RU2045666C1 - Pulse diesel-generator - Google Patents
Pulse diesel-generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2045666C1 RU2045666C1 RU93026020A RU93026020A RU2045666C1 RU 2045666 C1 RU2045666 C1 RU 2045666C1 RU 93026020 A RU93026020 A RU 93026020A RU 93026020 A RU93026020 A RU 93026020A RU 2045666 C1 RU2045666 C1 RU 2045666C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- piston
- cylinders
- diesel engine
- armature
- diesel
- Prior art date
Links
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к импульсным дизель-генераторам, на свободных поршнях с программным управлением на базе микропроцессора. The invention relates to mechanical engineering, mainly to pulsed diesel generators, on free pistons with programmed control based on a microprocessor.
Известен импульсный электродинамический генератор, содержащий разгонный ствол, в котором свободно перемещается металлический поршень, камеру, обеспечивающую ускорение поршня подаваемым извне сжатым воздухом или сжиганием топливной смеси от электросвечи, камеру торможения и возврата поршня, статор. Known pulsed electrodynamic generator containing an accelerating barrel in which a metal piston moves freely, a chamber providing acceleration of the piston by compressed air supplied from the outside or burning the fuel mixture from an electric candle, a braking and return piston chamber, a stator.
При проходе через статор, возбуждаемый разрядом конденсаторной батареи, поршень деформирует магнитное поле и энергия сжатого магнитного поля преобразуется в электрическую. Такой электродинамический генератор имеет невысокий КПД получаемой электроэнергии вследствие потерь на скольжение и аэродинамическое сопротивление, тем больших, чем выше скорость поршня (300 м/с) в разгонном стволе большой протяженности, и из-за тепловых потерь в камере торможения, обеспечивающей только возврат поршня без выполнения полезной работы. When passing through the stator, excited by the discharge of a capacitor bank, the piston deforms the magnetic field and the energy of the compressed magnetic field is converted into electrical energy. Such an electrodynamic generator has a low efficiency of electric energy due to slip losses and aerodynamic drag, the greater the higher the piston speed (300 m / s) in a long acceleration shaft, and because of heat losses in the braking chamber, which provides only piston return without doing useful work.
Наиболее близким к предлагаемому является свободнопоршневой двигатель, содержащий цилиндр с двумя торцевыми камерами сгорания, на котором расположены обмотки статора и обмотка возбуждения, два жестко связанных между собой поршня с токоприемными обмотками и обмотками возбуждения, форсунки впрыска топлива, всасывающие и выпускные клапаны. Closest to the proposed is a free-piston engine containing a cylinder with two end combustion chambers, on which the stator windings and the excitation winding are located, two pistons rigidly interconnected with current-receiving windings and excitation windings, fuel injection nozzles, suction and exhaust valves.
Двигатель работает по двухтактному дизельному циклу, используя возвратно-поступательное движение рабочий ход поршня в одной камере сгорания вызывает сжатие и воспламенение смеси в другой камере сгорания. Механическое смещение поршней преобразуется в электрическую энергию с помощью обмотки возбуждения статора, индуктирующей ток в последовательно соединенных токоприемной обмотке и обмотке возбуждения. Последняя индуктирует ток нагрузки в обмотке статора. The engine runs on a two-stroke diesel cycle, using a reciprocating motion the stroke of the piston in one combustion chamber causes compression and ignition of the mixture in another combustion chamber. The mechanical displacement of the pistons is converted into electrical energy by means of a stator field winding inducing current in a series connected current collector winding and a field winding. The latter induces a load current in the stator winding.
Такая конструкция свободнопоршневого двигателя не позволяет получить электроэнергию с высоким КПД из-за неэкономичности двухтактного цикла по сравнению с четырехтактным и неполного отбора энергии расширяющихся газов поршнем двигателя. Это объясняется тем, что поршни выполняют полезную работу одновременно с отбором энергии расширяющихся газов, что с точки зрения повышения КПД является взаимоисключающими факторами. This design of the free-piston engine does not allow to obtain electricity with high efficiency due to the uneconomic nature of the two-stroke cycle compared to the four-cycle and incomplete selection of energy of expanding gases by the engine piston. This is due to the fact that the pistons perform useful work simultaneously with the selection of the energy of the expanding gases, which from the point of view of increasing the efficiency are mutually exclusive factors.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание импульсного дизель-генератора, работающего по наиболее экономичному четырехтактному дизельному циклу на свободных поршнях, и повышение таким образом КПД. The problem to which the invention is directed, is to create a pulsed diesel generator operating on the most economical four-cycle diesel cycle with free pistons, and thus increase the efficiency.
Противоречие, которое при этом необходимо преодолеть, заключается в том, что одновременный отбор энергии расширяющихся газов поршнем дизельного двигателя и выполнение полезной работы с точки зрения повышения КПД являются взаимоисключающими факторами и это противоречие проявляется тем сильнее, чем выше нагрузка. Так как давление газов в цилиндре двигателя расходуется не только на выполнение полезной работы, но и на увеличение кинетической энергии поршня, то полезная работа будет производится до тех пор, пока сила, развиваемая поршнем, будет превышать силу нагрузки, в противном случае величина нагрузки препятствует росту кинетической энергии поршня. The contradiction, which must be overcome in this case, is that the simultaneous selection of the energy of expanding gases by the piston of a diesel engine and the implementation of useful work from the point of view of increasing efficiency are mutually exclusive factors and this contradiction manifests itself the more, the higher the load. Since the gas pressure in the engine cylinder is spent not only on performing useful work, but also on increasing the kinetic energy of the piston, useful work will be performed until the force developed by the piston exceeds the load force, otherwise the magnitude of the load prevents growth kinetic energy of the piston.
