RU2150014C1 - Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator - Google Patents

Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator Download PDF

Info

Publication number
RU2150014C1
RU2150014C1 RU99105110A RU99105110A RU2150014C1 RU 2150014 C1 RU2150014 C1 RU 2150014C1 RU 99105110 A RU99105110 A RU 99105110A RU 99105110 A RU99105110 A RU 99105110A RU 2150014 C1 RU2150014 C1 RU 2150014C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
deviation
output
engine
period
Prior art date
Application number
RU99105110A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Ф.И. Пинский
Т.Ф. Пинский
Original Assignee
Пинский Феликс Ильич
Пинский Тимур Феликсович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Пинский Феликс Ильич, Пинский Тимур Феликсович filed Critical Пинский Феликс Ильич
Priority to RU99105110A priority Critical patent/RU2150014C1/en
Priority to AU34672/00A priority patent/AU3467200A/en
Priority to PCT/RU2000/000087 priority patent/WO2000055482A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2150014C1 publication Critical patent/RU2150014C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
    • F02B71/04—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/18—Structural association of electric generators with mechanical driving motors, e.g. with turbines
    • H02K7/1869—Linear generators; sectional generators
    • H02K7/1876—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts
    • H02K7/1884—Linear generators; sectional generators with reciprocating, linearly oscillating or vibrating parts structurally associated with free piston engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F02B63/041—Linear electric generators

Abstract

FIELD: linear ac generator drives. SUBSTANCE: engine is built up of self-contained modules. Each module has two opposing cylinders accommodating pistons which are coupled with linear generator armature. Electronic control unit functions to control elements injecting fuel in cylinders depending on frequency or working cycle repetition period deviation in cylinders and electric current phase deviation. Opposing cylinders may be mounted in common casing usually cylindrical in shape. Pistons may be built integral with armature to form two-way armature-and-piston assembly. Generators of cumulatively functioning modules may be combined for at least part of modules. EFFECT: improved operating efficiency and reliability of engine, reduced outburst, fuel consumption, size, and mass. 6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к свободнопоршневым двигателям внутреннего сгорания, предназначенным для привода линейных электрических генераторов переменного тока. The invention relates to free-piston internal combustion engines designed to drive linear electric alternators.

Известен свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим генератором переменного тока, содержащий, по меньшей мере, один автономно работающий модуль, включающий в себя два оппозитно расположенных цилиндра, в которых размещены поршни, жестко связанные между собой и якорем генератора, статор генератора с обмотками возбуждения, силовыми обмотками генерируемого тока, магнитопроводом и электронный блок управления с датчиками положения поршней и якоря генератора (см. патент США N 4532431, МПК F 02 B 71/04, 1985). Known free-piston internal combustion engine with a linear electric alternator, containing at least one autonomously working module, including two opposed cylinders, which are placed pistons rigidly interconnected with the generator armature, generator stator with field windings, power windings of the generated current, a magnetic circuit and an electronic control unit with position sensors of the pistons and the armature of the generator (see US patent N 4532431, IPC F 02 B 71/04, 1985).

Недостаток известного двигателя заключается в недостаточной эффективности работы двигателя вследствие невозможности согласованного управления работой органов топливоподачи отдельных модулей при отклонениях частоты и фазы генерируемого электрического тока от заданных значений. A disadvantage of the known engine is the insufficient efficiency of the engine due to the impossibility of coordinated control of the operation of the fuel supply of individual modules when the frequency and phase of the generated electric current deviate from the set values.

Задачей заявленного изобретения является повышение эффективности работы и надежности двигателя путем уменьшения расхода топлива, вредных выбросов, габаритов, собственной массы и стоимости, совершенствование компоновки. The objective of the claimed invention is to increase the efficiency and reliability of the engine by reducing fuel consumption, harmful emissions, dimensions, net weight and cost, improving the layout.

