RU2516767C1 - Plunger-free four-cylinder engine - Google Patents

Plunger-free four-cylinder engine Download PDF

Info

Publication number
RU2516767C1
RU2516767C1 RU2013121236/06A RU2013121236A RU2516767C1 RU 2516767 C1 RU2516767 C1 RU 2516767C1 RU 2013121236/06 A RU2013121236/06 A RU 2013121236/06A RU 2013121236 A RU2013121236 A RU 2013121236A RU 2516767 C1 RU2516767 C1 RU 2516767C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
engine
insert
magnetically permeable
cylinder
Prior art date
Application number
RU2013121236/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
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 Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2013121236/06A priority Critical patent/RU2516767C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2516767C1 publication Critical patent/RU2516767C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: proposed engine comprises housing, two pairs of opposed cylinders and two sets of pistons. Magnetically permeable insert is arranged between said cylinders. Every piston set is composed of a single assembly with two ends and cylindrical hollow housing. Said magnetically permeable insert is arranged at mid part of the latter. Inside of said housing permanent segment-shape magnets are arranged. Engine housing has the clearance between magnetically permeable cylindrical insert and internal magnetically permeable cylindrical insert At least one excitation coil is fitted there outside. Piston sets are displaced in opposite directions by timing gear. Said timing gear is composed by bell crank. Proposed engine comprises control unit. Pressure gage is fitted in every cylinder electrically connected with control unit.
EFFECT: lower vibration, higher power output.
3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, конкретно - к свободнопоршневым двигателям.The invention relates to internal combustion engines, specifically to free piston engines.

Известен свободнопоршневой двигатель по АС СССР №985365, МКИ 5 F02В 71/04, опубл. 30.12.82, содержащий дизельный двигатель внутреннего сгорания, линейный генератор и систему подачи топлива. Двигатель представляет собой цилиндр с торцевыми камерами сгорания, в районе которых расположены впускные и выпускные клапаны. Внутри цилиндра расположены поршни, соединенные перемычкой (штоком).Known free piston engine according to the USSR AS No. 985365, MKI 5 F02B 71/04, publ. 12.30.82, containing a diesel internal combustion engine, a linear generator and a fuel supply system. The engine is a cylinder with end combustion chambers, in the area of which there are intake and exhaust valves. Inside the cylinder there are pistons connected by a jumper (rod).

Генератор состоит из статора, якоря и систем возбуждения и снятия нагрузки. Статор выполнен в виде обмоток статора и обмоток возбуждения. Эти обмотки укреплены на внешней поверхности цилиндра. Якорь выполнен в виде обмоток токоприемной и возбуждения, которые уложены внутри поршней и соединены друг с другом последовательно. Система возбуждения выполнена в виде присоединительных клемм возбуждения, а система съема нагрузки выполнена в виде клемм съема нагрузки.The generator consists of a stator, an armature and excitation and load relieving systems. The stator is made in the form of stator windings and field windings. These windings are mounted on the outer surface of the cylinder. The anchor is made in the form of current collector and field windings, which are laid inside the pistons and connected to each other in series. The excitation system is made in the form of connecting excitation terminals, and the load shedding system is made in the form of load shedding terminals.

Система подачи топлива представляет собой форсунки, расположенные в торцевых частях цилиндра и предназначенные для подачи топлива в камеру сгорания.The fuel supply system is a nozzle located in the end parts of the cylinder and designed to supply fuel to the combustion chamber.

