RU2427717C1 - Impulse method of movement synchronisation of pistons of free piston duplex power module with common combustion chamber - Google Patents

Impulse method of movement synchronisation of pistons of free piston duplex power module with common combustion chamber Download PDF

Info

Publication number
RU2427717C1
RU2427717C1 RU2010109988/06A RU2010109988A RU2427717C1 RU 2427717 C1 RU2427717 C1 RU 2427717C1 RU 2010109988/06 A RU2010109988/06 A RU 2010109988/06A RU 2010109988 A RU2010109988 A RU 2010109988A RU 2427717 C1 RU2427717 C1 RU 2427717C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pistons
power module
combustion chamber
power
speeds
Prior art date
Application number
RU2010109988/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Александрович Рыбаков (RU)
Анатолий Александрович Рыбаков
Original Assignee
Анатолий Александрович Рыбаков
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 Анатолий Александрович Рыбаков filed Critical Анатолий Александрович Рыбаков
Priority to RU2010109988/06A priority Critical patent/RU2427717C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2427717C1 publication Critical patent/RU2427717C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: free piston duplex power module with common combustion chamber includes common external combustion chamber and two power modules the symmetry axes of pistons of which are located on one straight line, and pistons of power modules move in opposite phase. Impulse method of movement synchronisation of pistons of duplex power module consists in the fact that control system divides the main impulse of generated electric power of each working cycle of power module into separate impulses of electric power, monitors current values of speeds of pistons of both power modules and generates error signal of speeds of their pistons, in compliance with which it decreases relative impulse duration of that power module the speeds of pistons of which are lower than those of the other power module. When speeds of pistons of both power modules become equal, control system resets the value of impulse relative duration.
EFFECT: increasing specific power.
2 dwg