Поскольку свободно движущееся тело увеличивает величину кинетической энергии независимо от собственного уровня энергии и от величины силы, действующей на него и совпадающей с направлением его движения, то отбор энергии расширяющихся газов в рабочем цилиндре дизельного двигателя со свободным поршнем будет осуществляться наиболее эффективно в том случае, когда величина полезной работы, производимая поршнем, будет равна нулю, т.е. когда вся энергия расширяющихся газов будет полностью потрачена только на ускорение поршня. Since a freely moving body increases the kinetic energy regardless of its own energy level and the magnitude of the force acting on it and coinciding with the direction of its movement, the energy extraction of expanding gases in the working cylinder of a diesel engine with a free piston will be most effective when the amount of useful work produced by the piston will be zero, i.e. when all the energy of expanding gases will be completely spent only on the acceleration of the piston.
Для обеспечения такого условия необходимо оборвать связь поршня с нагрузкой или исключить возможность одновременно производить полезную работу и отбор энергии расширяющихся газов в рабочем цилиндре дизельного двигателя одним и тем же поршнем или обеспечить работу дизельного двигателя двумя поршнями, из которых один производит полезную работу, а другой преобразует давление газов в кинетическую энергию. To ensure such a condition, it is necessary to disconnect the piston from the load, or to exclude the possibility of simultaneously performing useful work and selecting the energy of expanding gases in the working cylinder of the diesel engine with the same piston or ensuring the operation of the diesel engine with two pistons, one of which performs useful work, and the other converts gas pressure into kinetic energy.
При выполнении этого условия свободно движущийся поршень будет аккумулировать уменьшающееся давление расширяющихся газов в виде нарастающей кинетической энергии поршня. На момент, когда давление газов в рабочем цилиндре станет равным атмосферному (момент выхлопа), осуществится полный отбор и накопление энергии поршнем. Under this condition, a freely moving piston will accumulate a decreasing pressure of expanding gases in the form of increasing kinetic energy of the piston. At the moment when the gas pressure in the working cylinder becomes equal to atmospheric (exhaust moment), a complete selection and energy storage by the piston will be carried out.
Выделение накопленной поршнем энергии осуществляется в другом рабочем цилиндре, который сообщен с ускорительным цилиндром линейного генератора, где она расходуется на сжатие воздуха, при этом вся кинетическая энергия поршня полностью преобразуется в энергию сжатого воздуха, которая используется для ускорения якорь-поршня линейного генератора, работающего в импульсном режиме. The energy accumulated by the piston is carried out in another working cylinder, which is in communication with the accelerating cylinder of the linear generator, where it is spent on air compression, and all the kinetic energy of the piston is completely converted into compressed air energy, which is used to accelerate the armature-piston of the linear generator operating in pulse mode.
Таким образом, для увеличения КПД импульсного дизель-генератора отбор и аккумуляция энергии расширяющихся газов в рабочем цилиндре дизельного двигателя, отбор и аккумуляция энергии сжатого воздуха, который используется для ускорения якорь-поршня, осуществляется двумя свободными поршнями дизельного двигателя, при этом четырехтактный дизельный цикл обеспечивается работой свободных поршней и совмещен с выполнением полезной работы якорь-поршнем линейного генератора. Thus, to increase the efficiency of a pulsed diesel generator, the selection and accumulation of energy of expanding gases in the working cylinder of a diesel engine, the selection and accumulation of energy of compressed air, which is used to accelerate the armature piston, is carried out by two free pistons of a diesel engine, while a four-cycle diesel cycle is provided the work of free pistons and combined with the performance of useful work by the anchor-piston of a linear generator.
На фиг.1 показано исходное положение поршней 5 и 6 и якорь-поршня перед пуском дизель-генератора; на фиг.2 положение поршней 5 и 6 и якорь-поршня в момент образования камеры наполнения 45; на фиг.3 положение поршней 5 и 6 и якорь-поршня на момент воспламенения рабочей смеси (1 такт); на фиг.4 положение поршней 5и 6 и якорь-поршня к моменту окончания приостановки поршня 5 (поршень 6 находится в мертвой точке); на фиг.5 положение поршней 5 и 6 и якорь-поршня на момент разгерметизации камеры сгорания 48; на фиг.6 показано положение поршней 5 6 и якорь-поршня на момент разгерметизации ускорительного цилиндра 8; на фиг.7 положение поршней 5 и 6 и якорь-поршня на момент окончания рабочего такта в рабочем цилиндре 4 и ускорительном цилиндре 8; на фиг.8 положение поршней 5 и 6 и якорь-поршня 10 на момент образования камеры наполнения 52; на фиг.9 положение поршней 5 и 6 и якорь-поршня 10 на момент воспламенения рабочей смеси (II такт). Figure 1 shows the initial position of the pistons 5 and 6 and the piston armature before starting the diesel generator; figure 2 the position of the pistons 5 and 6 and the armature of the piston at the time of formation of the filling chamber 45; figure 3 the position of the pistons 5 and 6 and the armature of the piston at the time of ignition of the working mixture (1 cycle); figure 4 the position of the pistons 5 and 6 and the armature of the piston to the moment of the end of the suspension of the piston 5 (the piston 6 is in the dead point); figure 5 the position of the pistons 5 and 6 and the armature of the piston at the time of depressurization of the combustion chamber 48; figure 6 shows the position of the pistons 5 6 and the armature of the piston at the time of depressurization of the accelerating cylinder 8; 7, the position of the pistons 5 and 6 and the piston armature at the end of the working cycle in the working cylinder 4 and accelerating cylinder 8; on Fig the position of the pistons 5 and 6 and the armature of the piston 10 at the time of formation of the filling chamber 52; in Fig.9 the position of the pistons 5 and 6 and the armature of the piston 10 at the time of ignition of the working mixture (II cycle).