Поставленная задача решается тем, что свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим генератором переменного тока, содержащий, по меньшей мере, один автономно работающий модуль, включающий в себя два оппозитно расположенных цилиндра, в которых размещены поршни, жестко связанные между собой и якорем генератора, статор генератора с обмотками возбуждения, силовыми обмотками генерируемого тока, магнитопроводом и электронный блок управления с датчиками положения поршней и якоря генератора, выполнен с возможностью совместной работы нескольких автономных модулей на режимах, близких к оптимальной нагрузке, и с возможностью управления числом работающих модулей по командам электронных блоков управления на частичных нагрузках и содержит задающее устройство, имеющее первый выход, выдающий периодические сигналы, соответствующие заданной частоте или периоду повторения рабочих циклов в цилиндрах, по меньшей мере, для одного модуля, и вторые выходы, выдающие периодические сигналы, соответствующие заданной фазе генерируемого электрического тока для отдельного модуля, каждый электронный блок управления содержит канал формирования управляющего воздействия по отклонению частоты или периода повторения рабочих циклов, включающий в себя определитель отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов, входы которого соединены с первым выходом задающего устройства и выходами датчиков положения, и регулятор по отклонению частоты или периода повторения рабочих циклов, устанавливающий сигнал, определяющий величину подачи топлива, необходимую для поддержания заданной частоты или периода повторения рабочих циклов, вход которого связан с выходом определителя отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов, и канал формирования управляющего воздействия по отклонению фазы тока, включающий в себя определитель отклонения фазы тока, входы которого соединены со вторым выходом задающего устройства и выходами датчиков положения, нелинейный элемент с коэффициентом передачи, увеличивающимся с уменьшением отклонений частоты или периода повторения рабочих циклов, один вход которого соединен с выходом определителя отклонения фазы тока, а второй - с выходом определителя отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов, и регулятор по отклонению фазы тока, устанавливающий сигнал, определяющий величину подачи топлива, необходимую для поддержания заданной фазы тока при поддержании заданной частоты или периода повторения рабочих циклов, вход которого соединен с выходом нелинейного элемента, причем в каждом электронном блоке управления выполнен сумматор, входы которого соединены с выходами регуляторов по отклонениям частоты или периода повторения рабочих циклов и фазы тока, и формирователь-распределитель управляющих импульсов, входы которого соединены с датчиками положения и выходом сумматора, а выход - с управляющими механизмами органов топливоподачи в цилиндры, сумматор снабжен дополнительными входами, на которые с возможностью улучшения качества управления подаются сигналы от электронных блоков управления других агрегатов, совместно с которыми работает двигатель, поршни и цилиндры, по крайней мере, частично выполнены из магнитных материалов и являются частями магнитопровода генератора, два оппозитно расположенных цилиндра модуля объединены в один общий корпус, выполненный из чередующихся магнитных и немагнитных участков, а поршни модуля объединены в общий двухсторонний поршень-якорь, общий корпус выполнен цилиндрической формы, генератор выполнен общим для, по меньшей мере, части согласованно действующих модулей. The problem is solved in that a free-piston internal combustion engine with a linear electric alternator, comprising at least one autonomously working module, including two opposed cylinders, in which pistons are placed, rigidly interconnected with the generator armature, and a stator generator with field windings, power windings of the generated current, a magnetic circuit and an electronic control unit with position sensors of the pistons and the armature of the generator, made with the possibility of for the joint operation of several autonomous modules in modes close to the optimal load, and with the ability to control the number of working modules according to the commands of the electronic control units at partial loads, it contains a master device having a first output that produces periodic signals corresponding to a given frequency or repetition period of duty cycles in the cylinders of at least one module, and second outputs generating periodic signals corresponding to a given phase of the generated electric current for of an individual module, each electronic control unit contains a channel for generating a control action for the deviation of the frequency or the repetition period of the operating cycles, which includes a determinant of the deviation of the frequency or the repetition period of the operating cycles, the inputs of which are connected to the first output of the master device and the outputs of the position sensors, and a regulator for the deviation frequency or period of repetition of duty cycles, setting a signal that determines the amount of fuel supply necessary to maintain a given frequency or a period of repetition of duty cycles, the input of which is connected to the output of the determinant of the frequency deviation or period of repetition of the duty cycles, and a channel for generating a control action for the deviation of the current phase, including a determinant of the deviation of the current phase, the inputs of which are connected to the second output of the master device and the outputs of the position sensors, non-linear element with a transmission coefficient increasing with decreasing frequency deviations or the repetition period of the operating cycles, one input of which is connected to the output, determine I deviate the phase of the current, and the second with the output of the determinant of the frequency deviation or the period of the repetition of the operating cycles, and the regulator for the deviation of the current phase sets the signal that determines the amount of fuel supply necessary to maintain the given phase of the current while maintaining the specified frequency or period of repetition of the operating cycles, the input of which is connected to the output of a nonlinear element, and in each electronic control unit an adder is made, the inputs of which are connected to the outputs of the regulators according to deviations of the frequency or period of working cycles and current phases, and a shaper-distributor of control pulses, the inputs of which are connected to position sensors and the output of the adder, and the output to the control mechanisms of the fuel supply to the cylinders, the adder is equipped with additional inputs to which signals from electronic control units of other units, with which the engine, pistons and cylinders work, are at least partially made of magnetic materials and are parts of magnesium generator top wires, two opposed cylinders of the module are combined into one common housing made of alternating magnetic and non-magnetic sections, and the pistons of the module are combined into a common double-sided piston-armature, the common housing is cylindrical, the generator is made common for at least part of the existing modules.

На фиг. 1 показана схема одного модуля заявленного двигателя, фиг. 2 - вариант выполнения модуля с общим корпусом, фиг. 3 - вариант выполнения модуля с общим корпусом цилиндрической формы. In FIG. 1 shows a diagram of one module of the claimed engine, FIG. 2 shows an embodiment of a module with a common housing; FIG. 3 is an embodiment of a module with a common cylindrical body.

Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим генератором переменного тока показан на примере одного модуля, содержащего два оппозитно расположенных цилиндра и линейный электрический генератор переменного тока, возбуждаемый продольными перемещениями магнитного потока. A free-piston internal combustion engine with a linear electric alternator is shown as an example of one module containing two opposed cylinders and a linear electric alternator excited by longitudinal displacements of the magnetic flux.

Двигатель выполнен с возможностью совместной работы нескольких автономных модулей на режимах, близких к оптимальной нагрузке, и с возможностью управления числом работающих модулей по командам электронных блоков управления на частичных нагрузках. The engine is made with the possibility of the joint operation of several autonomous modules in modes close to the optimal load, and with the ability to control the number of working modules by commands of electronic control units at partial loads.

Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим генератором переменного тока содержит, по меньшей мере, один автономно работающий модуль, включающий в себя два оппозитно расположенных цилиндра 1, в которых размещены поршни 2, жестко связанные между собой штоком 3, на котором размещен якорь 4 генератора. Статор генератора содержит обмотки 5 возбуждения, магнитопровод 6, силовые обмотки 7 генерируемого тока. Жидкое или газообразное топливо в цилиндры двигателя подается через электрически управляемые форсунки или насос-форсунки 8. Положение поршней 2 и якоря 4 контролируется датчиками 9 положения поршней 2 и якоря 4. Якорь 4 расположен внутри статора с возможностью возвратно-поступательного движения внутри последнего и содержит только магнитопровод. A free-piston internal combustion engine with a linear electric alternator contains at least one autonomously working module, which includes two opposed cylinders 1, in which pistons 2 are placed, rigidly interconnected by a rod 3, on which the generator armature 4 is placed. The stator of the generator contains excitation windings 5, a magnetic circuit 6, power windings 7 of the generated current. Liquid or gaseous fuel is supplied to the engine cylinders through electrically controlled nozzles or pump nozzles 8. The position of the pistons 2 and the armature 4 is controlled by the sensors 9 of the position of the pistons 2 and the armature 4. The armature 4 is located inside the stator with the possibility of reciprocating movement inside the latter and contains only magnetic circuit.

Обмотки 5 возбуждения и силовые обмотки 7 генератора неподвижно установлены в статоре. Field windings 5 and power windings 7 of the generator are fixedly mounted in the stator.

Якоря и статоры генераторов могут быть общими для нескольких модулей, как раздельно, так и совместно в виде общего генератора. Anchors and stators of generators can be common to several modules, both separately and jointly in the form of a common generator.

Двигатель содержит задающее устройство 10, имеющее первый выход 11, выдающий периодические сигналы, соответствующие заданной частоте или периоду повторения рабочих циклов в цилиндрах, по меньшей мере, для одного модуля, и вторые выходы 12, 13, 14, выдающие периодические сигналы, соответствующие заданной фазе генерируемого электрического тока для отдельного модуля. Каждый электронный блок 15 управления содержит канал 16 формирования управляющего воздействия по отклонению частоты или периода повторения рабочих циклов, включающий в себя определитель 17 отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов, входы которого соединены с первым выходом 11 задающего устройства 10 и выходами датчиков 9 положения, и регулятор 18 по отклонению частоты или периода повторения рабочих циклов, устанавливающий сигнал, определяющий величину подачи топлива, необходимую для поддержания заданной частоты или периода повторения рабочих циклов, вход которого связан с выходом определителя 17 отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов. The engine contains a master device 10, having a first output 11, issuing periodic signals corresponding to a given frequency or period of repetition of duty cycles in the cylinders of at least one module, and second outputs 12, 13, 14, issuing periodic signals corresponding to a given phase generated electric current for an individual module. Each electronic control unit 15 comprises a channel 16 for generating a control action for deviating the frequency or the repetition period of the operating cycles, including a determinant 17 for deviating the frequency or repetition period of the operating cycles, the inputs of which are connected to the first output 11 of the setting device 10 and the outputs of the position sensors 9, and a regulator 18 for deviating the frequency or the period of the repetition of duty cycles, setting a signal that determines the amount of fuel supply necessary to maintain a given frequency or period ovtoreniya cycles, input of which is connected to the output 17 of the frequency deviation determinant or period of repetition cycles.

Кроме того, электронный блок 15 управления содержит канал 19 формирования управляющего воздействия по отклонению фазы тока, включающий в себя определитель 20 отклонения фазы тока, входы которого соединены со вторым выходом 13 задающего устройства 10 и выходами датчиков 9 положения, нелинейный элемент 21 с коэффициентом передачи, увеличивающимся с уменьшением отклонений частоты или периода повторения рабочих циклов, один вход которого соединен с выходом определителя 20 отклонения фазы тока, а второй - с выходом определителя 17 отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов, и регулятор 22 по отклонению фазы тока, устанавливающий сигнал, определяющий величину подачи топлива, необходимую для поддержания заданной фазы тока при поддержании заданной частоты или периода повторения рабочих циклов, вход которого соединен с выходом нелинейного элемента 21. В каждом электронном блоке 15 управления выполнен сумматор 23, входы которого соединены с выходами регуляторов 18 и 22 по отклонениям частоты или периода повторения рабочих циклов и фазы тока, и формирователь-распределитель 24 управляющих импульсов, входы которого соединены с датчиками 9 положения и выходом сумматора 23, а выход - с управляющим механизмом органа топливоподачи (форсунки или насос-форсунки 8) соответствующего цилиндра модуля. In addition, the electronic control unit 15 comprises a channel 19 for generating a control action for the current phase deviation, including a current phase deviation determiner 20, the inputs of which are connected to the second output 13 of the driver 10 and the outputs of the position sensors 9, a nonlinear element 21 with a transmission coefficient, increasing with decreasing frequency deviations or the repetition period of the operating cycles, one input of which is connected to the output of the current phase deviation determiner 20, and the second with the output of the frequency deviation determiner 17 or the period of the repetition of duty cycles, and the controller 22 for the deviation of the phase of the current, which sets the signal that determines the amount of fuel supply needed to maintain a given phase of the current while maintaining a given frequency or period of repetition of duty cycles, the input of which is connected to the output of the nonlinear element 21. In each electronic the control unit 15 has an adder 23, the inputs of which are connected to the outputs of the regulators 18 and 22 according to deviations of the frequency or repetition period of the operating cycles and current phase, and the shaper-distributor 24 pack level pulses, the inputs of which are connected to the position sensors 9 and the output of the adder 23, and the output to the control mechanism of the fuel supply body (nozzle or pump nozzle 8) of the corresponding cylinder of the module.