Description

ОБЛАСИТЬТЕХНИКИFIELD TECHNOLOGY

Изобретение относится к области энергомашиностроения.The invention relates to the field of power engineering.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Ближайший аналог изобретения - «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания», патент 2342546. Электрогенератор (далее - энергомодуль) преобразует химическую энергию моторного топлива в электроэнергию и действует следующим образом. При пуске энергомодуля в камеру сгорания 1 (см. фиг.1) система управления (на фиг.1 не показана) форсункой 2 подает топливо и воспламеняет его свечой зажигания 3. Продукты сгорания через открытый клапан 4 поступают в левую (по фиг.1) полость поршня 5 и под их воздействием поршень 5, соединенные с ним штоком 6 якорь 7 и поршень 8 начинают движение слева направо. Площадь левой торцевой поверхности поршня 5 больше площади его противоположной поверхности на величину площади поперечного сечения штока 6. Следовательно, давление воздуха, сжимаемого в правой полости поршня 5, больше давления продуктов сгорания в его левой полости. Поэтому воздух из правой полости поршня 5 через открытый клапан 9 поступает в камеру сгорания 1, обеспечивая тем самым кислородом процесс горения топлива. Одновременно воздух из правой полости поршня 8 через открытый клапан 10 выбрасывается в атмосферу (при последующих рабочих циклах - отработавшие газы), а через открытый клапан 11 воздух из атмосферы поступает в его левую полость. Магнитный поток движущегося якоря 7 пересекает витки статорной катушки 12, в результате чего в ней генерируется импульс электроэнергии. По достижению поршнями крайнего правого положения система управления переводит клапаны 4, 10, 13, 14 в противоположные положения. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 через открывшийся клапан 13 поступают в правую полость поршня 8. Поршни 5, 8 и якорь 7 начинают движение справа налево. Воздух из левой полости поршня 8 закрывает клапан 11 и через открывшийся клапан 15 поступает в камеру сгорания 1. Клапан 9 закрывается и воздух из атмосферы через открывшийся клапан 16 засасывается в правую полость поршня 5, а отработавшие газы через открывшийся клапан 14 выбрасываются в атмосферу. Магнитный поток якоря 7 пересекает витки статорной катушки 12 и в ней генерируется импульс электроэнергии противоположного знака. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 4, 10, 13, 14 из одних положений в противоположные, обеспечивает постоянную подачу воздуха в камеру сгорания. Якорь 7 совершает колебательные движения, и в статорной катушке 12 генерируются электрические импульсы, энергия которых направляется потребителю.The closest analogue of the invention is “A generator based on a free piston engine with an external combustion chamber”, patent 2342546. An generator (hereinafter referred to as an energy module) converts the chemical energy of motor fuel into electricity and operates as follows. When the energy module is launched into the combustion chamber 1 (see Fig. 1), the control system (not shown in Fig. 1) by the nozzle 2 delivers fuel and ignites it with the spark plug 3. The combustion products through the open valve 4 enter the left (Fig. 1) the cavity of the piston 5 and under their influence the piston 5, the armature 7 connected to it by the rod 6 and the piston 8 begin to move from left to right. The area of the left end surface of the piston 5 is greater than the area of its opposite surface by the cross-sectional area of the rod 6. Therefore, the pressure of the air compressed in the right cavity of the piston 5 is greater than the pressure of the combustion products in its left cavity. Therefore, air from the right cavity of the piston 5 through the open valve 9 enters the combustion chamber 1, thereby providing oxygen to the fuel combustion process. At the same time, air from the right piston cavity 8 through the open valve 10 is discharged into the atmosphere (during subsequent working cycles - exhaust gases), and through the open valve 11 air from the atmosphere enters its left cavity. The magnetic flux of the moving armature 7 crosses the turns of the stator coil 12, as a result of which an electric pulse is generated in it. Upon reaching the extreme right position by the pistons, the control system moves the valves 4, 10, 13, 14 to opposite positions. The combustion products from the combustion chamber 1 through the opening valve 13 enter the right cavity of the piston 8. The pistons 5, 8 and the armature 7 begin to move from right to left. Air from the left cavity of the piston 8 closes the valve 11 and enters the combustion chamber 1 through the opening valve 15. The valve 9 closes and air from the atmosphere through the opening valve 16 is sucked into the right cavity of the piston 5, and the exhaust gases are released into the atmosphere through the opening valve 14. The magnetic flux of the armature 7 intersects the turns of the stator coil 12 and an electric pulse of opposite sign is generated in it. In the future, the control system, translating valves 4, 10, 13, 14 from one position to the opposite, provides a constant air supply to the combustion chamber. Anchor 7 oscillates, and electrical impulses are generated in the stator coil 12, the energy of which is directed to the consumer.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Возникающая в результате реакции движения поршней вибрация первого порядка гасится применением двух энергомодулей с общей камерой сгорания, ориентируемых так, что оси симметрии поршней располагаются на одной прямой, а их движение тем или иным способом организуется в противофазе. Получается спаренный энергомодуль с общей камерой сгорания. Одно из условий действия такой машины - синхронное движение поршней в противофазе на всем протяжении их пути.The first-order vibration resulting from the reaction of the movement of the pistons is suppressed by the use of two energy modules with a common combustion chamber, oriented so that the axis of symmetry of the pistons are located on one straight line, and their movement in one way or another is organized in antiphase. It turns out a paired energy module with a common combustion chamber. One of the conditions for the operation of such a machine is the synchronous movement of the pistons in antiphase throughout their path.

Изготовить цилиндр и поршни машины абсолютно правильной геометрической формы, а поршни к тому же равными по массе невозможно. Также невозможно обеспечить равенство сил трения в парах поршень-цилиндр на протяжении всего рабочего цикла. Кроме того, на закон движения поршней влияют и другие факторы - непрогнозируемые перемещение машины в пространстве, вращение земли и т.д. Все это вызывает вибрации второго порядка. Обеспечить синхронное движение поршней в противофазе можно несколькими способами. Один из них - импульсный способ. Он состоит в следующем.It is impossible to make a cylinder and pistons of a machine of absolutely regular geometric shape, and pistons are also impossible to equal in weight. It is also impossible to ensure the equality of the friction forces in the piston-cylinder pairs throughout the entire working cycle. In addition, other factors influence the law of piston motion - unpredictable movement of the machine in space, rotation of the earth, etc. All this causes second-order vibrations. There are several ways to ensure synchronous movement of pistons in antiphase. One of them is the pulsed mode. It consists of the following.

