сжимает атмосферный воздух, попавший через впускное отверстие в пространство между цилиндром и поршнем.

Роль впускного и выпускного клапанов играет непосредственно тело поршня, закрывающее собой при движении вниз просветы выпускного и впускного отверстий последовательно либо одновременно.

В полость, образованную стенками и дном рабочего цилиндра и головкой поршня и представляющую собой камеру сгорания, через форсунку в нижней части цилиндра впрыскивается топливо, подаваемое топливным насосом.

В другом варианте готовая топливовоздушная смесь из карбюратора подается через впускной канал в рабочий цилиндр и сжимается падающим вниз поршнем.

В нижнем положении поршня происходит самопроизвольная детонация сжатой топливовоздушной смеси.

При использования видов топлива, требующих внешнего источника воспламенения, сжатая топливовоздушная смесь поджигается свечой зажигания.

Взрывообразно расширяющиеся в объеме продукты сгорания топливовоздушной смеси толкают поршень вверх.

В момент, когда скользящий по каналу цилиндра поршень открывает выпускные отверстия, горячие газы начинают истекать из цилиндра.

Поршень продолжает по инерции движение вверх, совершая полезную работу в генераторе, одновременно с этим создавая разрежение в полости цилиндра и всасывая воздух через впускное отверстие, тем самым вентилируя камеру сгорания.

Достигнув положения верхней "мертвой точки" поршень со штоком и магнитами теряет свою энергию, после чего немедленно начинает движение вниз под действием силы земного тяготения.

Поршень со штоком и магнитами выполняет здесь функцию маховика двигателя внутреннего сгорания.

Цикл повторяется.

Полезная нагрузка снимается с двигателя в виде электрического тока, возникающего в обмотке генератора при движении внутри нее вверх-вниз штока с постоянными магнитами.

Получаемое электричество преобразуется в стандартный постоянный или переменный электрический ток в полупроводниковом преобразователе.

Техническим результатом предлагаемой конструкции линейного двигателя-генератора является следующее.

1. Упрощение конструкции с минимумом основных деталей.

2. Ожидаемое увеличение КПД двигателя за счет отсутствия преобразований линейного движения поршня во вращательное движение коленчатого вала (ротора).

3. Повышение технологичности при изготовлении двигателя-генератора, у которого основные детали представляют собой тела вращения и могут быть изготовлены с помощью токарных операций.

4. Решение проблемы верхней "мертвой точки" - массивный поршень со штоком и магнитами будет возвращаться в нижнее положение самостоятельно под действием силы тяжести.

5. Предлагаемый двигатель может работать на бензине, дизельном топливе, растительном масле, водороде, природном, попутном, сжиженном газах и метане, образующемся в животноводстве.

6. Постоянные магниты высокой мощности, относящиеся к генератору, находятся вне "горячей" зоны двигателя и сохраняют свою эффективность.

7. Отсутствуют токосъемные щетки в конструкции генератора с подвижными магнитами.

Предлагаемый линейный двигатель-генератор может найти применение для обеспечения электроэнергией удаленных автономных объектов, имеющих доступ к различным видам жидкого и газообразного углеводородного топлива.

1. Линейный двигатель-генератор, состоящий из вертикально стоящего на опорной плите оребренного снаружи рабочего цилиндра, заглушенного с нижнего конца, содержащий форсунку впрыска топлива в нижней части цилиндра, отверстия для впуска воздуха и выпуска выхлопных газов, открываемые и запираемые телом поршня; двигающегося по каналу цилиндра вверх-вниз поршня с компрессионными кольцами и штоком, на котором неподвижно закреплены постоянные магниты; обмотки генератора, неподвижно закреплены над цилиндром и внутри них двигаются вверх-вниз закрепленные на штоке постоянные магниты.

2. Линейный двигатель-генератор по п.1, отличающийся тем, что в нижней части рабочего цилиндра размещена свеча зажигания для воспламенения топливовоздушной смеси.

3. Линейный двигатель-генератор, состоящий из вертикально стоящего на опорной плите оребренного снаружи рабочего цилиндра, заглушенного с нижнего конца, содержащий карбюратор в нижней части цилиндра, отверстия для впуска воздуха и выпуска выхлопных газов, открываемые и запираемые телом поршня; двигающегося по каналу цилиндра вверх-вниз поршня с компрессионными кольцами и штоком, на котором неподвижно закреплены постоянные магниты; обмотки генератора, неподвижно закреплены над цилиндром и внутри них двигаются вверх-вниз закрепленные на штоке постоянные магниты.

4. Линейный двигатель-генератор по п.3, отличающийся тем, что в нижней части рабочего цилиндра размещена свеча зажигания для воспламенения топливовоздушной смеси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям, в которых в качестве носителя энергии используются жидкости, газы. .

Изобретение относится к свободнопоршневым двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к транспортному двигателестроению, а также к энергетическому машиностроению и может быть использовано в качестве модуля, дающего электроэнергию.