Поршни 2 и цилиндры 1, по крайней мере, частично могут быть выполнены из магнитных материалов и являться частями магнитопроводов соответственно якоря 4 и статора 6 генератора (см. фиг. 2 и фиг. 3). Магнитными могут быть и их соединительные и установочные детали, например штоки 3. Pistons 2 and cylinders 1, at least partially, can be made of magnetic materials and are parts of the magnetic circuits of the armature 4 and stator 6 of the generator, respectively (see Fig. 2 and Fig. 3). Their connecting and mounting parts, for example rods 3, may be magnetic.

Два оппозитно расположенных цилиндра 1 модуля могут быть объединены в один общий корпус 25, выполненный из чередующихся магнитных 26 и немагнитных 27 участков. Поршни 2 модуля могут быть объединены вместе с якорем 44 в общий двухсторонний поршень-якорь 28. Общий корпус 25 может быть выполнен цилиндрической формы (см. фиг. 3). Two opposed cylinders 1 of the module can be combined into one common housing 25, made of alternating magnetic 26 and non-magnetic 27 sections. The pistons 2 of the module can be combined together with the anchor 44 into a common double-sided piston-armature 28. The common housing 25 can be made of a cylindrical shape (see Fig. 3).

В целях уравновешивания осевых сил могут применяться сдвоенные модули, синхронно работающие в противоположных направлениях. In order to balance axial forces, dual modules can be used synchronously operating in opposite directions.

Общее число единичных или сдвоенных модулей равно или кратно числу фаз генерируемого переменного тока. The total number of single or dual modules is equal to or a multiple of the number of phases of the generated alternating current.

Двигатель может быть выполнен с генераторами общими для, по меньшей мере, части согласованно действующих модулей. The engine can be made with generators common to at least part of the coordinated modules.

С выходов 13, 14 и других, не показанных на чертеже, задающего устройства 10 выдаются периодические сигналы, фазы которых соответствуют заданным для других модулей, не показанных на чертеже. Эти фазы в частном случае могут совпадать с фазой, заданной для представленного на чертеже модуля и выдаваемой на выходе 12, но в общем случае они равномерно смещены соответственно заданному числу фаз генерируемого электрического тока и соответствуют заданным для не показанных на чертеже, следующих по заданному порядку работы других модулей. From outputs 13, 14 and others, not shown in the drawing, of the driving device 10, periodic signals are generated whose phases correspond to those set for other modules not shown in the drawing. These phases in the particular case may coincide with the phase specified for the module shown in the drawing and output at the output 12, but in the general case they are uniformly biased according to the specified number of phases of the generated electric current and correspond to those set for those not shown in the drawing, following the given operating order other modules.

При больших отклонениях частоты или периода повторения рабочих циклов в цилиндрах в блоке управления 15 действует только канал 16 формирования управляющих воздействий по отклонению частоты или периода повторения рабочих циклов в цилиндрах. В результате работы этого канала согласно реализуемому в регуляторе 18 алгоритму управления по отклонению частоты или периода повторения рабочих циклов в цилиндрах отклонение частоты или периода уменьшается. При малых отклонениях частоты или периода повторения рабочих циклов в цилиндрах начинает действовать и канал 19 формирования управляющих воздействий по отклонению фазы тока, обеспечивающий полное устранение отклонения частоты или периода рабочих циклов в цилиндрах и уменьшение отклонения фазы тока вплоть до полного устранения и этого отклонения согласно реализуемому в регуляторе 21 алгоритму управления по отклонению фазы. With large deviations of the frequency or repetition period of the operating cycles in the cylinders in the control unit 15, only the channel 16 for generating control actions for the deviation of the frequency or repetition period of the operating cycles in the cylinders is valid. As a result of the operation of this channel, according to the control algorithm implemented in the controller 18 according to the deviation of the frequency or the repetition period of the operating cycles in the cylinders, the deviation of the frequency or period is reduced. With small deviations of the frequency or the period of the repetition of duty cycles in the cylinders, the channel 19 for generating control actions for the deviation of the current phase begins to act, providing a complete elimination of the deviation of the frequency or period of the duty cycles in the cylinders and reducing the deviation of the current phase until it is completely eliminated according to the controller 21 to the control algorithm for the phase deviation.

В конечном счете все модули двигателя работают с одинаковой заданной частотой при равномерном чередовании или, если требуется, совпадении фаз вырабатываемого переменного тока. Ultimately, all engine modules operate at the same set frequency with uniform rotation or, if required, phase matching of the generated alternating current.

