Свободнопоршневой двигатель



Свободнопоршневой двигатель
Свободнопоршневой двигатель

 


Владельцы патента RU 2584769:

Лялин Александр Поликарпович (RU)

Изобретение относится к области тепловых двигателей, а именно к свободнопоршневым двигателям внутреннего сгорания. Свободнопоршневой двигатель содержит размещенный в цилиндре поршень, одним торцом взаимодействующий с камерой сгорания, а другим - с демпферной камерой, систему клапанов и устройство подачи топлива в камеру сгорания. Отбор механической энергии, приобретенной поршнем от тепловой энергии сгоревшего топлива, производится в демпферной камере с помощью дополнительного поршня, кинематически связанного с кривошипом, вращающим генератор электрической энергии. Изобретение обеспечивает более полно использовать расширение горючей смеси, а также повысить экономичность топлива. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к свободнопоршневым двигателям. И может быть использовано как в транспорте (автомобильном, ж/дорожном, водном и даже воздушном), так и в стационарной электроэнергетике (малые и, как вар., мобильные электростанции).

Известные свободнопоршневые двигатели для отбора механической энергии, приобретенной поршнем от тепловой энергии сгоревшего топлива, обычно предполагают использование гидравлических или газовых турбин (патент RU №2445479), либо линейных электрогенераторов (патент RU №2539906). Использование для этой цели турбин как гидравлических, так и газовых снижает их топливную экономичность до уровня обычных газотурбинных двигателей и лишает их таким образом главного достоинства - потенциально высокого КПД. Использование же для этой цели линейных генераторов, при всей кажущейся привлекательности этой идеи - практически нереализуемо (большая масса подвижных частей и как следствие - недопустимые инерционные нагрузки).

Цель изобретения - произвести отбор механической энергии, приобретенной поршнем двигателя от тепловой энергии сгоревшего топлива, с максимальной эффективностью и предельно простыми средствами, а это может обеспечить лишь механическая система отбора мощности.

Технически результат достигается тем, что в свободнопоршневом двигателе, содержащем размещенный в цилиндре поршень, одним торцом взаимодействующий с камерой сгорания, а другим - с демпферной камерой, систему клапанов и устройство подачи топлива в камеру сгорания, по изобретению отбор механической энергии, приобретенной поршнем от тепловой энергии сгоревшего топлива, производится в демпферной камере с помощью дополнительного поршня, кинематически связанного с кривошипом, вращающим генератор электрической энергии. При этом диаметр цилиндра демпферной камеры по крайней мере вдвое меньше диаметра цилиндра камеры сгорания. А среднее давление воздуха в картере кривошипа под дополнительным поршнем примерно вдвое меньше среднего давления воздуха в демпферной камере.

На чертеже изображен свободнопоршневой двигатель в продольном разрезе.

Свободнопоршневой двигатель содержит сдвоенный поршень 1, помещенный в два соосно расположенных цилиндра: рабочий 2 и демпферный 3. Одним торцом поршень 1 взаимодействует с камерой сгорания «С», а другим - с демпферной камерой «Д». В демпферной камере «Д», перекрывая выходное отверстие, располагается дополнительный поршень 4, кинематически связанный с кривошипом 5, находящимся в картере 6. При этом цилиндр 3 и картер 6 совместно образуют герметичную камеру «К». Посредством корданной передачи 7 (вар.) выходной вал кривошипа 5 соединяется с генератором электрической энергии 8. Для гашения продольных вибрационных нагрузок используются пружинные (вар.) амортизаторы 9. Рабочий процесс обеспечивают установленные в камере сгорания «С» клапана: приточные 10 и выхлопные 11, а также устройство подачи топлива (вар. форсунка) 12. Для запуска двигателя в работу используется генератор «гремучей смеси» (Н+0) - электролизер 13 и электроискровая свеча 14.