Процесс преобразования энергии делится на два основных цикла: первый цикл - преобразование энергии из химической энергии топлива в механическую энергию движения поршней, а второй - механическая энергия движения поршней преобразуется в электрическую энергию. Первый цикл представляет собой рабочий процесс двухтактного дизельного двигателя, а второй, в свою очередь, делится на два этапа. На первом этапе посредством пересечения обмоткой первого поршня магнитного поля, созданного первой обмоткой статора (обмоткой возбуждения), производится возбуждение магнитного поля в первом поршне. На втором этапе происходит образование и съем электроэнергии, причем обмотка первого поршня играет роль обмотки возбуждения для второго поршня.The energy conversion process is divided into two main cycles: the first cycle is the conversion of energy from the chemical energy of the fuel into the mechanical energy of the movement of the pistons, and the second - the mechanical energy of the movement of the pistons is converted into electrical energy. The first cycle is the workflow of a two-stroke diesel engine, and the second, in turn, is divided into two stages. At the first stage, by crossing the winding of the first piston of the magnetic field created by the first stator winding (field winding), a magnetic field is excited in the first piston. At the second stage, the formation and removal of electricity occurs, and the winding of the first piston plays the role of the field winding for the second piston.

Использование принципа электромагнитов в обеих частях линейного генератора позволяет получить высокую мощность магнитного поля и, как следствие, минимизировать размеры установки.Using the principle of electromagnets in both parts of the linear generator allows you to get a high power magnetic field and, as a result, minimize the size of the installation.

Однако известное устройство имеет следующие недостатки. При работе устройства движение одного поршня используется для возбуждения магнитного поля в другом. Это приводит к потере рабочего процесса первого поршня для производства энергии на токосъем. Неполное использование рабочего процесса двухтактного дизельного двигателя для производства энергии на токосъем является причиной низкого кпд. Кроме того, от перегрева обмоток до температуры 500-600°С их магнитные свойства снижаются, что также понижает кпд двигателя.However, the known device has the following disadvantages. When the device is operating, the movement of one piston is used to excite a magnetic field in another. This leads to the loss of the working process of the first piston to produce energy for current collection. Incomplete use of a two-stroke diesel engine workflow to generate energy for current collection is the cause of low efficiency. In addition, from overheating of the windings to a temperature of 500-600 ° C, their magnetic properties are reduced, which also reduces the efficiency of the motor.

Известен свободнопоршневой двигатель по АС СССР №1733650, МКИ 5 F02В 71/04, опубл. 15.05.92 г, состоящий из дизельного двигателя внутреннего сгорания, линейного генератора, системы подачи топлива и системы охлаждения.Known free piston engine according to the USSR AS No. 1733650, MKI 5 F02B 71/04, publ. 05/15/92 g, consisting of a diesel internal combustion engine, a linear generator, a fuel supply system and a cooling system.

Этот двигатель содержит цилиндр с выпускными клапанами в торцевых частях двигателя и продувочным окном в центральной части двигателя. Внутри гильзы расположен поршень со штоком.This engine comprises a cylinder with exhaust valves in the end parts of the engine and a purge window in the central part of the engine. Inside the sleeve is a piston with a rod.

Генератор состоит из статора, якоря, системы возбуждения и системы съема нагрузки. Статор выполнен в виде обмоток, закрепленных на внешней поверхности цилиндра. Якорь представляет собой обмотку, уложенную внутри поршня. Система возбуждения выполнена из щеток и проводов возбуждения. Щетки расположены внутри поршня. Они являются первой частью скользящего контакта системы возбуждения с обмоткой якоря. Второй частью скользящего контакта является пластина приема тока возбуждения, расположенная на обмотке якоря. Пластина соединена с выводами обмотки якоря. Провода подвода возбуждения расположены в штоке.The generator consists of a stator, an armature, an excitation system and a load lifting system. The stator is made in the form of windings mounted on the outer surface of the cylinder. An anchor is a winding laid inside a piston. The excitation system is made of brushes and excitation wires. Brushes are located inside the piston. They are the first part of the sliding contact of the excitation system with the armature winding. The second part of the sliding contact is the excitation current receiving plate located on the armature winding. The plate is connected to the terminals of the armature winding. The excitation supply wires are located in the stock.