Импульсный дизель-генератор по изобретению содержит дизельный двигатель 1 и линейный генератор 2. Дизельный двигатель 1 состоит из двух соосных состыкованных между собой рабочих цилиндров 3 и 4, внутри которых размещены не связанные между собой поршни 5 и 6, установленные с возможностью перемещаться независимо друг от друга, из рабочего цилиндра 3 в рабочий цилиндр 4 и обратно. Линейный генератор 2 состоит из ускорительных цилиндров 7 и 8, статора 9 и якорь-поршня 10, установленного с возможностью свободного перемещения из ускорительного цилиндра 7 в ускорительный цилиндр 8 и обратно. The pulsed diesel generator according to the invention comprises a diesel engine 1 and a linear generator 2. Diesel engine 1 consists of two coaxial stacked working cylinders 3 and 4, inside of which are placed pistons 5 and 6, which are not connected to each other, and are arranged to move independently of one another friend, from the working cylinder 3 to the working cylinder 4 and back. The linear generator 2 consists of accelerating cylinders 7 and 8, a stator 9 and an armature piston 10, mounted with the possibility of free movement from the accelerating cylinder 7 to the accelerating cylinder 8 and vice versa.
Полости рабочих цилиндров 3 и 4 дизельного двигателя 1 попарно сообщены с полостями ускорительных цилиндров 7 и 8 линейного генератора 2 с помощью отводов 11 и 12, расположенных на противоположных концах соответствующих цилиндров. Внутри отводов 11 и 12 установлены заслонки 13 и 14 для регулировки потока воздуха между цилиндрами 3 и 4 и цилиндрами 4 и 8 соответственно. The cavities of the working cylinders 3 and 4 of the diesel engine 1 are paired with the cavities of the accelerating cylinders 7 and 8 of the linear generator 2 using taps 11 and 12 located at opposite ends of the respective cylinders. Inside the outlets 11 and 12, shutters 13 and 14 are installed to adjust the air flow between the cylinders 3 and 4 and the cylinders 4 and 8, respectively.
Дизельный двигатель 1 снабжен отдельными для каждого рабочего цилиндра 3 и 4 форсунками подачи сжатого воздуха 15 и 16 и форсунками подачи топлива 17 и 18, а также общими для обоих рабочих цилиндров 3 и 4 выхлопными окнами 19. Выхлопные окна 19 выполнены в месте стыка рабочих цилиндров 3 и 4, форсунки подачи сжатого воздуха 15 и 16 расположены по обе стороны от выхлопных окон 19 в непосредственной близости от них, а форсунки подачи топлива 17 и 18 за форсунками подачи сжатого воздуха 15 и 16. The diesel engine 1 is equipped with separate nozzles for supplying compressed air 15 and 16 for each working cylinder 3 and 4 and fuel nozzles 17 and 18, as well as exhaust windows 19 common to both working cylinders 3 and 4. The exhaust windows 19 are made at the junction of the working cylinders 3 and 4, the compressed air nozzles 15 and 16 are located on both sides of the exhaust windows 19 in close proximity to them, and the fuel nozzles 17 and 18 are behind the compressed air nozzles 15 and 16.
На внешних торцах рабочих цилиндров 3 и 4 дизельного двигателя 1 и на внешних торцах ускорительных цилиндров 7 и 8 линейного генератора 2 расположены реверсивные клапаны 20-23, которые соединены с емкостями воздуха высокого давления 24 и 25 Реверсивные клапаны 20-23 снабжены управляемыми вентилями 26-29 для сброса воздуха из цилиндров 3-8, каждый из которых снабжен соответственно датчиками давления 30-33. At the outer ends of the working cylinders 3 and 4 of the diesel engine 1 and at the outer ends of the accelerating cylinders 7 and 8 of the linear generator 2, reversible valves 20-23 are located, which are connected to high-pressure air tanks 24 and 25. The reversing valves 20-23 are equipped with controlled valves 26- 29 for venting cylinders 3-8, each of which is equipped respectively with pressure sensors 30-33.
Форсунки подачи воздуха 15 и 16 с помощью трубопроводов 34 и 35 соединены с полостями соответствующих рабочих цилиндров 3 и 4, а с помощью трубопроводов 36 и 37 с емкостью воздуха низкого давления 38, которая трубопроводами 39 и 40 соединена с емкостями воздуха высокого давления 24 и 25. Отверстия 41 и 42 для разгерметизации полостей рабочих цилиндров 3 и 4 дизельного двигателя 1 выполнены в стенках ускорительных цилиндров 7 и 8 линейного генератора 2 и расположены по обе стороны от статора 9, который жестко установлен между ускорительными цилиндрами 7 и 8 и электрически от них изолирован. The air supply nozzles 15 and 16 are connected to the cavities of the corresponding working cylinders 3 and 4 by pipelines 34 and 35, and by pipelines 36 and 37 to the low-pressure air tank 38, which is connected by pipelines 39 and 40 to the high-pressure air tanks 24 and 25 Holes 41 and 42 for depressurization of the cavities of the working cylinders 3 and 4 of the diesel engine 1 are made in the walls of the accelerating cylinders 7 and 8 of the linear generator 2 and are located on both sides of the stator 9, which is rigidly installed between the accelerating cylinders 7 and 8 and ektricheski them isolated.
