RU2441993C2 - Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля - Google Patents
Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2441993C2 RU2441993C2 RU2010118052/06A RU2010118052A RU2441993C2 RU 2441993 C2 RU2441993 C2 RU 2441993C2 RU 2010118052/06 A RU2010118052/06 A RU 2010118052/06A RU 2010118052 A RU2010118052 A RU 2010118052A RU 2441993 C2 RU2441993 C2 RU 2441993C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pistons
- piston
- speed
- energy
- engine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области энергомашиностроения. В способе синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля, включающего систему управления и два единичных однотактных свободнопоршневых энергомодуля с оппозитным движением поршней, система управления спаренного энергомодуля отслеживает значение скоростей поршней единичных энергомодулей и, если скорости их поршней не равны, система управления переводит газораспределительный клапан единичного энергомодуля, скорость поршней которого больше скорости поршней другого единичного энергомодуля, в противоположное положение, в результате этот единичный энергомодуль прекращает преобразовывать энергию расширяющихся продуктов сгорания в механическую энергию движения поршней на время, обеспечивающее одновременность прибытия поршней обоих единичных энергомодулей в точки схождения или расхождения, после чего система управления переводит газораспределительный клапан в исходное положение. Изобретение обеспечивает нейтрализацию вибрации поршней и их синхронное движение в противофазе. 1 ил.
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайшим аналогом заявленного способа синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля является «Нагрузочный способ синхронизации движения поршней свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания», патент 2328607. Двигатель состоит из системы управления и двух единичных энергомодулей, преобразующих экзотермическую энергию моторного топлива в электроэнергию, - «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с вынесенной камерой сгорания», патент 2342546. При работе единичного энергомодуля в результате реакции колебательного движения поршней и якоря возникает вибрация корпуса - вибрация первого порядка. Кроме того, на характер движения поршней оказывает влияние неточность изготовления цилиндров и поршней, непредсказуемое перемещение двигателя в пространстве и т.д., что вызывает вибрации корпуса второго порядка. Для нейтрализации вибраций первого порядка единичные энергомодули взаимно ориентированы так, что оси симметрии их поршней и якорей располагаются на одной геометрической прямой, а их движение тем или иным способом организуется оппозитно. Для нейтрализации вибраций второго порядка необходима специальная организация синхронизации движения поршней и якорей. Для этого система управления отслеживает величины скоростей поршней и якорей каждого единичного энергомодуля, сравнивает их и по сигналу рассогласования их скоростей уменьшает нагрузку на тот единичный энергомодуль, скорость поршней и якоря которого меньше скорости поршней и якоря другого единичного энергомодуля.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Рассматриваемый способ синхронизации движения поршней и якорей относится к двухцилиндровому свободнопоршневому энергомодулю с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором - заявка на получение патента №2010114134 «Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей». Решение о выдаче патента от 18.03.2011 г.
Энергомодуль преобразует экзотермическую энергию моторного топлива в электроэнергию. В его состав входят две расширительные машины, поршни которых соединены с якорями линейного электрогенератора, линейный электрогенератор, общая внешняя камера сгорания и система управления. Действует он следующим образом.
Продукты сгорания из камеры сгорания 1 (см. чертежи) по трубопроводу 2 через газораспределительный клапан 3 поступают в правую (по чертежу) торцевую полость поршня 4 левой расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и через газораспределительный клапан 7 - в левую торцевую полость поршня 8 правой расширительной машины 9. Под действием расширяющихся продуктов сгорания поршни расширительных машин 4, 8 и соединенные с ними якоря линейного электрогенератора 10, 11 начинают расходиться. Якоря могут представлять собой постоянные магниты либо электромагниты, намагничиваемые катушкой подмагничивания 12. Магнитный поток генератора замыкается по контуру - якорь 11, статорный магнит 13, якорь 10 и снова якорь 11. При расхождении якорей 10, 11 их магнитные потоки пересекаются, в результате чего в статорном магните 13 изменяется магнитный поток и, как следствие, в статорной катушке 14 генерируется импульс электроэнергии. При достижении поршнями и якорями точек крайнего расхождения система управления (на чертеже не показана) переводит газораспределительные клапаны 3, 7, 15, 16 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 2 и через газораспределительный клапан 15 поступают в левую торцевую полость поршня 17 левой расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и через газораспределительный клапан 16 - в правую торцевую полость поршня 18 правой расширительной машины 9. Поршни расширительных машин и соединенные с ними якоря генератора начинают сходиться, и в статорной катушке 14 генерируется импульс противоположного знака. При расхождении поршней отработавшие продукты сгорания выбрасываются в атмосферу через газораспределительные клапаны 15 и 16, а при схождении - через газораспределительные клапаны 3 и 7. Одновременно через обратные клапаны 19, 20, 21, 22 из соответствующих полостей поршней расширительных машин по трубопроводам 23, 24 в камеру сгорания 1 подается воздух, обеспечивающий процесс горения топлива, а через обратные клапаны 25, 26, 27, 28 засасывается воздух из атмосферы.