Система подачи топлива включает в себя две форсунки, расположенные в оппозитных частях цилиндра. Система охлаждения состоит из двух водяных форсунок, также расположенных в оппозитных частях цилиндра.The fuel supply system includes two nozzles located in the opposed parts of the cylinder. The cooling system consists of two water nozzles, also located in the opposite parts of the cylinder.

Преобразование энергии осуществляется так же, как в вышеприведенном двигателе, и состоит из двух циклов: первый цикл - преобразование энергии из химической энергии топлива в механическую энергию движения поршней, второй - механическая энергия движения поршней преобразуется в электрическую энергию. Первый цикл представляет собой рабочий процесс двухтактного дизельного двигателя. Второй цикл, в отличие от вышеприведенного двигателя, состоит из одного этапа и представляет собой рабочий процесс линейного генератора с непосредственным возбуждением. Исключение одного этапа достигается благодаря системе непосредственного возбуждения, провода которой проходят через шток.Energy conversion is carried out in the same way as in the above engine, and consists of two cycles: the first cycle is the conversion of energy from the chemical energy of the fuel into the mechanical energy of the movement of the pistons, the second - the mechanical energy of the movement of the pistons is converted into electrical energy. The first cycle is a two-stroke diesel engine workflow. The second cycle, unlike the above engine, consists of one stage and represents the working process of a linear generator with direct excitation. The exception of one stage is achieved thanks to the direct excitation system, the wires of which pass through the rod.

Принцип работы системы охлаждения состоит в том, что при достижении определенной (600-800°С) температуры отработанных газов через специальные водяные форсунки в камеру сгорания подается охлаждающая жидкость, которая, испаряясь и смешиваясь с отработанными газами, образует охлаждающую среду, которая охлаждает камеру сгорания. Система охлаждения обеспечивает снижение температуры отработанных газов до 100-200°С. Но температура охлажденных отработанных газов все-таки ниже, чем температура поршня и обмотки якоря, т.к. сначала охлаждаются отработанные газы, а затем они отбирают излишек теплоты у поршня и обмотки. Из-за этого температура поршня и обмоток снижается только до 250-300°С.The principle of operation of the cooling system is that when a certain temperature of the exhaust gases is reached (600-800 ° C), coolant is supplied to the combustion chamber through special water nozzles, which, evaporating and mixing with the exhaust gases, forms a cooling medium that cools the combustion chamber . The cooling system reduces the temperature of the exhaust gases to 100-200 ° C. But the temperature of the cooled exhaust gases is still lower than the temperature of the piston and armature winding, because first, the exhaust gases are cooled, and then they remove the excess heat from the piston and winding. Because of this, the temperature of the piston and windings decreases only to 250-300 ° C.

Достоинством этого двигателя является повышение кпд за счет полного использования рабочего процесса двухтактного двигателя для производства электроэнергии на токосъем. Кроме того, кпд повышается за счет снижения потерь магнитного поля благодаря уменьшению температуры обмоток (в частности обмотки якоря).The advantage of this engine is an increase in efficiency due to the full use of the working process of a two-stroke engine for the production of electricity for current collection. In addition, the efficiency is increased by reducing the magnetic field loss due to a decrease in the temperature of the windings (in particular the armature windings).

Однако известное устройство имеет следующие недостатки. Отсутствие непосредственно контакта охлаждающей среды с обмоткой якоря, расположенной внутри поршня, приводит к недостаточному охлаждению обмотки. Температура обмотки снижается только до 250-300°С. При этом потери электромагнитного поля на медных обмотках на 50% больше, чем потери электромагнитного поля при температуре в 20°С.However, the known device has the following disadvantages. The lack of direct contact of the cooling medium with the armature winding located inside the piston leads to insufficient cooling of the winding. The temperature of the winding is reduced only to 250-300 ° C. In this case, the loss of the electromagnetic field on copper windings is 50% greater than the loss of the electromagnetic field at a temperature of 20 ° C.