Якорь-поршень 10 линейного генератора 2 снабжен обмоткой подмагничивания (не показана), концы которой соединены с группами поршневых колей 43 и 44, которые электрически изолированы от корпуса якорь-поршня 10. The piston armature 10 of the linear generator 2 is equipped with a magnetization winding (not shown), the ends of which are connected to groups of piston tracks 43 and 44, which are electrically isolated from the armature of the piston 10.
Импульсный дизель-генератор работает следующим образом. Pulse diesel generator operates as follows.
Перед пуском дизель-генератора поршень 5 находится в рабочем цилиндре 3, поршень 6 в рабочем цилиндре 4 дизельного двигателя 1, а якорь-поршень в ускорительном цилиндре 7 линейного генератора 2. Before starting the diesel generator, the piston 5 is in the working cylinder 3, the piston 6 in the working cylinder 4 of the diesel engine 1, and the armature piston in the accelerating cylinder 7 of the linear generator 2.
Установка поршней 5, 6 и якорь-поршня 10 в исходное положение (фиг.1) осуществляется продольно-поперечной продувкой сжатым воздухом при закрытых заслонках 13 и 14. Через реверсивные клапаны 20 и 21 короткими импульсами подаются порции сжатого воздуха, достаточные только для переброски поршней из одного рабочего цилиндра в другой при непрерывной продувке сжатым воздухом из емкости 38. Проходя под форсунками 15 и 16, сжатый воздух ускоряет первый по ходу движения поршень и замедляет второй, т.е. возникает воздушная прослойка между поршнями. Чтобы она сохранилась при проходе выхлопных окон 19, оба вентиля 26 и 27 после продольного пуска открываются, воздух поршнями 5 и 6 вытесняется только из одного рабочего цилиндра, затем оба вентиля 26 и 27 закрываются. Через несколько тактов становится возможным "отскок" дожимающего воздух в противоположный цилиндр, вентиль которого остается открытым, не препятствуя такому отходу. The installation of the pistons 5, 6 and the armature of the piston 10 in the initial position (figure 1) is carried out by longitudinally transverse blowing with compressed air with the shutters 13 and 14 closed. Through the reversing valves 20 and 21, portions of compressed air are supplied with short pulses, sufficient only for the transfer of the pistons from one working cylinder to another with continuous blowing with compressed air from the tank 38. Passing under the nozzles 15 and 16, the compressed air accelerates the first piston in the direction of travel and slows down the second, i.e. there is an air gap between the pistons. In order to keep it during passage of the exhaust windows 19, both valves 26 and 27 open after longitudinal start-up, air is displaced by pistons 5 and 6 from only one working cylinder, then both valves 26 and 27 are closed. After a few clock cycles, it becomes possible to "bounce" the booster air into the opposite cylinder, the valve of which remains open, without interfering with such a withdrawal.
Якорь-поршень 10 устанавливается в исходное положение отдельно от установки поршней 5 и 6 только продольной продувкой воздуха. Anchor-piston 10 is installed in its original position separately from the installation of the pistons 5 and 6 only by longitudinal air blowing.
Управление работой импульсного дизель-генератора (ИДГ) осуществляется программными средствами на базе микропроцессора. The operation of a pulsed diesel generator (IDG) is controlled by microprocessor-based software.
Пуск импульсного дизель-генератора производится поршнем 5 и якорь-поршнем 10, для чего открывают заслонку 14, закрывают заслонку 13, и через реверсивные клапаны 20 и 22 раздельными импульсами подают воздух высокого давления из емкости 24 (фиг.1). Длительность импульсов подбирается такой, чтобы поршень 5, пройдя выхлопные окна 19, и якорь-поршень 10, пройдя отверстия для разгерметизации 42, одновременно перекрыли рабочий цилиндр 4 и ускорительный цилиндр 8. The start of the pulse diesel generator is made by the piston 5 and the anchor-piston 10, for which they open the shutter 14, close the shutter 13, and through the reversing valves 20 and 22 separate high-pressure air is supplied from the tank 24 (Fig. 1). The pulse duration is selected so that the piston 5, having passed the exhaust windows 19, and the armature-piston 10, having passed the holes for depressurization 42, simultaneously blocked the working cylinder 4 and the accelerating cylinder 8.
В этом положении образуется камера наполнения (КН) 45, ограниченная торцами 46 и 47 поршней 5 и 6, которые расположены на расстоянии lкн друг от друга.In this position, a filling chamber (KH) 45 is formed, limited by the ends 46 and 47 of the pistons 5 and 6, which are located at a distance of l kn from each other.