Синхронизация движения поршней и якорей осуществляется следующим образом. Предположим, что скорость поршней и якорей расширительной машины 5 меньше, чем скорость таковых расширительной машины 8. Система управления переводит один из газораспределительных клапанов 7 или 16 в противоположное положение. Если переводится газораспределительный клапан 7, то левая полость поршня 8 и правая полость поршня 18 через газораспределительные клапаны 7 и 16 соединяются с атмосферой, и расширительная машина 9 прекращает преобразовывать энергию расширяющихся продуктов сгорания в механическую энергию движения поршней. Скорость движения поршней расширительной машины 9 уменьшается. В момент времени, когда скорость его поршней достигнет значения, обеспечивающего одновременность прибытия поршней обоих расширительных машин в точки схождения или расхождения, система управления переводит газораспределительный клапан 7 или 16 в противоположное положение. Если же переводится в противоположное положение газораспределительный клапан 16, продукты сгорания поступают в обе полости поршней расширительной машины 9, давление продуктов сгорания в них уравнивается и происходит то же самое, что и в предыдущем случае. Если скорость поршней расширительной машины 9 меньше, чем скорость расширительной машины 5, система управления в отношении газораспределительных клапанов 3 и 15 действует в обратном порядке.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля, включающего систему управления и два единичных однотактных свободнопоршневых энергомодуля с оппозитным движением поршней, отличается тем, что система управления спаренного энергомодуля отслеживает значение скоростей поршней единичных энергомодулей и, если скорости их поршней не равны, система управления переводит газораспределительный клапан единичного энергомодуля, скорость поршней которого больше скорости поршней другого единичного энергомодуля, в противоположное положение, в результате этот единичный энергомодуль прекращает преобразовывать энергию расширяющихся продуктов сгорания в механическую энергию движения поршней на время, обеспечивающее одновременность прибытия поршней обоих единичных энергомодулей в точки схождения или расхождения, после чего система управления переводит газораспределительный клапан в исходное положение.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Промышленная применимость заявленного способа синхронизации движения поршней свободнопоршневых машин подтверждается патентами 2328607, 2324829, 2415286, 2345232. Кроме того, возможность создания заявленной системы автоматической синхронизации движения поршней свободнопоршневых машин подтверждается всем многолетним развитием систем автоматического управления (САУ). Например, цитата.
БОЛЬШОЙ ЭНЦИКЛОПЕДИЧЕСКИЙ СЛОВАРЬ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ
Научное издательство «Большая российская энциклопедия», Москва, 1998
Статья «СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ (САУ)», стр.483
«СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ (САУ)» - комплексное устройство, предназначенное для автоматического изменения одного или нескольких параметров объекта управления с целью установления требуемого режима его работы. САУ обеспечивает поддержание постоянства заданных значений регулируемых параметров или их изменение по заданному закону (система стабилизации, программного управления, следящие системы) либо оптимизирует определенный критерий управления (системы экстремального регулирования, оптимизации управления). При значительных изменениях параметров объекта управления и характеристик возмущений и помех применяются самонастраивающиеся системы. Для осуществления цели управления с учетом особенностей управляемых объектов на них подаются управляющие воздействия, которые предназначены также для компенсации внешних возмущающих воздействий, стремящихся нарушить нормальное функционирование объекта. Управляющие воздействия вырабатываются устройством управления.
По типу управления САУ подразделяются на замкнутые, разомкнутые и комбинированные. Основной тип САУ - замкнутые, в которых цепь прохождения сигналов образует замкнутый контур, включающий устройство управления и управляемый объект; отклонение управляемой величины от желаемых значений компенсируется воздействием через обратную связь вне зависимости от причин, вызвавших эти отклонения. Такое управление называется управлением по отклонению. В разомкнутых САУ управление ведется по жесткой программе без анализа и учета каких-либо факторов в процессе работы управляемого объекта - на устройство управления не поступают сигналы, несущие информацию о текущем состоянии управляемого объекта управления, иногда измеряются и компенсируются лишь главные из возмущений (помех). Такое управление называется управлением по возмущению. В комбинированных САУ используются оба принципа управления (по отклонению и по возмущению). В САУ со сложными техническими системами (например, производственными и энергетическими комплексами, транспортными средствами) или технологическими процессами с большим числом регулируемых параметров широко применяются средства вычислительной техники - микропроцессоры, ЭВМ, управляющие машины.