Кроме того, подача охлаждающей жидкости в камеру сгорания приводит к резким перепадам температуры, и, как следствие, к колебанию магнитного поля и силы вырабатываемого тока, что также влияет на снижение кпд.In addition, the supply of coolant to the combustion chamber leads to sharp changes in temperature, and, as a result, to fluctuations in the magnetic field and the strength of the generated current, which also affects the reduction of efficiency.

Известен свободнопоршневой двигатель по патенту РФ №2186231, МПК F02B 71/04, опубл. 27.02.2002 г., прототип.Known free piston engine according to the patent of Russian Federation No. 2186231, IPC F02B 71/04, publ. 02/27/2002, the prototype.

Этот двигатель содержит дизельный двигатель внутреннего сгорания, выполненный из цилиндра с форсунками, внутри которого расположен поршень со штоком, линейный генератор, выполненный из обмоток статора, расположенных на цилиндре, из обмотки якоря, расположенной на поршне и контактирующей с системой возбуждения, состоящей из щеток с проводами подвода возбуждения, систему съема нагрузки и систему охлаждения, в него дополнительно введены два отсекательных кольца системы охлаждения, закрепленных на штоке, и охлаждающие трубки, соединенные с внутрипоршневой камерой, при этом обмотка якоря расположена на штоке поршня, каждое отсекательное кольцо установлено между обмоткой и торцевыми частями поршня, а щетки установлены в теле цилиндра.This engine contains a diesel internal combustion engine made of a cylinder with nozzles, inside of which there is a piston with a rod, a linear generator made of stator windings located on the cylinder, from an armature winding located on the piston and in contact with an excitation system consisting of brushes with excitation supply wires, a load-lifting system and a cooling system, two additional shut-off rings of the cooling system fixed to the rod and cooling tubes connected to it are additionally introduced into it with an internal piston chamber, while the armature winding is located on the piston rod, each cut-off ring is installed between the winding and the end parts of the piston, and the brushes are installed in the cylinder body.

Недостатки - невысокий КПД из-за отсутствия системы своевременного открывания и закрывания клапанов и низкая надежность из-за применения обмоток и токосъемников во взрывоопасной среде: парах масла с топливом. Кроме того, не проработана система запуска ГТД.Disadvantages - low efficiency due to the lack of a system for timely opening and closing of valves and low reliability due to the use of windings and current collectors in explosive atmospheres: oil vapor with fuel. In addition, the GTE launch system has not been developed.

Задачи создания изобретения: уменьшение вибронагрузок и увеличение мощности двигателя.Objectives of the invention: reducing vibration loads and increasing engine power.

Решение указанных задач достигнуто в четырехцилиндровом свободнопоршневом двигателе, содержащем корпус двигателя, две пары оппозитно установленных цилиндров и две поршневые группы, тем, что согласно изобретению между цилиндрами установлена магнитопроницаемая вставка, каждая поршневая группа выполнена в виде единого узла с двумя торцами и цилиндрическим пустотелым корпусом, в средней части которого выполнена внутренняя магнитопроницаемая цилиндрическая вставка, а внутри радиально установлены постоянные магниты сегментной формы, корпус двигателя выполнен с образованием зазора между магнитопроницаемой цилиндрической вставкой и внутренней магнитопроницаемой цилиндрической вставкой, вне него установлена по меньшей мере одна обмотка возбуждения, а движение поршневых групп в противоположные стороны обеспечено механизмом согласования. Механизм согласования может быть выполнен в виде двуплечего рычага. Четырехцилиндровый свободнопоршневой двигатель может содержать блок управления, а в каждом цилиндре установлен датчик давления соединенный электрической связью с блоком управления.The solution of these problems was achieved in a four-cylinder free-piston engine containing an engine block, two pairs of opposed cylinders and two piston groups, in accordance with the invention a magnetically permeable insert is installed between the cylinders, each piston group is made as a single unit with two ends and a cylindrical hollow body, in the middle part of which an internal magnetically permeable cylindrical insert is made, and permanent magnets of a segmented shape are radially mounted inside, to rpus engine is configured to define a gap between a magnetically permeable cylindrical inner insert and a magnetically permeable cylindrical insert, it is installed at least one field winding, and the movement of the piston in opposite directions groups provided matching mechanism. The coordination mechanism can be made in the form of a two-shouldered lever. A four-cylinder free-piston engine may contain a control unit, and in each cylinder a pressure sensor is installed connected by electrical communication with the control unit.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1…4, где:The invention is illustrated in figure 1 ... 4, where:

- на фиг.1 представлена схема двигателя,- figure 1 presents a diagram of the engine,

- на фиг.2 приведена схема поршневой группы и пары оппозитных цилиндров,- figure 2 shows a diagram of a piston group and a pair of opposed cylinders,

- на фиг.3 приведен разрез А-А,- figure 3 shows a section aa,

- на фиг.4 приведена электрическая схема двигателя.- figure 4 shows the electrical circuit of the engine.

Свободнопоршневой двигатель (фиг.1) содержит корпус двигателя 1, две пары оппозитно установленных цилиндров 2…5 и две поршневые группы 6 и 7. Между цилиндрами 2…5 установлена магнитопроницаемая вставка 8. Форма вставки 8 прямоугольная или прямоугольная со скругленными углами. При этом поршневые группы 6 и 7 выполнены в виде единого узла с двумя торцами 9 и 10 и цилиндрическим пустотелым корпусом 11, в средней части которого установлена внутренняя магнитопроницаемая вставка 12 и радиально установлены постоянные магниты 13. Корпус двигателя 1 выполнен с образованием полости 14 между магнитопроницаемой вставкой 8 и внутренней цилиндрической вставкой из магнитопроницаемого материала. Материал магнитопроницаемых вставок 8 и 12 - титан, нержавеющая сталь полимер, композиционный материал и др. материалы, проницаемые для магнитного поля. Корпус двигателя 1 соединен с цилиндрами 2…5 фланцами 15. Снаружи относительно магнитопроницаемой вставки 8 установлена по меньшей мере одна обмотка возбуждения 16. Обмотка возбуждения 16 является составной частью линейного электрогенератора.Free piston engine (figure 1) contains a motor housing 1, two pairs of opposed cylinders 2 ... 5 and two piston groups 6 and 7. A magnetically permeable insert 8 is installed between the cylinders 2 ... 5. The shape of the insert 8 is rectangular or rectangular with rounded corners. In this case, the piston groups 6 and 7 are made in the form of a single unit with two ends 9 and 10 and a cylindrical hollow body 11, in the middle part of which an internal magneto-permeable insert 12 is installed and permanent magnets 13 are radially mounted. The motor housing 1 is made with the formation of a cavity 14 between the magneto-permeable insert 8 and an inner cylindrical insert of magnetically permeable material. The material of magnetically permeable inserts 8 and 12 is titanium, stainless steel, polymer, composite material and other materials permeable to magnetic fields. The motor housing 1 is connected to the cylinders 2 ... 5 by flanges 15. Outside relative to the magnetically permeable insert 8, at least one field winding 16. is installed. Field winding 16 is an integral part of a linear electric generator.

С обеих сторон поршневая группа 6 имеет компрессионные и маслосъемные кольца соответственно 17 и 18 (фиг.2).On both sides of the piston group 6 has compression and oil scraper rings, respectively 17 and 18 (figure 2).

Особенностью предложенного четырехцилиндрового свободнопоршневого двигателя является то, что у него синхронизирована работа поршневых групп таким образом, что поршневые группы совершают движение в противоположные стороны. Синхронизация движения нескольких поршней в ДВС широко применяется и осуществляется коленчатым валом. В свободнопоршневых двигателях коленчатый вал отсутствует, и синхронизация работы поршневых групп - трудная техническая задача.A feature of the proposed four-cylinder free-piston engine is that it synchronizes the operation of the piston groups in such a way that the piston groups move in opposite directions. The synchronization of the movement of several pistons in the internal combustion engine is widely used and carried out by a crankshaft. In free piston engines, the crankshaft is absent, and synchronizing the operation of piston groups is a difficult technical task.