В камеру наполнения 45 через форсунку 16 подается порция воздуха из емкости низкого давления 38, через форсунку 18 порция топлива (фиг.2). Поршень 5, продолжая движение вправо, сжимает смесь "воздух-газ", приводя в движение поршень 6, якорь-поршень 10 сжимает воздух в ускорительном цилиндре 8 навстречу поршню 6. Рабочая смесь смещается на величину Δ lкн за пределы расположения форсунок 16 и 18. Между торцами 46 и 47 поршней 5 и 6 образуется камера сгорания (КС) 48 (фиг.3).A portion of air is supplied to the filling chamber 45 through the nozzle 16 from the low-pressure tank 38, and a portion of the fuel through the nozzle 18 (Fig. 2). The piston 5, continuing to move to the right, compresses the air-gas mixture, driving the piston 6, the armature-piston 10 compresses the air in the accelerating cylinder 8 towards the piston 6. The working mixture is shifted by Δ l kn beyond the location of the nozzles 16 and 18 Between the ends 46 and 47 of the pistons 5 and 6, a combustion chamber (COP) 48 is formed (FIG. 3).
Если кинетическая энергия поршня 5 достаточно велика, то при степени сжатия 13 и выше произойдет многоочаговое воспламенение рабочей смеси, как в обычном дизельном двигателе. If the kinetic energy of the piston 5 is large enough, then with a compression ratio of 13 or higher, multi-firing ignition of the working mixture will occur, as in a conventional diesel engine.
Поршень 5 приостанавливается на мгновение, отдавая камере сгорания 48 избыточную кинетическую энергию. Приостановка поршня 5, дожимающего горящую смесь, позволяет поршню 6 ускоренно сместиться вправо на величину Δ КСп под действием максимального давления в камере сгорания, при этом начинается вторичное сжатие объема предварительно сжатого воздуха между поршнем 6 и якорем-поршнем 10.The piston 5 stops for a moment, giving off excess kinetic energy to the combustion chamber 48. Suspension of the piston 5, which compresses the burning mixture, allows the piston 6 to accelerate to the right by the value Δ K p under the action of the maximum pressure in the combustion chamber, while the secondary compression of the volume of pre-compressed air between the piston 6 and the armature-piston 10 begins.
Якорь-поршень 10 начинает смещаться влево почти одновременно с ускоренным движением поршня 6 вправо в условиях нарастающего, несмотря на движение якорь-поршня 10, давления воздуха, производимого поршнем 6, так как площадь торца поршня 6 больше площади торца якорь-поршня 10 (фиг.4). The armature-piston 10 begins to shift to the left almost simultaneously with the accelerated movement of the piston 6 to the right under increasing conditions, despite the movement of the armature-piston 10, of the air pressure produced by the piston 6, since the area of the end face of the piston 6 is larger than the area of the end face of the armature-piston 10 (Fig. 4).
Окончание приостановки поршня 5 вызывает его резкий отход влево, напоминающий "отстрел", при этом поршень 5, пройдя выхлопные окна 19, разгерметизирует камеру сгорания 48, перекроет рабочий цилиндр 3, а якорь-поршень 10, продолжая ускоренное движение влево, пройдя отверстия разгерметизации 41, перекроет ускорительный цилиндр 7, образовав левую газораспределительную камеру (ГРК) 49. В нее входят объемы ускорительного цилиндра 7, рабочего цилиндра 3, камер-пробок 50 и 51 и воздушного отвода 11. Аналогично при обратном ходе будет образована правая ГРК 54. Объем ГРК переменный (фиг.2). The end of the suspension of the piston 5 causes it to sharply move to the left, resembling a "shooting", while the piston 5, having passed the exhaust windows 19, depressurizes the combustion chamber 48, closes the working cylinder 3, and the armature-piston 10, continuing the accelerated movement to the left, passing the depressurization holes 41 , will block the accelerating cylinder 7, forming the left gas distribution chamber (GRK) 49. It includes the volumes of the accelerating cylinder 7, the working cylinder 3, tube plugs 50 and 51 and the air outlet 11. Similarly, a right GRK 54 will be formed during the reverse stroke. the volume of GRK variable (figure 2).
Поршень 6 после прекращения приостановки поршня 5, продолжая двигаться вправо, проходит путь торможения Δ КСмт до полной его остановки (перехода через мертвую точку (МТ). Время прохода пути Δ КСмт или время "зависания" поршня 6tзав затянуто, т.к. поршень 6 тормозится теперь уже уменьшающимся давлением воздуха перед ним якорь-поршень 10 освободил большую часть объема ускорительного цилиндра 8 и в то же время поршень 6 испытывает уменьшающееся давление со стороны камеры сгорания 48.The piston 6 after the cessation of the suspension of the piston 5, continuing to move to the right, extends braking distance Δ COP mt until it stops (crossing the dead point (MT). The time of passage ways Δ COP or time mt "hang up" of the piston head 6t tightened, unnecessarily The piston 6 is inhibited by the already decreasing air pressure in front of it, the armature piston 10 has released most of the volume of the accelerating cylinder 8 and at the same time, the piston 6 is experiencing decreasing pressure from the combustion chamber 48.