Предлагаемый свободнопоршневой двигатель работает следующим образом. В камеру сгорания «С» электролизером 13 подается порция «гремучей смеси» и воспламеняется свечой 14. В результате взрыва «гремучей смеси» поршень 1 начинает ускоренно перемещаться в сторону демпферной камеры «Д», повышая давление находящегося там воздуха и приводя в движение дополнительный поршень 4. После остановки поршня 1 в крайнем нижнем положении он под воздействием этого возросшего давления в демпферной камере «Д» начинает двигаться обратно, освобождая камеру сгорания «С» от продуктов сгорания «гремучей смеси» через клапаны 11. В момент перекрытия поршнем 1 продувочных каналов клапанов 11 в камеру сгорания «К» через клапаны 10 под давлением от компрессора (не показан) подается порция атмосферного воздуха. Продолжая движение по инерции, поршень 1 сжимает находящийся в камере сгорания «С» воздух до получения температуры, обеспечивающей самовоспламенение топлива впрыскиваемого через форсунку 12 (дизельный цикл). После этого поршень 1 возобновляет движение в сторону демпферной камеры «Д», повторяя описанный выше процесс. При этом дополнительный поршень 4, вращая кривошип 5, одну половину его оборота осуществляет за счет избыточного давления в демпферной камере «Д», а вторую по инерции и с использованием давления воздуха в камере картера «К» (т.е. под днищем поршня 4). На штоке сдвоенного поршня 1 и на выходном валу кривошипа 5 имеются магнитные «метки» для обеспечения синхронизации их движения электроникой двигателя. Эта же электроника управляет работой клапанов 10, 11 и форсункой 12.

Использование принципа механического отбора мощности позволяет реализовать термодинамическую схему с полным расширением горючей смеси, а это снижает среднюю температуру цикла настолько, что делает ненужной систему охлаждения. И это не только предельно упрощает конструкцию двигателя, но делает реально достижимым термодинамическое КПД 78÷82%.

1. Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания, содержащий размещенный в цилиндре поршень, одним торцом взаимодействующий с камерой сгорания, а другим - с демпферной камерой, систему клапанов и устройств подачи топлива в камеру сгорания, отличающийся тем, что отбор механической энергии, приобретенной поршнем от тепловой энергии сгоревшего топлива, производится в демпферной камере с помощью дополнительного поршня, кинематически связанного с кривошипом, вращающим генератор электрической энергии.

2. Свободнопоршневой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что диаметр цилиндра демпферной камеры по крайней мере вдвое меньше диаметра цилиндра камеры сгорания.

3. Свободнопоршневой двигатель по п. 1, отличающийся тем, что среднее давление воздуха в картере кривошипа под дополнительным поршнем примерно вдвое меньше среднего давления воздуха в демпферной камере.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам двигатель-генератор, и может быть использовано при проектировании и производстве источников переменного электрического тока и мотокомпрессоров со свободнодвижущимися поршнями.

Изобретение относится к силовым установкам средней и большой мощности. Силовая установка, включающая в себя замкнутый гидравлический контур, содержащий два двигательно-насосных устройства, взаимодействующие с гидравлическим двигателем, каждое двигательно-насосное устройство снабжено оппозитными свободными дифференциальными поршнями, двигателями внутреннего сгорания жидкого охлаждения с газовыми цилиндрами, рабочими цилиндрами и гидравлическими полостями цилиндров дифференциальных поршней, турбокомпрессор и турбину на выхлопных газах, соединенный с полезной нагрузкой гидравлический двигатель, связанный гидравлическими линиями с гидравлическими полостями цилиндров дифференциальных поршней двигательно-насосных устройств, устройствами управления движениями жидкости в одном направлении, подачи топлива, стартером, при этом двигательно-насосное устройство снабжено картером с перекладной заслонкой, образующим гидравлическую полость с цилиндрами дифференциальных поршней, и двумя противоположными отверстиями, к картеру примыкают гидравлические линии замкнутого контура с двух сторон, взаимодействующие с отверстиями входа и выхода гидравлического двигателя.

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ, включающий систему управления, внешнюю камеру сгорания, два поршня с компрессорными полостями и клапан перепуска выхлопных газов в каждом цилиндре, согласно изобретению система управления отслеживает текущие величины давления поступающих в рабочую полость поршня энергомодуля продуктов сгорания из внешней камеры сгорания и давления сжимаемого в компрессорной полости того же поршня воздуха, и на основании этих величин определяет момент времени открытия клапана перепуска выхлопных газов из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня, система управления открывает клапан перепуска выхлопных газов из компрессорной полости поршня одного поршня в компрессорную полость другого поршня, в результате чего поступающие через клапан перепуска выхлопных газов из компрессорной полости одного поршня в компрессорную полость другого поршня выхлопные газы смешиваются в компрессорной полости со сжимаемым воздухом и смесь воздуха с выхлопными газами поступает во внешнюю камеру сгорания.