Особенностью заявленного двигателя является возможность совместной работы всех модулей на режимах максимальной нагрузки и возможность отключения по командам электронных блоков управления части модулей по мере снижения нагрузки для того, чтобы в любых режимах обеспечивалась нагрузка каждого из работающих модулей, близкая к оптимальной. A feature of the claimed engine is the possibility of the joint operation of all modules at maximum load and the ability to disconnect part of the modules by commands of electronic control units as the load decreases so that in all modes the load of each of the working modules is close to optimal.

При этом составные элементы электронного блока управления (задающее устройство, определитель отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов, регулятор по отклонению частоты или периода повторения рабочих циклов, определитель отклонения фазы тока, нелинейный элемент, регулятор по отклонению фазы тока, сумматор и формирователь-распределитель управляющих импульсов) могут быть выполнены аналогично описанным в следующих книгах:
Солодовников В. В. и др. Теория автоматического управления техническими системами: - М.: МГТУ, 1993, с. 23-29, 206,
Покровский Г.П. и др. Электронное управление автомобильными двигателями: - М.: Машиностроение, 1994, с. 61-73, 95,
Пинский Ф.И. Основы синтеза микропроцессорных систем управления дизелей: - Коломна, ВЗПИ, 1989, с. 45-54, 69-72.In this case, the constituent elements of the electronic control unit (master device, determinant of frequency deviation or period of repetition of operating cycles, regulator for deviation of frequency or period of repetition of operating cycles, determinant of deviation of current phase, nonlinear element, regulator of deviation of current phase, adder and driver shaper pulses) can be performed similarly to those described in the following books:
Solodovnikov V.V. et al. Theory of automatic control of technical systems: - M .: MSTU, 1993, p. 23-29, 206,
Pokrovsky G.P. et al. Electronic control of automobile engines: - M.: Mechanical Engineering, 1994, p. 61-73, 95,
Pinsky F.I. Fundamentals of the synthesis of microprocessor control systems for diesel engines: - Kolomna, VZPI, 1989, p. 45-54, 69-72.

Основные преимущества предлагаемого свободнопоршневого двигателя с линейным электрическим генератором переменного тока заключаются в следующем:
возможность удовлетворения даже на традиционных топливах экологических требований не хуже EURO - 3 за счет работы модулей на одном скоростном и мощностном режиме при высоком уровне индивидуальной оптимизации рабочего процесса по экономическим и экологическим параметрам в каждом цикле каждого цилиндра и минимизации длительности переходных процессов;
возможность минимизации уровней вибрации, шума и пульсации выпрямленного тока увеличением числа модулей и соответственно числа фаз генерируемого переменного тока;
возможность секционирования двигатель-генератора для оптимального рассредоточения отдельных модулей в несущих конструкциях кузова транспортного средства, например выполнения в виде плоского минимизированного по высоте набора модулей, располагаемого в крыше, что обеспечивает оптимизацию конструкции транспортного средства по удобству размещения пассажиров или груза, в частности, снижением уровня пола;
возможность минимизации габаритов модулей увеличением их числа в составе двигатель-генератора;
возможность выполнения двигатель-генераторов разной мощности простым изменением числа стандартизованных модулей;
возможность регулирования генерируемой мощности изменением числа работающих модулей; расход масла на порядок меньше, чем у обычных дизель-генераторов;
уменьшенный расход электроэнергии на запуск путем запуска только первого модуля от внешнего источника электроэнергии;
более простая унифицируемая технология изготовления;
повышенная живучесть и надежность энергоустановки при любых аварийных отказах любой части модулей, вплоть до обеспечения движения транспортного средства на единственном сохранившем работоспособность модуле.The main advantages of the proposed free piston engine with a linear electric alternator are as follows:
the ability to satisfy environmental requirements even on conventional fuels no worse than EURO - 3 due to the operation of the modules at the same high-speed and power mode with a high level of individual optimization of the working process according to economic and environmental parameters in each cycle of each cylinder and minimizing the duration of transient processes;
the ability to minimize levels of vibration, noise and ripple of the rectified current by increasing the number of modules and, accordingly, the number of phases of the generated alternating current;
the possibility of sectioning the engine generator for optimal dispersion of individual modules in the supporting structures of the vehicle body, for example, in the form of a flat set of modules minimized in height located in the roof, which ensures optimization of the vehicle design for the convenience of placing passengers or cargo, in particular, by lowering the level gender
the ability to minimize the dimensions of the modules by increasing their number in the engine generator;
the ability to perform engine generators of different capacities by simply changing the number of standardized modules;
the ability to control the generated power by changing the number of working modules; oil consumption is an order of magnitude less than conventional diesel generators;
reduced power consumption for starting by starting only the first module from an external source of electricity;
simpler, unified manufacturing technology;
increased survivability and reliability of the power plant in case of any emergency failures of any part of the modules, up to ensuring the movement of the vehicle on the only module that has remained operational.

Все оригинальные конструктивные и алгоритмические решения, предлагаемые в заявленном двигателе, экспериментально проверены в опытных или макетных образцах. All original structural and algorithmic solutions offered in the claimed engine are experimentally tested in prototypes or prototypes.

Заявленный двигатель может быть применен на транспортных средствах с электропередачами и в качестве стационарного двигатель-генератора. The claimed engine can be used on vehicles with power transmission and as a stationary engine generator.

Claims (6)

1. Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим генератором переменного тока, содержащий, по меньшей мере, один автономно работающий модуль, включающий в себя два оппозитно расположенных цилиндра, в которых размещены поршни, жестко связанные между собой и якорем генератора, статор генератора с обмотками возбуждения, силовыми обмотками генерируемого тока, магнитопроводом и электронный блок управления с датчиками положения поршней и якоря генератора, отличающийся тем, что двигатель выполнен с возможностью совместной работы нескольких автономных модулей на режимах, близких к оптимальной нагрузке, и с возможностью управления числом работающих модулей по командам электронных блоков управления на частичных нагрузках, двигатель содержит задающее устройство, имеющее первый выход, выдающий периодические сигналы, соответствующие заданной частоте или периоду повторения рабочих циклов в цилиндрах, по меньшей мере, для одного модуля, и вторые выходы, выдающие периодические сигналы, соответствующие заданной фазе генерируемого электрического тока для одного модуля, каждый электронный блок управления содержит канал формирования управляющего воздействия по отклонению частоты или периода повторения рабочих циклов, включающий в себя определитель отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов, входы которого соединены с первым выходом задающего устройства и выходами датчиков положения, и регулятор по отклонению частоты или периода повторения рабочих циклов, устанавливающий сигнал, определяющий величину подачи топлива, необходимую для поддержания заданной частоты или периода повторения рабочих циклов, вход которого связан с выходом определителя отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов, и канал формирования управляющего воздействия по отклонению фазы тока, включающий в себя определитель отклонения фазы тока, входы которого соединены со вторым выходом задающего устройства и выходами датчиков положения, нелинейный элемент с коэффициентом передачи, увеличивающимся с уменьшением отклонений частоты или периода повторения рабочих циклов, один вход которого соединен с выходом определителя отклонения фазы тока, а второй - с выходом определителя отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов, и регулятор по отклонению фазы тока, устанавливающий сигнал, определяющий величину подачи топлива, необходимую для поддержания заданной фазы тока при поддержании заданной частоты или периода повторения рабочих циклов, вход которого соединен с выходом нелинейного элемента, причем в каждом электронном блоке управления выполнен сумматор, входы которого соединены с выходами регуляторов по отклонениям частоты или периода повторения рабочих циклов и фазы тока, и формирователь-распределитель управляющих импульсов, входы которого соединены с датчиками положения и выходом сумматора, а выход - с управляющими механизмами органов топливоподачи в цилиндры. 1. A free-piston internal combustion engine with a linear electric alternator, comprising at least one autonomously working module, including two opposed cylinders, in which pistons are placed, rigidly interconnected with the generator armature, a generator stator with field windings , power windings of the generated current, the magnetic circuit and an electronic control unit with position sensors of the pistons and the armature of the generator, characterized in that the engine is configured to the simultaneous operation of several stand-alone modules in modes close to the optimal load, and with the ability to control the number of working modules according to the commands of the electronic control units at partial loads, the engine contains a master device having a first output that generates periodic signals corresponding to a given frequency or repetition period of duty cycles in the cylinders of at least one module, and second outputs generating periodic signals corresponding to a given phase of the generated electric current for one module, each electronic control unit contains a channel for generating a control action for the deviation of the frequency or repetition period of the operating cycles, which includes a determinant of the deviation of the frequency or repetition period of the operating cycles, the inputs of which are connected to the first output of the master device and the outputs of the position sensors, and the controller the deviation of the frequency or the repetition period of the operating cycles, setting a signal that determines the amount of fuel supply necessary to maintain a given frequency or a period of repetition of duty cycles, the input of which is connected to the output of the determinant of the frequency deviation or period of repetition of the duty cycles, and a channel for generating a control action for the deviation of the current phase, including a determinant of the deviation of the current phase, the inputs of which are connected to the second output of the master device and the outputs of the position sensors, non-linear element with a transmission coefficient increasing with decreasing frequency deviations or the repetition period of the operating cycles, one input of which is connected to the output, determine For deviation of the current phase, and the second with the output of the determinant of the frequency deviation or the period of the repetition of the operating cycles, and the regulator for the deviation of the current phase, which sets the signal that determines the amount of fuel supply necessary to maintain the specified phase of the current while maintaining the specified frequency or period of repetition of the operating cycles, the input of which is connected to the output of a nonlinear element, and in each electronic control unit an adder is made, the inputs of which are connected to the outputs of the regulators according to frequency or period deviations Thoren cycles and phases of current, and generator-distributor control pulses, the inputs of which are connected to the position sensors and the output of the adder, and the output - to the control mechanisms enforcement fuel into the cylinders. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что сумматор снабжен дополнительными входами, на которые с возможностью улучшения качества управления подаются сигналы от электронных блоков управления других агрегатов, совместно с которыми работает двигатель. 2. The engine according to claim 1, characterized in that the adder is equipped with additional inputs, to which, with the possibility of improving the quality of control, signals are sent from electronic control units of other units, with which the engine works. 3. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что поршни и цилиндры, по крайней мере частично, выполнены из магнитных материалов и являются частями магнитопровода генератора. 3. The engine according to claims 1 and 2, characterized in that the pistons and cylinders, at least in part, are made of magnetic materials and are parts of the magnetic circuit of the generator. 4. Двигатель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что два оппозитно расположенных цилиндра модуля объединены в один общий корпус, выполненный из чередующихся магнитных и немагнитных участков, а поршни модуля объединены в общий двусторонний поршень-якорь. 4. The engine according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the two opposed cylinders of the module are combined into one common housing made of alternating magnetic and non-magnetic sections, and the pistons of the module are combined into a common two-sided piston-armature. 5. Двигатель по п.4, отличающийся тем, что общий корпус выполнен цилиндрической формы. 5. The engine according to claim 4, characterized in that the common housing is cylindrical. 6. Двигатель по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что двигатель выполнен с генераторами, общими для, по меньшей мере части, согласованно действующих модулей. 6. The engine according to any one of paragraphs.1 to 3, characterized in that the engine is made with generators common to at least part of coordinated modules.
RU99105110A 1999-03-16 1999-03-16 Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator RU2150014C1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99105110A RU2150014C1 (en) 1999-03-16 1999-03-16 Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator
AU34672/00A AU3467200A (en) 1999-03-16 2000-03-15 Internal combustion engine with a linear electric a.c. generator
PCT/RU2000/000087 WO2000055482A1 (en) 1999-03-16 2000-03-15 Internal combustion engine with a linear electric a.c. generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99105110A RU2150014C1 (en) 1999-03-16 1999-03-16 Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2150014C1 true RU2150014C1 (en) 2000-05-27