В идеальном случае время "зависания" поршня 6 должно быть равно времени "отстрела" поршня 5. Тогда длина камеры сгорания 48 lкс станет равна (фиг. 1-5):
lкс lкн + Δ lкн + Δ КСп + Δ КСмт
Якорь-поршень 10 частью своей длины Δ Я удерживает сжатый воздух в ускорительном цилиндре 8, предоставляя возможность поршню 6 начать возвратное движение (фиг. 5). Время прохода якорем-поршнем 10 пути Δ Я в условиях электромагнитного торможения в статоре 9 и в левой газораспределительной камере 49 равно времени ускорения поршня 6 на пути Δ l (фиг.6). Или время на ускорение поршня 6 равно времени между разгерметизацией камеры сгорания 48 и разгерметизацией правой газораспределительной камеры 54. Это равенство выдерживается тем точнее, чем больше диаметр поршней 5 и 6 дизельного двигателя 1 в сравнении с диаметром якорь-поршня 10 линейного генератора 2, при достаточной длине якорь-поршня 10 с тем, чтобы к моменту разгерметизации якорем-поршнем 10 ускорительного цилиндра 8 остаточное давление воздуха было полностью использовано поршнем 6 для ускорения, но не более, чем на пути Δ l, (чтобы момент падения давления воздуха в ускорительном цилиндре 8 до атмосферного совпал с его разгерметизацией якорем-поршнем 10).In the ideal case, the time of "freezing" of the piston 6 should be equal to the time of "shooting" of the piston 5. Then the length of the combustion chamber 48 l kc becomes equal (Fig. 1-5):
l ks l kn + Δ l kn + Δ KS p + Δ KS mt
Anchor-piston 10 part of its length Δ I holds the compressed air in the accelerating cylinder 8, allowing the piston 6 to begin the return movement (Fig. 5). The passage time by the anchor-piston 10 of the path Δ I under conditions of electromagnetic braking in the stator 9 and in the left gas distribution chamber 49 is equal to the acceleration time of the piston 6 on the path Δ l (Fig.6). Or the time to accelerate the piston 6 is equal to the time between the depressurization of the combustion chamber 48 and the depressurization of the right gas distribution chamber 54. This equality is maintained the more precisely, the larger the diameter of the pistons 5 and 6 of the diesel engine 1 in comparison with the diameter of the armature-piston 10 of the linear generator 2, with sufficient the length of the armature-piston 10 so that by the time of depressurization by the armature-piston 10 of the accelerating cylinder 8, the residual air pressure was fully used by the piston 6 to accelerate, but no more than on the path Δ l (so that the moment the pressure of air in the accelerating cylinder 8 to atmospheric coincided with its depressurization by the armature-piston 10).
Двигаясь влево, поршень 6 вытесняет отработанный газ к выхлопным окнам 19 и одновременно прокачивает объем Δ V воздуха по пути: открытые отверстия разгерметизации 42, ускорительный цилиндр 8, воздушный отвод 12, рабочий цилиндр 4, выхлопные окна 19 обеспечивая, заодно с прокачкой "свежего" воздуха, перенос тепла из ускорительного цилиндра 8 в рабочий цилиндр 4 и далее к выхлопным окнам 19 (после того, как поршень 6 покинет рабочий цилиндр 4). Moving to the left, the piston 6 displaces the exhaust gas to the exhaust ports 19 and at the same time pumps air Δ V along the path: open depressurization holes 42, accelerator cylinder 8, air outlet 12, working cylinder 4, exhaust windows 19 providing, at the same time as pumping “fresh” air, heat transfer from the accelerating cylinder 8 to the working cylinder 4 and further to the exhaust windows 19 (after the piston 6 leaves the working cylinder 4).
Как только торец 46 поршня 5 пройдет форсунку 15, подается порция воздуха низкого давления из емкости 38 (фиг.1), которая, расширяясь, увлекается вглубь рабочего цилиндра 3 вслед за поршнем 5, отсекает торец 46 поршня 5 от выхлопных газов, а образующаяся воздушная подушка частично выходит через выхлопные окна 19 и выталкивает отработанный газ навстречу движущемуся поршню 6 (фиг.6). As soon as the end face 46 of the piston 5 passes the nozzle 15, a portion of low pressure air is supplied from the container 38 (Fig. 1), which, expanding, is carried deep into the working cylinder 3 after the piston 5, cuts off the end face 46 of the piston 5 from the exhaust gases, and the air the pillow partially exits through the exhaust windows 19 and pushes the exhaust gas towards the moving piston 6 (Fig.6).
Поршень 6 и якорь-поршень 10, продолжая двигаться влево, сжимают воздух в левой газораспределительной камере 49. Как только поршень 5 пройдет форсунку 17, подается порция топлива в увлекаемый поршнем 5 воздух. The piston 6 and the piston armature 10, while continuing to move to the left, compress the air in the left gas distribution chamber 49. As soon as the piston 5 passes the nozzle 17, a portion of fuel is fed into the air carried by the piston 5.
Поршень 6 завершает вытеснение отработанных газов, приблизившись к выхлопным окнам 19 (фиг.7). Продолжая двигаться влево, поршень 6 перекрывает рабочий цилиндр 3, образуя камеру наполнения 52 между торцами 46 и 47 движущихся поршней 5 и 6, которые находятся на расстоянии lкн друг от друга (фиг. 8).The piston 6 completes the displacement of exhaust gases, approaching the exhaust windows 19 (Fig.7). Continuing to move to the left, the piston 6 overlaps the working cylinder 3, forming a filling chamber 52 between the ends 46 and 47 of the moving pistons 5 and 6, which are located at a distance l kn from each other (Fig. 8).
Продолжая движение влево, поршень 6 сжимает смесь "воздух-газ", при этом рабочая смесь смещается за пределы расположения форсунок 15 и 17 на величину Δ lкн, образуя камеру наполнения 53. После воспламенения рабочей смеси цикл работы импульсного дизель-генератора повторяется (фиг.9).Continuing to the left, the piston 6 compresses the air-gas mixture, while the working mixture shifts beyond the location of the nozzles 15 and 17 by Δ l kN , forming a filling chamber 53. After ignition of the working mixture, the cycle of the pulsed diesel generator is repeated (Fig. .9).