Продукты сгорания из камеры сгорания 1 (Фиг.2, другая машина) по трубопроводу 2 и через газораспределительный клапан 3 поступают в левую (по Фиг.2) полость поршня 4 левого энергомодуля 5, а по трубопроводу 6 и через газораспределительный клапан 7 - в правую полость поршня 8 правого энергомодуля 9. Под их воздействием поршни 4, 8 и катушки подмагничивания якорей 10, 11 начинают встречное движение. При этом в статорных катушках 12, 13 генерируются основные импульсы электроэнергии, которые система управления разделяет на группу отдельных импульсов с определенной скважностью (скважность -отношение длительности импульса к его периоду). Разделение осуществляется путем размыкания цепи либо катушки подмагничивания якоря 10 или якоря 11, либо статорной катушки 12 или статорной катушки 13. Система управления отслеживает текущие значения скоростей поршней обоих энергомодулй и в случае неравенства скоростей их поршней вырабатывает сигнал рассогласования скоростей поршней, по которому проводит корректировку скоростей движения поршней. Если, например, скорость поршней левого энергомодуя 5 меньше скорости поршней правого энергомодуля 9, система управления по сигналу рассогласования уменьшает скважность импульсов левого энергомодуля.The combustion products from the combustion chamber 1 (Figure 2, another machine) through the pipeline 2 and through the gas distribution valve 3 enter the left (in Figure 2) piston cavity 4 of the left power module 5, and through the pipe 6 and through the gas distribution valve 7 to the right the piston cavity 8 of the right power module 9. Under their influence, the pistons 4, 8 and the magnetization coils of the anchors 10, 11 start oncoming motion. Moreover, in the stator coils 12, 13, the main pulses of electricity are generated, which the control system divides into a group of individual pulses with a certain duty cycle (duty cycle is the ratio of the pulse duration to its period). Separation is carried out by opening the circuit of either the magnetization coil of the armature 10 or armature 11, or the stator coil 12 or the stator coil 13. The control system monitors the current values of the piston speeds of both energy modules and, in case of inequality of the speeds of their pistons, generates a piston speed mismatch signal, according to which the speed is adjusted piston movements. If, for example, the speed of the pistons of the left power module 5 is less than the speed of the pistons of the right power module 9, the control system for the error signal reduces the duty cycle of the pulses of the left power module.

Сопротивление его движению уменьшается (уменьшается мощность генерирования электроэнергии), и скорость поршней увеличивается. В момент, когда скорости поршней обоих энергомодулей 5 и 9 уравняются, система управления восстанавливает исходную скважность импульсов. Аналогичным образом система управления действует в случае, если скорость поршней правого энергомодуля меньше скорости поршней левого.Resistance to its movement decreases (power generation capacity decreases), and the speed of the pistons increases. At the moment when the piston speeds of both energy modules 5 and 9 are equalized, the control system restores the initial duty cycle of the pulses. Similarly, the control system operates if the speed of the pistons of the right power module is less than the speed of the pistons of the left.