Механизм синхронизации 19 (фиг.1…3) выполнен в виде двуплечего рычага 20, установленного на оси 21, проходящей через отверстие 22, выполненное в средней части этого рычага. На концах двуплечего рычага 20 выполнены открытые прямоугольные пазы 23, через которые проходят пальцы 24, установленные в поршневых группах 6 и 7 по прессовой посадке во внутренних корпусах 25 поршневых групп 6 и 7 (фиг.3).The synchronization mechanism 19 (figure 1 ... 3) is made in the form of a two-shouldered lever 20 mounted on an axis 21 passing through an opening 22 made in the middle part of this lever. At the ends of the two shoulders of the lever 20, open rectangular grooves 23 are made through which the fingers 24 are installed, installed in the piston groups 6 and 7 for press fit in the inner housings 25 of the piston groups 6 and 7 (Fig. 3).

Кроме того, двигатель содержит всасывающие коллекторы 26 и общий всасывающий коллектор 27, а также выхлопные коллекторы 28 и общий выхлопной коллектор 29. Во всасывающих коллекторах 26 установлены топливные форсунки 30 и впускной клапан 31 с приводом 32. В выхлопных коллекторах 28 установлены выпускные клапаны 33 с приводами 34. В каждом цилиндре 2…5 имеется электросвеча 35.In addition, the engine contains intake manifolds 26 and a common intake manifold 27, as well as exhaust manifolds 28 and a common exhaust manifold 29. Fuel injectors 30 and an intake valve 31 with an actuator 32 are installed in the intake manifolds 26. Exhaust valves 33 s are installed in the exhaust manifolds 28. drives 34. In each cylinder 2 ... 5 there is an electric candle 35.

Двигатель может содержать блок управления 36, а в каждом цилиндре 2…5 установлен датчик давления 37, соединенный электрической связью 38 с блоком управления 36. Двигатель может содержать, установленный на каждом цилиндре 2…5 датчик положения поршня 39, соединенный электрической связью 38 с блоком управления 36 (фиг.4).The engine may contain a control unit 36, and in each cylinder 2 ... 5 there is a pressure sensor 37 connected by electrical connection 38 to the control unit 36. The engine may include a piston position sensor 39 installed on each cylinder 2 ... 5 connected by electrical connection 38 to the block control 36 (figure 4).

Обмотка возбуждения 16 соединена электрическими проводами 40 с коммутатором 41. Коммутатор 41 электрическими проводами 40 соединен с аккумулятором 42 и электродвигателем 43.The field winding 16 is connected by electric wires 40 to a switch 41. The switch 41 by electric wires 40 is connected to a battery 42 and an electric motor 43.

На корпусе двигателя 1 выполнено заправочное отверстие 44, соединенное маслопроводом 45, содержащим кран 46 с маслобаком 47.On the engine casing 1, a filling hole 44 is made, connected by an oil pipe 45 containing a valve 46 with an oil tank 47.

Топливная система двигателя содержит топливный бак 48, к которому присоединен топливопровод 49, содержащий топливный насос 50 соединенный с топливными форсунками 30. Электрическая схема двигателя приведена на фиг. 3 и 4.The engine fuel system comprises a fuel tank 48 to which a fuel line 49 is connected, comprising a fuel pump 50 connected to the fuel nozzles 30. An electrical diagram of the engine is shown in FIG. 3 and 4.

Работа свободнопоршневого двигателя (фиг.1…4) осуществляется следующим образом.The operation of the free piston engine (figure 1 ... 4) is as follows.