Family

ID=20217121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99105110A RU2150014C1 (en) 1999-03-16 1999-03-16 Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator

Country Status (3)

Country Link
AU (1) AU3467200A (en)
RU (1) RU2150014C1 (en)
WO (1) WO2000055482A1 (en)

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503834C1 (en) * 2012-11-08 2014-01-10 Николай Борисович Болотин Plunger-free engine
RU2503835C1 (en) * 2012-11-14 2014-01-10 Николай Борисович Болотин Plunger-free engine
RU2504672C1 (en) * 2012-11-08 2014-01-20 Николай Борисович Болотин Plunger-free engine
RU2508459C1 (en) * 2012-11-26 2014-02-27 Николай Борисович Болотин Plunger-free engine
RU2509225C2 (en) * 2012-10-19 2014-03-10 Геннадий Леонидович Багич Device to convert heat energy into electrical power
RU2511799C1 (en) * 2013-03-14 2014-04-10 Николай Борисович Болотин Free-piston engine
RU2513075C1 (en) * 2013-05-13 2014-04-20 Николай Борисович Болотин Four-cylinder plunger-free engine
RU2514970C1 (en) * 2013-03-14 2014-05-10 Николай Борисович Болотин Plunger-free four-cylinder engine
RU2516768C1 (en) * 2013-05-21 2014-05-20 Николай Борисович Болотин Plunger-free four-cylinder engine
RU2516767C1 (en) * 2013-05-07 2014-05-20 Николай Борисович Болотин Plunger-free four-cylinder engine
RU2517956C1 (en) * 2013-05-13 2014-06-10 Николай Борисович Болотин Plunger-free engine
RU2537995C2 (en) * 2013-11-11 2015-01-10 Геннадий Леонидович Багич Device converting thermal energy to electricity
RU2652092C1 (en) * 2017-06-19 2018-04-25 Анатолий Александрович Рыбаков Method for conversion of thermal energy to electrical energy by a two-cylinder free piston power module with opposite motion of pistons, linear power generator and heat exchanger
RU2654689C1 (en) * 2017-08-07 2018-05-22 Анатолий Александрович Рыбаков Method of the thermal energy transformation to electricity by the two-cylinder free linked energy-module with the opposite pistons movement, linear electric generator, heat exchanger and refrigerator
RU2655684C1 (en) * 2017-08-07 2018-05-29 Анатолий Александрович Рыбаков Method of the thermal energy transformation to electricity by the two-cylinder free linked energy-module with the heat exchanger and linear electric generator
RU195112U1 (en) * 2019-10-16 2020-01-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator
RU197366U1 (en) * 2019-11-05 2020-04-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH LINEAR GENERATOR
RU2730633C1 (en) * 2019-11-05 2020-08-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технический университет им. В.Г. Шухова" Free-piston internal combustion engine with linear generator
RU2731454C1 (en) * 2019-10-16 2020-09-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE525796C2 (en) * 2002-09-16 2005-04-26 Volvo Technology Corp Energy converter arranged to adjust its output power according to the load required
AT508410B1 (en) 2009-07-13 2013-08-15 Ve Vienna Engineering Forschungs Und Entwicklungs Gmbh VIBRATION COMPENSATED FREE-PISTON ENGINE
EP2459848A2 (en) * 2009-07-28 2012-06-06 Dynatronic GmbH Energy conversion device
DE102009040051B4 (en) 2009-09-03 2014-05-08 Siemens Aktiengesellschaft Free piston machine with magnetic bearing of the piston
CZ2009860A3 (en) * 2009-12-17 2011-02-16 Ceské vysoké ucení technické v Praze Linear free-piston engine-generator
EP2612007A4 (en) 2010-08-24 2015-05-06 Jesper Soberg Free-piston engine with linear power generator
US9332351B2 (en) 2013-02-11 2016-05-03 Apple Inc. Long-throw acoustic transducer
RU2612494C1 (en) * 2016-04-20 2017-03-09 Анатолий Александрович Рыбаков Temperature control method of piston group with outside combustion chamber of power module
ES2691568B1 (en) * 2017-01-26 2019-09-26 Talleres Nunez Sierra S L Linear motion electric generator motor
CN110608094B (en) * 2019-09-20 2022-12-16 山东休普动力科技股份有限公司 Back-mounted double-winding double-piston type free piston linear generator with motor