Изобретение относится к свободнопоршневым двигателям, предназначенным для привода линейных электрических генераторов. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, использующим жидкость в качестве подвижного элемента. .

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к двухтактным свободнопоршневым двигателям внутреннего сгорания (ДВС), и может быть использовано в качестве силовых установок для привода стационарных и мобильных машин

Изобретение может быть использовано для преобразования энергии сгорания топлива. Устройство состоит из камеры и системы подачи, оснащенной, как минимум, одним клапаном для последовательного нагнетания водорода и кислорода в камеру. Камера частично заполнена водой. Система зажигания воспламеняет смесь водорода и кислорода в камере, что приводит к увеличению давления и перемещению воды в камере. В камеру встраиваются энергопринимающие элементы (ЭЭ) для принятия движения и давления воды. ЭЭ могут быть выполнены в виде поршней, оснащенных электромагнитами. ЭЭ могут преобразовывать механическую энергию в гидравлическую. Камера снабжена перепускным клапаном для выпуска излишков воды, образующихся при сгорании. Описан способ работы устройства преобразования энергии, а также системы, использующей такое устройство. Технический результат заключается в создании замкнутой системы без выпуска газов из камеры. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к двигателям, использующим жидкость. Способ создания многоцилиндрового жидкостного двигателя внутреннего сгорания, содержащего гидросистему, состоящую из турбины и цилиндров, подающих на турбину из внешней камеры сгорания жидкость под давлением газов сгорающей топливной смеси и системы подготовки и воспламенения горючей смеси, при этом жидкостные двигатели объединены в один агрегат, цилиндры которого спарены в проточные блоки, закольцованы на общую турбину, поочередно заполняемыми жидкостью, отсекаемой от потока, отклоненного в спаренный цилиндр, при этом истечение жидкости под давлением газов из внешней камеры сгорания из первого цилиндра, поток снова возвращается в него, вытесняя газы, пока извергается спаренный цилиндр, а последующий блок четырехцилиндрового двигателя включается в действие при снижении давления в цилиндре предыдущего блока вдвое, значит обратно-пропорционально числу блоков двигателя. Многоцилиндровый жидкостный двигатель, содержащий гидросистему с цилиндрами, подающими на общую турбину жидкость с помощью давления газов из камер сгорания и системы подготовки и воспламенения горючей смеси, жидкостные двигатели объединены в один агрегат, проточные цилиндры которого спарены в блоки и поочередно заполняемы жидкостью, отсекаемой от потока, отклоненного в спаренный цилиндр, при этом после истечения жидкости давлением от его внешней камеры из первого цилиндра поток, давлением из спаренного, снова после турбины возвращается в первый, вытесняя газы, а последующий блок четырехцилиндрового двигателя включается в действие при снижении давления в предыдущем блоке вдвое. Изобретение обеспечивает повышение КПД двигателя за счет улучшения догорания топлива и уменьшение вредных выбросов. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретений относится к двигателям внутреннего сгорания. Свободнопоршневой двигатель выполнен из одного цилиндра с форсунками, внутри которого расположены два оппозитно установленных поршня со штоком, линейный генератор, содержащий обмотку статора, расположенных на цилиндре, впускные и выпускные окна на обеих концах цилиндра, при этом впускные и выпускные окна сообщены соответственно с впускными и выпускными коллекторами, к полостям которых присоединены управляемые впускные и выпускные клапаны, двигатель оборудован блоком управления, на боковой стенке цилиндра установлен датчик положения поршней, который электрическими связями соединен с блоком управления, с которым также соединены впускные и выпускные клапаны, а в средней части штока установлен вспомогательный поршень, на котором установлены постоянные магниты. Внутри цилиндра выполнены два радиальных ограничителя хода поршня. В торцах цилиндра установлены свечи зажигания. Цилиндр выполнен с двумя коаксиальными стенками, образующими зазор для прохождения охлаждающей жидкости. Изобретение обеспечивает повышение КПД и надежности. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания Свободнопоршневой двигатель, выполненный, по меньшей мере, из одного цилиндра, внутри которого расположены два оппозитно установленных поршня со штоком, содержащий свечи зажигания, линейный генератор, обмотку статора, расположенную на цилиндре, системы газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов, согласно изобретению каждая система газораспределения выполнена в виде пустотелого корпуса, установленного на торце цилиндра, внутри которого размещена втулка с впускными и выпускными окнами топлововоздушной смеси и выхлопных газов, имеющими возможность сообщаться соответственно с впускными и выпускными коллекторами, на оси втулки выполнено ведомое колесо гибкой передачи, а на штоке выполнена зубчатая рейка, с которой контактирует зубчатое колесо с ведущим валом, на внешнем конце которого установлено ведущее колесо гибкой передачи. На ведущем валу установлен прерыватель, соединенный с электрической свечой. Двигатель оборудован блоком управления, на валу ведущего колеса установлен датчик положения поршней. Цилиндр выполнен с двумя коаксиальными стенками, образующими зазор для прохождения охлаждающей жидкости. Изобретение обеспечивает увеличение КПД и надежности. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх