RU2117785C1 - Free-piston internal combustion engine - Google Patents
Free-piston internal combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2117785C1 RU2117785C1 RU96111125A RU96111125A RU2117785C1 RU 2117785 C1 RU2117785 C1 RU 2117785C1 RU 96111125 A RU96111125 A RU 96111125A RU 96111125 A RU96111125 A RU 96111125A RU 2117785 C1 RU2117785 C1 RU 2117785C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- piston
- engine according
- torus
- section
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Supercharger (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к конструкции ДВС, совмещающей функции двигателя и генератора тока и может быть применено в транспортных средствах с электроприводом движителя (гребной винт, электрические мотор-колеса и т.п.). The invention relates to the design of an internal combustion engine combining the functions of an engine and a current generator and can be used in vehicles with electric propulsion (propeller, electric motor-wheels, etc.).
Известны конструкции ДВС с механическим приводом [1]. Наличие кривошипно-шатунных механизмов усложняет конструкцию; периодичность движения поршней вызывает в работе большие знакопеременные нагрузки, что утяжеляет конструкцию и снижает ее работоспособность. Для расширения диапазона применяемых топлив применяют сложной конструкции поршни, обеспечивающие переменную степень сжатия [2] . В значительной степени указанных недостатков лишены свободнопоршневые дизель - компрессоры и дизель - генераторы газа [1]. Однако и они имеют периодичный ход поршней. Двигатель Ванкеля имеет вращающийся сложной формы поршень, сложность формы и уплотнения снижают возможности его применения. Known design of internal combustion engines with a mechanical drive [1]. The presence of crank mechanisms complicates the design; the frequency of movement of the pistons causes large alternating loads in operation, which complicates the design and reduces its performance. To expand the range of fuels used, complex pistons are used that provide a variable compression ratio [2]. To a large extent, these disadvantages are deprived of free-piston diesel compressors and diesel gas generators [1]. However, they also have a periodic piston stroke. The Wankel engine has a rotating piston of complex shape, the complexity of the shape and seal reduce the possibility of its application.
Целью изобретения является устранение отмеченных выше недостатков. The aim of the invention is to eliminate the above drawbacks.
Указанная цель достигается тем, что корпус выполняют в виде тора, в котором свободно вращаются поршни, делящие объем тора на функциональные зоны: впуск воздуха, его сжатие, рабочий ход и выпуск; в районе зон сжатия и расширения с внешней стороны на корпусе осуществляют намотку катушек индукции соответственно для разгона поршней и объема электротока при прохождении поршня, выполняемого из ферромагнитных материалов; турбокомпрессор устанавливают внутри располагаемых рядно торовых корпусов по оси последних; поршень выполняют полым, внешнюю часть поршня набирают из ферромагнитных, изолированных друг от друга колец, размещаемых между кольцами уплотнения; внутри поршня устанавливают свободно перемещающийся вспомогательный поршень; корпус основного поршня снабжают отверстиями для всоса и сброса воздуха; корпус тора секционируют поперечными разъемами на секции впуск - выпуск и впрыска топлива, причем их длина равна или больше длины поршня; все секции конструктивно выполняют взаимозаменяемыми; прокладки на разъемах выполняют из токо(магнито)проводящих материалов, позволяющих использовать корпус тора в качестве магнитопровода трансформатора; трубы охлаждения корпуса, закрепляемые с внешней стороны, одним концом присоединяют к воздушному напорному тракту турбокомпрессора, а другим - к корпусу в зоне расширения газов, где давление газа меньше давления воздуха; трубы охлаждения при намотке чередуют с витками катушек индукции; корпус по всему периметру снабжают рубашкой, внутреннее пространство которой заполняют охлаждающей жидкостью с магнитными свойствами; в качестве охлаждающей жидкости применяют электролит, в секциях впуск - выпуск и впрыска топлива между корпусом и рубашкой устанавливают, преимущественно, радиально пластины аккумулятора; корпуса тора образуют замкнутую спираль. This goal is achieved by the fact that the housing is made in the form of a torus, in which pistons freely rotate, dividing the volume of the torus into functional zones: air inlet, its compression, working stroke and exhaust; in the area of compression and expansion zones, on the outside, on the case, winding induction coils are carried out to accelerate the pistons and the volume of electric current during the passage of the piston made of ferromagnetic materials; a turbocharger is installed inside the in-line torus bodies along the axis of the latter; the piston is hollow, the outer part of the piston is recruited from ferromagnetic, isolated from each other rings placed between the seal rings; a freely moving auxiliary piston is installed inside the piston; the main piston body is provided with holes for suction and air discharge; the torus body is sectioned by transverse connectors on the inlet - outlet and fuel injection sections, and their length is equal to or greater than the length of the piston; all sections are structurally interchangeable; gaskets on the connectors are made of Toko (magneto) conductive materials, allowing the torus housing to be used as a transformer magnetic circuit; the cooling pipes of the casing, fixed from the outside, are connected at one end to the air pressure path of the turbocharger, and at the other end to the casing in the gas expansion zone, where the gas pressure is less than the air pressure; cooling pipes during winding alternate with turns of induction coils; the housing along the entire perimeter is provided with a jacket, the inner space of which is filled with a cooling fluid with magnetic properties; an electrolyte is used as a coolant, in the inlet - outlet and fuel injection sections, a radial battery plate is installed mainly between the body and the jacket; torus bodies form a closed spiral.
На фиг. 1 изображен схематично общий вид предлагаемого двигателя; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - вариант компоновки двигателя в виде замкнутой спирали; на фиг. 6 - вариант исполнения поршня. In FIG. 1 shows a schematic general view of the proposed engine; in FIG. 2 is a section AA in FIG. one; in FIG. 3 is a section BB in FIG. 2; in FIG. 4 is a cross-section BB in FIG. one; in FIG. 5 - a variant of the layout of the engine in the form of a closed spiral; in FIG. 6 - embodiment of the piston.
Двигатель состоит из торообразного корпуса 1, разделенного на секции: впуск-выпуск 2, впрыска топлива 3, сжатия 4 и расширения 5; последние снабжают катушками индукции 6 и 7. Внутри корпуса свободно вращаются поршни 8, 9, 10, 11, конструктивно выполненные взаимозаменяемыми и состоящими из основного поршня 12, вспомогательного поршня 13, перемещаемого по трубчатой оси 14, один конец которой 15 открыт в рабочий канал корпуса, а в торце другого выполнены отверстия 16. С внешней стороны основной корпус снабжен уплотнительными кольцами 17, между которыми набраны изолированные кольца 18 из ферромагнитного материала. С внешней стороны корпуса секций 4 и 5 осуществлена намотка катушек индукции 6 и 7. По одному из вариантов (фиг. 3 снизу) намотка осуществлена изолированным проводом 19 непосредственно по корпусу. Между проводами могут располагаться трубы охлаждения 20, плотно скрепляемые, например, сваркой с корпусом. Воздух, проходящий через трубы охлаждения, сбрасывается через отверстия 21 в секцию расширения газа. Чередование проводов 19 и труб 20 способствует охлаждению обмотки катушек индукции. The engine consists of a
По другому варианту, между корпусом и катушками индукции (фиг. 3, вверху) устанавливается промежуточная рубашка 22, внутри которой циркулирует охлаждающая жидкость. В качестве охлаждающей жидкости могут применяться ныне употребляемые в ДВС, а также обладающие магнитными свойствами и электролит. В последнем случае в секциях 2 и 3 могут устанавливаться пластины аккумулятора 23. Корпус 1 соединен с турбокомпрессором 24 трубопроводами 25 отвода выпускных газов и трубопроводами 26 впуска воздуха. Секции 2 и 3 снабжены трубопроводами впрыска топлива 27. Все трубопроводы снабжены запорной арматурой. Между фланцами разъемов установлены прокладки 28. In another embodiment, an
Работает конструкция следующим образом. Примем на фиг. 1 вращение поршней по часовой стрелке и в правой нисходящей ветви тора условимся расположить зону сжатия 4. Тогда секция 2 будет соответствовать функционально впуску воздуха, для чего на трубопроводах 25 и 26 секции 2 запорная арматура должна быть открыта, а на аналогичных трубопроводах секции 3 закрыта. На трубопроводе подвода топлива арматура должна быть открыта в секции 3 и закрыта в секции 2. Секция 5 выполняет в данном случае функцию зоны расширения газов. Итак, воздух поступает в секцию 2 сразу же после прохождения поршня 8 мимо трубопровода 25. Поршень 8 разгоняется катушкой 6 и расстояние между ним и следом двигающимся поршнем 11 резко увеличивается, что приводит к быстрому заполнению объема между поршнями воздухом. Когда поршень 8 займет положение поршня 9, а поршень 11 положение поршня 8 и последний начнет ускорять движение, порция воздуха ранее располагаемая между ними начнет сжиматься. При дальнейшем движении поршней сжатая порция воздуха перемещается в секцию 3, где в нее впрыскивается топливо. Если двигатель работает в режиме Дизеля, то топливо от температуры сжатого воздуха воспламеняется - давление газов растет и под его воздействием поршень слева, который в данном случае будет 9 переместившимся на место поршня 10, начнет ускоряться по часовой стрелке, а поршень справа, наоборот, будет подтормаживаться, поскольку выталкивающая электродвижущая сила катушки 6 и давление газов действуют на него в разные стороны. Движущийся, предварительно намагниченный в катушке 6 ферромагнитный поршень (весь или его часть в виде ферромагнитных колец 18) создает в катушке 7 дополнительную магнитную индукцию, а последняя наводит в обмотке электрический ток [3], снимаемый с катушки как развиваемая мощность двигателя. Полезная мощность в данном случае будет как разность развиваемой в катушке 7 и затрачиваемой в катушке 6. Движущийся в катушке 7 поршень постепенно теряет скорость из-за сопротивления электродвижущей силы катушки и из-за сопротивления выталкивания предыдущей расширившейся части газа через трубопровод 26 секции 2. Когда поршни еще не перекрывают трубопроводы, то воздух трубопровода 25 осуществляет продувку оставшегося газа через трубопровод 26. [По аналогии вентиляции в двухтактном двигателе часть воздуха при этом теряется, однако, если турбокомпрессор оснащен дополнительной камерой сгорания (дожигания), то потери могут быть сведены к минимуму]. После закрытия поршнем трубопровода 26 и открытия трубопровода 25 процесс повторяется. Таким образом, правая часть тора работает на сжатие, а левая на расширение. Если катушки функционально поменять местами путем перекоммутации, то правая часть будет работать на расширение, а левая на сжатие. Для этого функционально надо поменять местами и секции 2 и 3. Сказанное выше позволяет более равномерно осуществлять износ корпуса, продлить срок его службы. Если функционально изменить трубопроводы 25 и 26, то можно осуществить реверс двигателя, хотя это и не актуально при съеме мощности в виде электротока. Рассмотрим процесс охлаждения поршня. (фиг. 3). The design works as follows. Let us take in FIG. 1 rotation of the pistons clockwise and in the right descending branch of the torus, we agree to arrange the compression zone 4. Then section 2 will functionally correspond to the air inlet, for which the shut-off valves must be open on pipelines 25 and 26 of section 2, and closed on similar pipelines of section 3. On the fuel supply pipe, the valves must be open in section 3 and closed in section 2. Section 5 in this case performs the function of the gas expansion zone. So, the air enters section 2 immediately after the passage of the piston 8 past the pipeline 25. The piston 8 is accelerated by the
В рабочем положении поршень движется по направлению стрелки. Если поршень ускоряется (а это имеет место в катушке 6), то вспомогательный поршень 13, если его выполнить из немагнитного материала, отстает от движения основного 12, двигаясь к задней стенке последнего. При этом через отверстия 15 и 16 воздух поступает внутрь поршня и охлаждает его. При торможении поршень 13 устремляется вперед и вытесняет воздух через отверстие 15 в полость корпуса, что имеет место при прохождении поршня через катушку 7. Свежий воздух позволяет дожигать топливо, снижая выбросы CO. Если поршень выполнить из ферромагнитного материала, то конструктивно внутренняя часть поршня будет иной (фиг. 6), ибо магнитный вспомогательный поршень при ускорении в катушке 6 будет двигаться быстрее основного поршня, засасывая воздух через отверстия в торце. При прохождении катушки 7 вспомогательный поршень будет сильнее тормозиться, отставая от основного и выталкивать воздух в рабочий объем торового цилиндра. Возможны и комбинации работы поршней относительно друг друга с использованием емкостей масла, пружин, как это имеет место в поршнях с переменной степенью сжатия [2]. Охлаждение корпуса дано в виде нескольких вариантов. Один из них - воздушное охлаждение, когда часть воздуха от напорного турбокомпрессора направляется через трубы 20 и затем сбрасывается в зону низкого давления при расширении через отверстия 21, где также, как и воздух поршня, участвует в дожигании топлива. При более интенсивном нагреве корпуса может быть организовано охлаждение жидкостью с отводом тепла через радиатор (на черт. не показано), что ведет к потере тепла в окружающую среду. Можно организовать охлаждение магнитной жидкостью, циркулирующей под воздействием электродвижущей силы катушек индукции - перенос тепла при этом осуществляется от более горячей части корпуса (зона горения) в более холодную (зоны впуска и сжатия воздуха), где тепло передается воздуху, хотя это с термодинамической точки зрения и не бесспорно. С одной стороны тепло не теряется, а с другой - увеличиваются затраты на сжатие более горячего воздуха. В качестве жидкости охлаждения может быть использован электролит, тогда возможно конструктивное совмещение аккумулятора с частью корпуса (фиг. 4), что снижает суммарные габариты и массу машины. На фиг. 5 в качестве варианта изображена конструкция ДВС в виде замкнутой спирали, что позволяет осуществлять движение всех поршней по всем корпусам непрерывно. Если прокладки 28 выполнять токо(магнито)проницаемыми, то корпус в виде тора можно представить как трансформатор, тогда запитку током ускоряющей катушки, можно осуществить в режиме трансформатора. Регулирование степени сжатия может быть осуществлено изменением силы тока в ускоряющей катушке, что позволяет считать предлагаемый двигатель универсальным по топливу. Более энергичный пуск двигателя может быть осуществлен путем переключения и катушки 7 на режим ускорения, изменив направление движения тока в катушке. Разумеется, ДВС может быть создан и для работы в режиме 2-х тактного, что позволит увеличить единичную мощность двигателя. При работе двигателя с карбюратором ДВС необходимо оснастить соответствующей системой зажигания - искровой или накаливания путем установки, например, дополнительной катушки ТВЧ, разогревающей в зоне зажигания металлическое кольцо, запрессованное в металлокерамику корпуса. При выполнении корпуса или отдельного сектора его из пористой металлокерамики можно через нее под внешним давлением осуществлять подачу масла для смазки пары "корпус(цилиндр) - поршень" (по аналогии с подачей воды [4]). In the working position, the piston moves in the direction of the arrow. If the piston is accelerated (and this takes place in the coil 6), then the
В заключение следует отметить, что в сечении корпус может быть не только в виде круга, но и другой формы: овал, квадрат и т.п. In conclusion, it should be noted that in cross section the body can be not only in the form of a circle, but also in a different shape: oval, square, etc.
Конструкция обладает повышенной степенью компактности. The design has a high degree of compactness.
Основной принцип конструкции - ускорение движения поршня, имеет вполне реальный прототип, так называемую электромагнитную пушку [5]. The basic design principle - accelerating the movement of the piston, has a very real prototype, the so-called electromagnetic gun [5].