Из газораспределительных камер 49 и 54 (фиг.1 и 6) воздух по трубопроводам 34 и 35 (фиг.1 и фиг.9) через форсунки 15 и 16 подается в камеры наполнения 45 и 52 (фии.2 и 8) только после вычисления его величины, т.к. избыточный расход воздуха может привести к срыву работы дизельного двигателя 1. From the gas distribution chambers 49 and 54 (FIGS. 1 and 6), air is supplied through pipelines 34 and 35 (FIG. 1 and FIG. 9) through nozzles 15 and 16 to the filling chambers 45 and 52 (phase 2 and 8) only after calculation its magnitude, because excessive air flow can interrupt the operation of diesel engine 1.
Остановка импульсного дизель-генератора выполняется с использованием управляемых вентилей 26-29 сброса воздуха из цилиндров 3, 4 7 и 8, воздушных заслонок 13, 14, с помощью которых, например, рабочий цилиндр 3 и ускорительный цилиндр 7 изолируются друг от друга и превращаются в камеры-пробки большой протяженности (фиг.1). The pulsed diesel generator is stopped using controlled valves 26-29 of venting air from cylinders 3, 4, 7 and 8, air dampers 13, 14, with which, for example, the working cylinder 3 and the accelerating cylinder 7 are isolated from each other and turn into camera plugs of great length (figure 1).
Получив от микропроцессора сигнал остановки, дизельный двигатель 1 выводится в режим минимальной мощности. Выбирается сторона остановки, например, левая (фиг.3). Заслонка 13 перекрывает воздушный отвод 11 и открываются вентили 26 и 28 для сброса воздуха. Поршень 5 и якорь-поршень 10 вытесняют воздух из цилиндров 3 и 7, затем вентили 26 и 28 закрываются. Поршень 6, вызвав вспышку рабочей смеси, "отстреливается" вправо, заслонка 14 перекрывает воздушный отвод 12 и открывается вентиль 27. Поршень 6 вытесняет воздух из рабочего цилиндра 4, затем вентиль 27 закрывается. Having received a stop signal from the microprocessor, diesel engine 1 is displayed in minimum power mode. Selected side of the stop, for example, the left (figure 3). The damper 13 closes the air outlet 11 and the valves 26 and 28 open to vent the air. The piston 5 and the armature piston 10 displace air from the cylinders 3 and 7, then the valves 26 and 28 are closed. The piston 6, causing a flash of the working mixture, "shoots" to the right, the shutter 14 closes the air outlet 12 and opens the valve 27. The piston 6 displaces the air from the working cylinder 4, then the valve 27 closes.
Поршень 6 остается на месте. The piston 6 remains in place.
Поршень 5 после вспышки смеси попытается отойти вправо, давление воздуха в камере-пробке 51 резко понизится, и, под действием атмосферного давления выхлопные окна 19 свободны, поршень 5 сместится назад. The piston 5 after the flash of the mixture will try to move to the right, the air pressure in the chamber-plug 51 will drop sharply, and, under the influence of atmospheric pressure, the exhaust windows 19 are free, the piston 5 will move back.
Подкачка воздуха высокого давления в емкости 24 и 25 (фиг.1) через реверсивные клапаны 20-23 осуществляется в импульсном режиме дозированно, ориентируясь на показания датчиков давления 30-33, по каждому такту работы импульсного дизель-генератора в момент максимального давления в газораспределительной камере. High pressure air is pumped into containers 24 and 25 (Fig. 1) through reversible valves 20-23 in a pulse dosed mode, focusing on the readings of pressure sensors 30-33, for each cycle of the pulsed diesel generator at the time of maximum pressure in the gas distribution chamber .
Ражим подкачки может осуществляться раздельно или совмещенно с выработкой электроэнергии в статоре 9 линейного генератора 2. The swap clamp can be carried out separately or in conjunction with the generation of electricity in the stator 9 of the linear generator 2.
Средняя часть 55 линейного генератора 2, расположенная между ускорительными цилиндрами 7 и 8, электрически изолирована от ускорительных цилиндров 7 и 8 в местах расположения отверстий для разгерметизации 41 и 42. Для подачи импульса возбуждения на обмотку якорь-поршня 10, концы которой соединены с группами колец 43 и 44, которые электрически изолированы от корпуса якорь-поршня 10 (фиг. 1), источник импульсов (не показан) подключает к средней части 55 и ускорительным цилиндрам 7 и 8. The middle part 55 of the linear generator 2, located between the accelerating cylinders 7 and 8, is electrically isolated from the accelerating cylinders 7 and 8 at the locations of the holes for depressurization 41 and 42. To supply an excitation pulse to the winding of the armature-piston 10, the ends of which are connected to groups of rings 43 and 44, which are electrically isolated from the armature-piston body 10 (Fig. 1), a pulse source (not shown) connects to the middle part 55 and accelerator cylinders 7 and 8.