Для запуска двигателя напряжение с аккумулятора 42 через коммутатор 41 подается в общую обмотку возбуждения 16. В этом случае линейный электрогенератор работает как двигатель. Одновременно блок управления 36 включает топливный насос 50 и топливо из топливного бака 48 подается в топливные форсунки 30. Потом открывают впускной клапан 31 одного из цилиндров 3 подачей сигнала с блока управления 36 на привод 32 и топливо-воздушная смесь поступает в полость одного из цилиндров 2 или 3. При работе свободнопоршневого двигателя (фиг.1…4) каждый ход поршневой группы 6 является рабочим ходом для одного из цилиндров 2…5, в то время как для противоположной части этот ход является процессом сжатия. При достижении необходимой степени сжатий, фиксируемой датчиком давления 37 и/или датчиком положения поршня 39, блок управления 36 подает напряжение на электросвечу 35. Поршневая группа 6 совершает рабочий ход. Поршневая группа 7 движется в противоположном направлении за счет механизма синхронизации 19. Потом открывают выпускной клапан 33 подачей команды с блока управления 36 на привод 34. Происходит выхлоп.To start the engine, the voltage from the battery 42 through the switch 41 is supplied to the common field winding 16. In this case, the linear generator operates as a motor. At the same time, the control unit 36 includes a fuel pump 50 and fuel from the fuel tank 48 is supplied to the fuel nozzles 30. Then, the inlet valve 31 of one of the cylinders 3 is opened by applying a signal from the control unit 36 to the actuator 32 and the fuel-air mixture enters the cavity of one of the cylinders 2 or 3. During the operation of the free piston engine (FIGS. 1 ... 4), each stroke of the piston group 6 is a working stroke for one of the cylinders 2 ... 5, while for the opposite part this stroke is a compression process. Upon reaching the necessary degree of compression detected by the pressure sensor 37 and / or the piston position sensor 39, the control unit 36 supplies voltage to the electric candle 35. The piston group 6 makes a stroke. The piston group 7 moves in the opposite direction due to the synchronization mechanism 19. Then, the exhaust valve 33 is opened by issuing a command from the control unit 36 to the actuator 34. An exhaust occurs.

Потом аналогичный цикл повторяется в других цилиндрах 3…5.Then a similar cycle is repeated in other cylinders 3 ... 5.

Температура поршневой группы 6 и 7 из-за их контакта с горячими отработанными газами, составит на максимальном режиме не более 500-600°C.The temperature of the piston group 6 and 7 due to their contact with hot exhaust gases, will be at the maximum mode no more than 500-600 ° C.

При остановке двигателя вновь происходит переключение линейного генератора в режим двигателя и отключают подачу топлива (не показано). При этом для создания противодействия движению поршня ток остановки, подаваемый на линейный электрогенератор, может обеспечить движение поршневой группы 6 в направлении, обратном настоящему направлению движения поршневой группы 6, для осуществления экстренного торможения.When the engine stops, the linear generator switches back to engine mode and the fuel supply is turned off (not shown). In this case, in order to counteract the movement of the piston, the stop current supplied to the linear electric generator can provide movement of the piston group 6 in the direction opposite to the actual direction of motion of the piston group 6 for emergency braking.

Т.к. в процессе работы свободнопоршневого двигателя температура в обмотке возбуждения 16 линейного электрогенератора, которая находится вне цилиндров 2...5, составляет примерно +10 - +20°C, то потери магнитного поля в медных обмотках на нагрев уменьшаются по сравнению с потерями магнитного поля в прототипе на 30-50%. Снижение потерь приводит к повышению кпд свободнопоршневого двигателя. Отсутствие токосъемников приводит к повышению пожаробезопасности работы, а отсутствие обмоток в зоне высоких температур повышает надежность двигателя.Because during the operation of the free piston engine, the temperature in the field winding 16 of the linear electric generator, which is located outside the cylinders 2 ... 5, is approximately +10 - + 20 ° C, then the magnetic field losses in the copper windings for heating are reduced in comparison with the magnetic field losses in prototype 30-50%. Reducing losses leads to increased efficiency of the free piston engine. The absence of current collectors leads to increased fire safety, and the absence of windings in the high temperature zone increases the reliability of the engine.