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ оптимизации включает внешнюю камеру сгорания, впускные клапаны подачи продуктов сгорания, поршни привода компрессора, поршни компрессора и систему управления, в соответствии с изобретением продукты сгорания из внешней камеры сгорания через впускные клапаны подачи продуктов сгорания поступают в полости поршней приводов компрессора, в результате чего поршни приводов компрессора и поршни компрессора приходят в движение, система управления выдерживает газораспределительные клапаны в открытом положении после начала поступления продуктов сгорания из внешней камеры сгорания в полость поршней, при этом продукты сгорания приводят в движение поршни, по истечении времени выдержки система управления закрывает газораспределительные клапаны и по достижении поршнями крайних точек расхождения или схождения система управления переводит впускные и выпускные клапаны в противоположные положения, при этом сжимаемый поршнем в полости компрессора газ через выпускной клапан поступает в радиатор, где охлаждается, а затем поступает в ресивер и потребителю.

Изобретение относится к области машиностроения. Способ включает систему управления, поршень с рабочими и компрессорными полостями, внешнюю камеру сгорания и клапан перепуска выхлопных газов из рабочей полости поршня энергомодуля в компрессорную полость, при этом система управления отслеживает текущее значение давления поступающих в рабочую полость поршня энергомодуля продуктов сгорания и на основании этой величины система управления открывает и закрывает клапан перепуска выхлопных газов, из рабочей полости поршня выхлопные газы через клапан перепуска выхлопных газов поступают в компрессорную полость поршня, смешиваются там со сжимаемым воздухом, и полученная смесь воздуха и выхлопных газов через обратный клапан подается во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, соответственно таким же способом через клапаны перепуска выхлопных газов осуществляется перепуск выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания в остальных цилиндрах энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, и может быть использовано в устройствах ударного действия с возвратно-поступательным движением рабочего органа.

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ включает систему управления, цилиндры с поршнями компрессора и энергомодуля, газораспределительные клапаны и внешнюю камеру сгорания, согласно изобретению система управления отслеживает мгновенные величины скоростей поршней компрессора и энергомодуля в обоих цилиндрах компрессора, определяет момент закрытия и продолжительность закрытого положения соответствующих газораспределительных клапанов, и, если при колебательном движении поршней скорость поршней компрессора и энергомодуля в одном цилиндре меньше, чем скорость поршней компрессора и энергомодуля в другом цилиндре, система управления закрывает газораспределительный клапан того цилиндра, скорость поршней компрессора и энергомодуля в котором меньше скорости движения поршней компрессора и энергомодуля в другом цилиндре, в результате чего поступление продуктов сгорания из внешней камеры сгорания прерывается и скорость движения поршней компрессора и энергомодуля в цилиндре с закрытым газораспределительным клапаном уменьшается, после чего в момент времени, когда скорость поршней компрессора и энергомодуля в цилиндре с закрытым газораспределительным клапаном достигнет значения, обеспечивающего одновременность прибытия поршней компрессора и энергомодуля в крайние точки в обоих цилиндрах компрессора, система управления вновь открывает закрытый газораспределительный клапан.

Изобретение относится к устройствам, преобразующим тепловую энергию в электрическую. Устройство преобразования тепловой энергии в электрическую в двигателе внутреннего сгорания содержит линейно расположенные цилиндры, поршни, жестко соединенные между собой штоком, при этом на штоке жестко закреплен ротор, состоящий из конденсаторных пластин, между которыми находятся плоскостные катушки индуктивности, связанные со статором и взаимодействующие с конденсаторными пластинами.

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ генерирования сжатого в компрессорных полостях поршневых групп атмосферного воздуха свободнопоршневым энергомодулем с общей внешней камерой сгорания и оппозитным движением поршневых групп, включающим две расширительные машины с поршневыми группами энергомодуля, внешнюю камеру сгорания, установленный между компрессорными полостями и камерой сгорания двухходовой воздухораспределительный клапан и систему управления, согласно изобретению в момент времени, когда в камеру сгорания поступит масса сжатого в компрессорных полостях поршневых групп воздуха, система управления переводит двухходовой воздухораспределительный клапан в положение, при котором закрывается доступ сжатого в компрессорных полостях поршневых групп атмосферного воздуха во внешнюю камеру сгорания и открывается путь потребителю сжатого в компрессорных полостях поршневых групп воздуха.

Изобретение относится к машиностроению. Электрогенератор содержит двигатель внутреннего сгорания (ДВС), электрическую машину, электрические конденсаторы и аккумулятор, электрические блоки для преобразования электроэнергии и электронный блок управления.
Наверх