Кроме того, конкретно для нужд двигателестроения можно привести множество изданий по данной тематике - от Д.Уатта до наших дней. Например, В.И.Крутов АВТОМАТИЧЕКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, Москва, 1963. Принцип действия системы автоматической синхронизации движения поршней свободнопоршневых машин аналогичен таковому всех регулируемых систем ДВС. См. стр.28-34, «Структурные схемы систем автоматического регулирования».
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
На чертеже представлен спаренный двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль.
1 - камера сгорания, 2, 6, 23, 24 - трубопровод, 3, 7, 15, 16 - газораспределительный клапан, 4, 8, 17, 18 - поршни расширительной машины, 5, 9 - расширительная машина, 10, 11 - якорь, 12 - катушка подмагничивания якоря, 13 - статорный магнит, 14 - статорная катушка, 19, 20, 21, 22, 25, 26, 27, 28 - обратный клапан.
Claims (1)
- Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля, включающего систему управления и два единичных однотактных свободнопоршневых энергомодуля с оппозитным движением поршней, отличающийся тем, что система управления спаренного энергомодуля отслеживает значение скоростей поршней единичных энергомодулей и, если скорости их поршней не равны, система управления переводит газораспределительный клапан единичного энергомодуля, скорость поршней которого больше скорости поршней другого единичного энергомодуля, в противоположное положение, в результате этот единичный энергомодуль прекращает преобразовывать энергию расширяющихся продуктов сгорания в механическую энергию движения поршней на время, обеспечивающее одновременность прибытия поршней обоих единичных энергомодулей в точки схождения или расхождения, после чего система управления переводит газораспределительный клапан в исходное положение.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010118052/06A RU2441993C2 (ru) | 2010-05-05 | 2010-05-05 | Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010118052/06A RU2441993C2 (ru) | 2010-05-05 | 2010-05-05 | Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2441993C2 true RU2441993C2 (ru) | 2012-02-10 |
Family
ID=45853828
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010118052/06A RU2441993C2 (ru) | 2010-05-05 | 2010-05-05 | Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2441993C2 (ru) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2480595C1 (ru) * | 2012-04-18 | 2013-04-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Замыкатель магнитного потока якорей и статорного магнита линейного электрогенератора с оппозитным движением якорей |
RU2520727C1 (ru) * | 2013-03-28 | 2014-06-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ управления фазами электроэнергии полимодульного электрогенератора на базе свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания |
RU2537322C1 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-01-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ синхронизации движения поршневых групп свободнопоршневого насос-компрессора с общим линейным электродвигателем |
RU2544118C1 (ru) * | 2014-02-11 | 2015-03-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ привода поршней компрессора энергией газов из внешней камеры сгорания двухцилиндрового свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля |
RU2543908C1 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-03-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре однотактного двигателя с внешней камерой сгорания |
RU2543911C1 (ru) * | 2014-02-19 | 2015-03-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ предотвращения контримпульсами электроэнергии ударов поршневых групп о торцы цилиндров в свободнопоршневом компрессоре с линейным электродвигателем |
RU2545258C1 (ru) * | 2014-02-11 | 2015-03-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ рециркуляции выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов |
RU2548702C1 (ru) * | 2014-03-06 | 2015-04-20 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ предотвращения газораспределительными клапанами ударов поршневых групп о торцы цилиндров в свободнопоршневом компрессоре с линейным электродвигателем |
RU2548527C1 (ru) * | 2014-02-18 | 2015-04-20 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ предотвращения газораспределительными клапанами ударов поршневых групп о торцы цилиндров двухцилиндрового свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля |
RU2572148C2 (ru) * | 2014-03-06 | 2015-12-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ предотвращения газораспределительными клапанами ударов поршневых групп о торцы цилиндров компрессора и энергомодуля в компрессоре с приводом поршней компрессора свободнопоршневым энергомодулем |
RU2653613C1 (ru) * | 2017-08-07 | 2018-05-11 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ предотвращения ударов поршня о стенки цилиндра одноцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания |
RU2659581C1 (ru) * | 2017-08-08 | 2018-07-03 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания |
-
2010
- 2010-05-05 RU RU2010118052/06A patent/RU2441993C2/ru active
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2480595C1 (ru) * | 2012-04-18 | 2013-04-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Замыкатель магнитного потока якорей и статорного магнита линейного электрогенератора с оппозитным движением якорей |
RU2520727C1 (ru) * | 2013-03-28 | 2014-06-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ управления фазами электроэнергии полимодульного электрогенератора на базе свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания |
RU2537322C1 (ru) * | 2013-09-10 | 2015-01-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ синхронизации движения поршневых групп свободнопоршневого насос-компрессора с общим линейным электродвигателем |
RU2543908C1 (ru) * | 2014-01-09 | 2015-03-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре однотактного двигателя с внешней камерой сгорания |
RU2544118C1 (ru) * | 2014-02-11 | 2015-03-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ привода поршней компрессора энергией газов из внешней камеры сгорания двухцилиндрового свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля |
RU2545258C1 (ru) * | 2014-02-11 | 2015-03-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ рециркуляции выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов |
RU2548527C1 (ru) * | 2014-02-18 | 2015-04-20 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ предотвращения газораспределительными клапанами ударов поршневых групп о торцы цилиндров двухцилиндрового свободнопоршневого с внешней камерой сгорания энергомодуля |
RU2543911C1 (ru) * | 2014-02-19 | 2015-03-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ предотвращения контримпульсами электроэнергии ударов поршневых групп о торцы цилиндров в свободнопоршневом компрессоре с линейным электродвигателем |
RU2548702C1 (ru) * | 2014-03-06 | 2015-04-20 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ предотвращения газораспределительными клапанами ударов поршневых групп о торцы цилиндров в свободнопоршневом компрессоре с линейным электродвигателем |
RU2572148C2 (ru) * | 2014-03-06 | 2015-12-27 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ предотвращения газораспределительными клапанами ударов поршневых групп о торцы цилиндров компрессора и энергомодуля в компрессоре с приводом поршней компрессора свободнопоршневым энергомодулем |
RU2653613C1 (ru) * | 2017-08-07 | 2018-05-11 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ предотвращения ударов поршня о стенки цилиндра одноцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания |
RU2659581C1 (ru) * | 2017-08-08 | 2018-07-03 | Анатолий Александрович Рыбаков | Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2441993C2 (ru) | Способ синхронизации движения поршней спаренного двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля | |
Hung et al. | A review of free-piston linear engines | |
Hanipah et al. | Recent commercial free-piston engine developments for automotive applications | |
Kock et al. | The free piston linear generator-development of an innovative, compact, highly efficient range-extender module | |
Li et al. | Precise piston trajectory control for a free piston engine | |
Parlikar et al. | Design and experimental implementation of an electromagnetic engine valve drive | |
US8519553B2 (en) | Power supply systems | |
JPS5828577A (ja) | スタ−リング・モ−タおよびこれと一体的な発電機を用いる機械エネルギを電気エネルギに変換するための変換装置 | |
Mercorelli et al. | An adaptive resonance regulator design for motion control of intake valves in camless engine systems | |
US20130298874A1 (en) | Methods and systems for free piston engine control | |
Jia et al. | Disturbance analysis of a free-piston engine generator using a validated fast-response numerical model | |
RU2427718C1 (ru) | Способ охлаждения поршней двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей | |
CN103590899A (zh) | 对置四冲程自由活塞内燃-直线发电集成装置 | |
CN103590897A (zh) | 自由活塞发动机 | |
Wu et al. | Research on starting process and control strategy of opposed-piston free-piston engine generator _ simulation and test results | |
WO2010125352A1 (en) | Power supply systems | |
RU2422654C1 (ru) | Синхронизатор движения якорь-поршней в противофазе свободнопоршневого насос-генератора | |
US20240113644A1 (en) | Core synchronization for linear generators | |
Ngwaka et al. | Recent progress on performance and control of linear engine generator | |
Woo et al. | The performance characteristics of a hydrogen-fuelled free piston internal combustion engine and linear generator system | |
Keller et al. | Nonlinear model predictive control for the starting process of a free-piston linear generator | |
KR101543670B1 (ko) | 다중발전시스템 | |
Jia | Analysis and control of a spark ignition free-piston engine generator | |
RU2345232C1 (ru) | Газораспределительный способ синхронизации движения поршней энергомодуля | |
RU2659581C1 (ru) | Способ синхронизации движения поршней в противофазе двухцилиндровой свободнопоршневой тепловой машины внешнего сгорания |