Разделение основного импульса электроэнергии позволяет добиться не только синхронного движения поршней в противофазе. Попутно решается проблема увеличения удельной мощности спаренного энергомодуля в целом. Известно, что чем короче электрический импульс, тем меньшая индуктивность контура требуется для получения его максимальной добротности. Меньше индуктивность - меньше масса катушки.Separation of the main impulse of electricity allows us to achieve not only the synchronous movement of the pistons in antiphase. Along the way, the problem of increasing the specific power of the paired energy module as a whole is being solved. It is known that the shorter the electric pulse, the lower the inductance of the circuit is required to obtain its maximum quality factor. Less inductance - less coil mass.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Импульсная синхронизация движения поршней свободнопоршневого спаренного энергомодуля с общей внешней камерой сгорания, преобразующего химическую энергию моторного топлива в электроэнергию, включающего общую камеру сгорания и два энергомодуля, оси симметрии поршней которых располагаются на одной прямой и поршни энергомодулей двигаются в противофазе, отличается тем, что система управления разделяет на группы отдельных импульсов электроэнергии генерируемые энергомодулями основные импульсы электроэнергии, отслеживает текущие значения скоростей поршней обоих энергомодулей и в случае неравенства значений скоростей поршней энергомодулей вырабатывает сигнал рассогласования скоростей поршней энергомодулей, в соответствии с которым уменьшает скважность импульсов того энергомодуля, скорости поршней которого меньше скоростей поршней другого энергомодуля.Pulse synchronization of the movement of the pistons of a twin-piston twin energy module with a common external combustion chamber that converts the chemical energy of motor fuel into electricity, including a common combustion chamber and two energy modules, the axis of symmetry of the pistons of which are located on one straight line and the pistons of the energy modules move in antiphase, characterized in that the control system divides the main pulses of electricity generated by the energy modules into groups of individual pulses of electricity, monitors the current values If the speed of the pistons of both energy modules is not equal, and if the speed of the pistons of the energy modules is not equal, it generates a signal of the discrepancy between the speeds of the pistons of the energy modules, according to which it reduces the duty cycle of the pulses of the energy module whose piston speeds are lower than the piston speeds of the other energy module.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Внедрение импульсной синхронизации движения поршней состоит в объединении двух энергомодулей (патент 2342546 «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания») в агрегат с общей камерой сгорания и модернизации системы управления. Помимо обеспечения синхронизации движения поршней спаренного энергомодуля достигается увеличение его удельной мощности. Чем короче электрический импульс, тем меньшая индуктивность требуется для получения максимальной добротности контура, тем меньше масса контура при одной и той же генерируемой мощности.The introduction of pulsed synchronization of piston movement consists in combining two energy modules (patent 2342546 "Electric generator based on a free piston engine with an external combustion chamber") into an aggregate with a common combustion chamber and modernization of the control system. In addition to providing synchronized movement of the pistons of the paired energy module, an increase in its specific power is achieved. The shorter the electrical pulse, the lower the inductance required to obtain the maximum quality factor of the circuit, the smaller the mass of the circuit at the same generated power.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

Фигура 1 - Свободнопоршневой спаренный энергомодуль с внешней камерой сгорания.Figure 1 - Free piston twin energy module with an external combustion chamber.

1 - камера сгорания; 2, 6 - трубопровод; 3, 7 - газораспределительный клапан; 4, 8 - поршень; 5, 9 - энергомодуль; 10, 11 - катушка подмагничивания якоря; 12, 13 - статорная катушка.1 - combustion chamber; 2, 6 - pipeline; 3, 7 - gas distribution valve; 4, 8 - piston; 5, 9 - power module; 10, 11 - magnetization coil of the armature; 12, 13 - stator coil.

Claims (1)