Попутно, учитывая, что в устройстве циркулируют электротоки большой мощности, можно реализовать и очистку дымовых газов от окислов азота и серы, поскольку, как известно, что пропуская ток через выхлопные газы дизеля, можно снизить содержание окислов азота и серы в 20 раз [6]. Along the way, given that high-power currents circulate in the device, it is possible to realize flue gas purification from nitrogen and sulfur oxides, since, as you know, by passing a current through the diesel exhaust gas, it is possible to reduce the content of nitrogen and sulfur oxides by 20 times [6] .
Источники информации, принятые во внимание
1. "Двигатели внутреннего сгорания" под ред. А.С.Орлина, М.Г.Круглова М. , "Машиностроение", 1980, ст. 265
2. "Двигатели с переменной степенью сжатия" В.П.Демидов М., "Машиностроение", 1978.Sources of information taken into account
1. "Internal combustion engines", ed. A.S. Orlina, M.G. Kruglova M., "Engineering", 1980, art. 265
2. "Engines with variable compression ratio" V. P. Demidov M., "Mechanical Engineering", 1978.
3. Ф.Е.Евдокимов "Теоретические основы электротехники" Изд. "Высшая школа" М., 1968, стр. 175 - 188. 3. F.E. Evdokimov "Theoretical Foundations of Electrical Engineering" Ed. "Higher School" M., 1968, pp. 175 - 188.
4. Ж."Изобретатель и рационализатор" N 3, 1996, стр 24 (рубрика 1Б). 4. J. "Inventor and rationalizer" N 3, 1996, p. 24 (column 1B).
5. Патент США N 4870888 кл. F 41 F 1/02 "Ускоритель движущейся волны электромагнитной пушки". 5. US patent N 4870888 class. F 41
6. Ж."Изобретатель и рационализатор" N 4 1996, стр. 25 (рубрика 3В-24). 6. J. "Inventor and rationalizer" N 4 1996, p. 25 (rubric 3B-24).
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96111125A RU2117785C1 (en) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | Free-piston internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96111125A RU2117785C1 (en) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | Free-piston internal combustion engine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2117785C1 true RU2117785C1 (en) | 1998-08-20 |
RU96111125A RU96111125A (en) | 1998-09-10 |
Family
ID=20181414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96111125A RU2117785C1 (en) | 1996-06-03 | 1996-06-03 | Free-piston internal combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2117785C1 (en) |
-
1996
- 1996-06-03 RU RU96111125A patent/RU2117785C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Двигатели внутреннего сгорания/Под ред. А.С.Орлина и М.Г.Круглова. - М.: Машиностроение, 1985, с.265. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6415607B1 (en) | High efficiency, air bottoming engine | |
US4683852A (en) | Internal combustion engine having rotating pistons | |
JP3607909B2 (en) | Improvement of free piston engine | |
RU2186231C2 (en) | Free-piston engine | |
US3986796A (en) | Direct action compressor fitted with a one-piece piston | |
US6626650B1 (en) | Cyclically operated fluid displacement machine | |
US3902465A (en) | Rotary engine | |
RU2117785C1 (en) | Free-piston internal combustion engine | |
US4960082A (en) | Rotary vee engine | |
US4867107A (en) | Rotary vee engine | |
WO2003016701A1 (en) | Combined piston engine | |
US4487172A (en) | Sleeve valve internal combustion engine | |
US3799127A (en) | Pistonless rotary engine | |
US5029558A (en) | Rotary vee engine | |
US5009198A (en) | Rotary vee engine | |
JPH07158464A (en) | Four cycle piston type internal combustion engine | |
AU762530B2 (en) | Improvements to free-piston engines | |
RU2049243C1 (en) | Power plant | |
RU2152523C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU2109156C1 (en) | Mobile heat-electric power plant for ambulances | |
RU2037254C1 (en) | Electric generator integrated with internal combustion engine | |
US5014653A (en) | Rotary vee engine | |
CN103827465A (en) | Piston for a free piston engine generator | |
RU2765134C1 (en) | Two-stroke hybrid engine with piston air-scavanging compressor | |
RU2568696C2 (en) | Internal combustion engine with ring piston and central shaft of such engine |