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3766399A (en) * 1972-10-19 1973-10-16 M Demetrescu Combustion engine driven generator including spring structure for oscillating the inductor at the mechanical resonant frequency between power strokes
SU985365A1 (en) * 1981-01-21 1982-12-30 За витель всссош л В.А. Долгушев 1 Пй.гЕ«тао TEX ISCKAi; « л отасл Free piston engine
DE3139357C2 (en) * 1981-10-02 1984-02-02 Zuv "Progress", Sofija Process for generating electricity in a cyclical combustion process

Cited By (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2509225C2 (en) * 2012-10-19 2014-03-10 Геннадий Леонидович Багич Device to convert heat energy into electrical power
RU2504672C1 (en) * 2012-11-08 2014-01-20 Николай Борисович Болотин Plunger-free engine
RU2503834C1 (en) * 2012-11-08 2014-01-10 Николай Борисович Болотин Plunger-free engine
RU2503835C1 (en) * 2012-11-14 2014-01-10 Николай Борисович Болотин Plunger-free engine
RU2508459C1 (en) * 2012-11-26 2014-02-27 Николай Борисович Болотин Plunger-free engine
RU2511799C1 (en) * 2013-03-14 2014-04-10 Николай Борисович Болотин Free-piston engine
RU2514970C1 (en) * 2013-03-14 2014-05-10 Николай Борисович Болотин Plunger-free four-cylinder engine
RU2516767C1 (en) * 2013-05-07 2014-05-20 Николай Борисович Болотин Plunger-free four-cylinder engine
RU2517956C1 (en) * 2013-05-13 2014-06-10 Николай Борисович Болотин Plunger-free engine
RU2513075C1 (en) * 2013-05-13 2014-04-20 Николай Борисович Болотин Four-cylinder plunger-free engine
RU2516768C1 (en) * 2013-05-21 2014-05-20 Николай Борисович Болотин Plunger-free four-cylinder engine
RU2537995C2 (en) * 2013-11-11 2015-01-10 Геннадий Леонидович Багич Device converting thermal energy to electricity
RU2652092C1 (en) * 2017-06-19 2018-04-25 Анатолий Александрович Рыбаков Method for conversion of thermal energy to electrical energy by a two-cylinder free piston power module with opposite motion of pistons, linear power generator and heat exchanger
RU2654689C1 (en) * 2017-08-07 2018-05-22 Анатолий Александрович Рыбаков Method of the thermal energy transformation to electricity by the two-cylinder free linked energy-module with the opposite pistons movement, linear electric generator, heat exchanger and refrigerator
RU2655684C1 (en) * 2017-08-07 2018-05-29 Анатолий Александрович Рыбаков Method of the thermal energy transformation to electricity by the two-cylinder free linked energy-module with the heat exchanger and linear electric generator
RU195112U1 (en) * 2019-10-16 2020-01-15 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator
RU2731454C1 (en) * 2019-10-16 2020-09-03 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator
RU197366U1 (en) * 2019-11-05 2020-04-23 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова" FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH LINEAR GENERATOR
RU2730633C1 (en) * 2019-11-05 2020-08-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный технический университет им. В.Г. Шухова" Free-piston internal combustion engine with linear generator

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000055482A1 (en) 2000-09-21
AU3467200A (en) 2000-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2150014C1 (en) Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator
KR100809893B1 (en) A device including a combustion engine and a vehicle
US7116004B2 (en) Method for regulating the operation of a device for generating electric energy by means of a generator driven by a free-piston internal combustion engine
US6541875B1 (en) Free piston engine with electrical power output
US3766399A (en) Combustion engine driven generator including spring structure for oscillating the inductor at the mechanical resonant frequency between power strokes
JPH01313634A (en) Computer-control optimizing hybrid engine
PL175859B1 (en) Linear electric powergenerator
CN1845847A (en) Propulsion system for ships
CN102292534A (en) Engine control system having gradual cylinder cutout
US20120216770A1 (en) Mobile work machine having an integrated starter generator
US11846230B2 (en) Adaptive linear linked piston electric power generator
CN112087102B (en) Range extender power generation device and vehicle
KR101543670B1 (en) Poly-generation system
Sadighi et al. A comparative study of permanent magnet linear alternator and hydraulic free-piston engines
EP1077318A1 (en) Power generator
JP2009008068A (en) Free-piston engine and its control method
US11746691B2 (en) Opposing piston synchronized linear engine-alternator (OPSLEA) for electrical power generation
JP2007062659A (en) Power source system of hybrid vehicle
EP1861600A1 (en) A power system for producing electricity from an internal combustion engine by means of a linear generator
TIKKANEN et al. Towards Free Piston Engine Applications
KR950006234A (en) Generator of automobile
RU94014938A (en) INTERNAL COMBUSTION MOTOR STARTING SYSTEM