Импульсный способ синхронизации движения поршней свободнопоршневого спаренного энергомодуля с общей внешней камерой сгорания, преобразующего химическую энергию моторного топлива в электроэнергию, включающего общую камеру сгорания и два энергомодуля, оси симметрии поршней которых располагаются на одной прямой, и поршни энергомодулей двигаются в противофазе, отличающийся тем, что система управления разделяет на группы отдельных импульсов электроэнергии генерируемые энергомодулями основные импульсы электроэнергии, отслеживает текущие значения скоростей поршней обоих энергомодулей и в случае неравенства значений скоростей поршней энергомодулей вырабатывает сигнал рассогласования скоростей поршней энергомодулей, в соответствии с которым уменьшает скважность импульсов того энергомодуля, скорости поршней которого меньше скоростей поршней другого энергомодуля. The pulse method of synchronizing the movement of the pistons of a twin-piston twin energy module with a common external combustion chamber that converts the chemical energy of motor fuel into electricity, including a common combustion chamber and two energy modules, the axis of symmetry of the pistons of which are located on one straight line, and the pistons of the energy modules move in antiphase, characterized in that the control system divides into groups of individual pulses of electricity the main pulses of electricity generated by the energy modules, monitors the current Suitable values of the velocities of the pistons of both power module in the case of inequality of values of velocity of the pistons power module generates the error signal speeds pistons power module, in accordance with which reduces the duty cycle of the power module, the piston velocity which is less than the velocity of the pistons of another power module.
RU2010109988/06A 2010-03-16 2010-03-16 Impulse method of movement synchronisation of pistons of free piston duplex power module with common combustion chamber RU2427717C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010109988/06A RU2427717C1 (en) 2010-03-16 2010-03-16 Impulse method of movement synchronisation of pistons of free piston duplex power module with common combustion chamber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010109988/06A RU2427717C1 (en) 2010-03-16 2010-03-16 Impulse method of movement synchronisation of pistons of free piston duplex power module with common combustion chamber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2427717C1 true RU2427717C1 (en) 2011-08-27

Family

ID=44756797

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010109988/06A RU2427717C1 (en) 2010-03-16 2010-03-16 Impulse method of movement synchronisation of pistons of free piston duplex power module with common combustion chamber

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2427717C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2422655C1 (en) Two-cylinder free piston energy module with common external combustion chamber and linear electric generator with opposite movement of armatures
US6748907B2 (en) Device including a combustion engine, a use of the device, and a vehicle
RU2441993C2 (en) Pistons line syncronization technique in a coupled double-cylinder free-piston engine
Jia et al. Development approach of a spark-ignited free-piston engine generator
RU2427718C1 (en) Procedure for cooling pistons of two-cylinder single phase plunger-free power module with common external combustion chamber and linear electro-generator with opposite motion of anchors
RU2476699C1 (en) Blowing method of combustion chamber of free-piston two-cylinder power module with common external combustion chamber and linear electric generator
WO2011077118A1 (en) A piston
RU2422654C1 (en) Synchroniser of movement of armatures-pistons in opposite phase of free piston pump-generator
RU2427717C1 (en) Impulse method of movement synchronisation of pistons of free piston duplex power module with common combustion chamber
CN103573407A (en) Self-balancing free-piston internal-combustion generator
CN111120087B (en) Piston type internal combustion generator and power generation method thereof
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
RU2345232C1 (en) Gas-distributing method for synchronisation of power module plungers motion
RU2468224C1 (en) Free-piston double-cylinder energy module of double purpose with common external combustion chamber and linear power generator
CN114526154B (en) Generated energy output control system of opposed piston linear generator set
RU2328607C1 (en) Method of load synchronisation of free-piston internal combustion engine pistons motion
RU2537324C1 (en) Method of compressed air generation by free-piston power module with common external combustion chamber
RU2550228C2 (en) Ac generator with external combustion engine
EP4241376A1 (en) Core synchronization for linear generators
US10020710B2 (en) Poly-generation system
RU2426900C1 (en) Procedure for optimisation of process of combustion products expansion in plunger-free power module with external combustion chamber
Kock et al. A high efficient energy converter for a hybrid vehicle concept-gas spring focused
RU2680289C1 (en) Method of controlling the level of charging the pneumatic accumulator of the free-piston energy module with an external combustion chamber
RU2537322C1 (en) Method of movement synchronisation of piston groups of free piston pump-compressor with common linear motor
RU2520727C1 (en) Control over phases of electric power polymodular electric generator built around free-piston power module with external combustion chamber