При проходе под статором 9 якорь-поршня 10 обмотка его подключается к источнику импульсов возбуждения (между одним из ускорительных цилиндров и средней частью 55), якорь-поршень 10 намагничивается и тормозится в статоре 9, обеспечивая одновременность образования газораспределительной камеры одним из поршней 5, 6 и якорем-поршнем 10, так как дизельный двигатель 1, непрерывно перекачивая энергию с помощью приостановки в линейный генератор 2, от такта к такту увеличивает скорость проходя якорь-поршня 10 в статоре 9, предоставляя возможность торможением якорь-поршня 10 обеспечить одновременность образования газораспределительной камеры 49 или 54, т.е. амплитуда импульса возбуждения определяет входную скорость якорь-поршня 10 в статоре 9 или одновременность образования одно из газораспределительных камер 49 или 54. Длительность импульса возбуждения регулирует выходную скорость якорь-поршня 10 из статора 9 или регулирует избыток или недостаток кинетической энергии якорь-поршня 10 на момент вспышки рабочей смеси. When the armature-piston 10 passes under the stator 9, its winding is connected to a source of excitation pulses (between one of the accelerating cylinders and the middle part 55), the armature-piston 10 is magnetized and braked in the stator 9, ensuring the simultaneous formation of the gas distribution chamber by one of the pistons 5, 6 and the piston-armature 10, since the diesel engine 1, continuously pumping energy by means of a suspension into the linear generator 2, increases the speed of the armature-piston 10 in the stator 9 from step to step, making it possible to brake iem-piston armature 10 to provide simultaneous formation of gas distribution chambers 49 and 54, i.e., the amplitude of the excitation pulse determines the input speed of the armature piston 10 in the stator 9 or the simultaneous formation of one of the gas distribution chambers 49 or 54. The duration of the excitation pulse controls the output speed of the armature piston 10 from the stator 9 or regulates the excess or lack of kinetic energy of the armature piston 10 at the time flashes of the working mixture.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93026020A RU2045666C1 (en) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | Pulse diesel-generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93026020A RU2045666C1 (en) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | Pulse diesel-generator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2045666C1 true RU2045666C1 (en) | 1995-10-10 |
| RU93026020A RU93026020A (en) | 1996-09-27 |
Family
ID=20141395
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93026020A RU2045666C1 (en) | 1993-04-27 | 1993-04-27 | Pulse diesel-generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2045666C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2508594C1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-02-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of adapting oscillation frequency of generator pump lifter-pistons to linear oscillator circuit resonance frequency |
| RU2711803C2 (en) * | 2010-11-23 | 2020-01-23 | Итаджен, Инк. | Free-piston internal combustion engine (embodiments) |
| US10985641B2 (en) | 2018-07-24 | 2021-04-20 | Mainspring Energy, Inc. | Linear electromagnetic machine system with bearing housings having pressurized gas |
-
1993
- 1993-04-27 RU RU93026020A patent/RU2045666C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР N 985365, кл.F 02B 71/04, 1982. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2711803C2 (en) * | 2010-11-23 | 2020-01-23 | Итаджен, Инк. | Free-piston internal combustion engine (embodiments) |
| US11525391B2 (en) | 2010-11-23 | 2022-12-13 | Mainspring Energy, Inc. | High-efficiency linear generator |
| RU2508594C1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-02-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Method of adapting oscillation frequency of generator pump lifter-pistons to linear oscillator circuit resonance frequency |
| US10985641B2 (en) | 2018-07-24 | 2021-04-20 | Mainspring Energy, Inc. | Linear electromagnetic machine system with bearing housings having pressurized gas |
| US11616428B2 (en) | 2018-07-24 | 2023-03-28 | Mainspring Energy, Inc. | Linear electromagnetic machine system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101375035B (en) | Split-cycle air hybrid engine | |
| CN102639842B (en) | Hydraulic internal combustion engines | |
| US3465161A (en) | Reciprocating internal combustion electric generator | |
| US9038581B2 (en) | Linear alternator assembly with four-stroke working cycle and vehicle having same | |
| US10087818B2 (en) | Engine block and a process for hybrid ignition of an engine | |
| US6551076B2 (en) | Fuel/hydraulic engine system | |
| KR100917553B1 (en) | linear generator system | |
| EP1185769B1 (en) | Cyclically operated fluid displacement machine | |
| RU2045666C1 (en) | Pulse diesel-generator | |
| US20130302181A1 (en) | Zero emissions pneumatic-electric engine | |
| RU2476699C1 (en) | Blowing method of combustion chamber of free-piston two-cylinder power module with common external combustion chamber and linear electric generator | |
| US10781770B2 (en) | Cylinder system with relative motion occupying structure | |
| RU2479733C1 (en) | Method for increasing efficiency of expansion process of combustion products by air bypass between compressor cavities of expansion machines in free-piston two-cylinder power module with total external combustion chamber and linear electric generator | |
| KR101010664B1 (en) | Pre-piston engine of linear generator system | |
| RU2411379C2 (en) | Linear electric hydrodynamic internal combustion engine by va kushchenko | |
| RU2825688C2 (en) | Four-stroke cylinder of relative motion with special compression chamber | |
| RU2468224C1 (en) | Free-piston double-cylinder energy module of double purpose with common external combustion chamber and linear power generator | |
| RU2537324C1 (en) | Method of compressed air generation by free-piston power module with common external combustion chamber | |
| WO2020139902A1 (en) | Cylinder system with relative motion occupying structure | |
| CN103047001A (en) | Pressure combustion starting method of multi-cylinder free piston combustion engine | |
| US4785770A (en) | Coaxial pump and motor cylinder engine | |
| US20180073424A1 (en) | Internal combustion engines | |
| RU2152523C1 (en) | Internal combustion engine | |
| RU2545109C2 (en) | Internal combustion engine (versions) | |
| US11248521B1 (en) | Four stroke relative motion cylinder with dedicated compression space |