Механизм синхронизации уменьшает вибронагрузки за счет противоположного движения поршневых групп и повышает мощность двигателя за счет более резкого изменения магнитного потока через обмотку возбуждения.The synchronization mechanism reduces vibration loads due to the opposite movement of the piston groups and increases the engine power due to a sharper change in the magnetic flux through the excitation winding.

Надежная система смазки позволяет увеличить ресурс работы двигателя до капитального ремонта, уменьшить износ трущихся частей и предотвратить перегрев.A reliable lubrication system allows you to increase the life of the engine before overhaul, reduce wear of the rubbing parts and prevent overheating.

Электронная система управления позволяет полностью автоматизировать процесс зажигания и открывания и закрывания спускных и выпускных клапанов и корректировать их открытие и закрытие в зависимости от режима работы двигателя.The electronic control system allows you to fully automate the process of ignition and opening and closing the drain and exhaust valves and adjust their opening and closing, depending on the engine operating mode.

Улучшается экологичность работы двигателя, так как транспортное средство в густонаселенных районах может передвигаться с выключенным свободнопоршневым двигателем на аккумуляторе.Improving the environmental friendliness of the engine, as the vehicle in densely populated areas can move with the free piston engine off on the battery.

Применение датчиков давления и положения поршней на обоих цилиндрах позволяет не только своевременно открывать и закрывать впускные и выпускные клапаны и подавать напряжение на электросвечи, но и контролировать аварийную ситуацию и при необходимости автоматически выключить двигатель.The use of pressure sensors and piston positions on both cylinders allows not only to open and close the intake and exhaust valves and supply voltage to the electric candles in a timely manner, but also to control the emergency situation and, if necessary, automatically turn off the engine.

Изобретение позволяет расширить номенклатуру производства свободнопоршневых двигателей с одним или двумя и более блоками на базе одного разработанного и доведенного модуля.The invention allows to expand the range of production of free piston engines with one or two or more blocks based on one developed and brought module.

Claims (3)

1. Четырехцилиндровый свободнопоршневой двигатель, содержащий корпус двигателя, две пары оппозитно установленных цилиндров и две поршневые группы, отличающийся тем, что между цилиндрами установлена магнитопроницаемая вставка, каждая поршневая группа выполнена в виде единого узла с двумя торцами и цилиндрическим пустотелым корпусом, в средней части которого выполнена внутренняя магнитопроницаемая цилиндрическая вставка, а внутри радиально установлены постоянные магниты сегментной формы, корпус двигателя выполнен с образованием зазора между магнитопроницаемой цилиндрической вставкой и внутренней магнитопроницаемой цилиндрической вставкой, вне него установлена по меньшей мере одна обмотка возбуждения, а движение поршневых групп в противоположные стороны обеспечено механизмом согласования.1. Four-cylinder free-piston engine containing an engine casing, two pairs of opposed cylinders and two piston groups, characterized in that a magnetically permeable insert is installed between the cylinders, each piston group is made as a single unit with two ends and a cylindrical hollow body, in the middle of which an internal magnetically-permeable cylindrical insert is made, and permanent magnets of a segmental shape are radially mounted inside, the engine housing is formed with the formation of a gap ra between magnetically permeable cylindrical inner insert and a magnetically permeable cylindrical insert, it is installed at least one field winding, and the movement of the piston in opposite directions groups provided matching mechanism. 2. Четырехцилиндровый свободнопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что механизм согласования выполнен в виде двуплечего рычага.2. The four-cylinder free-piston engine according to claim 1, characterized in that the matching mechanism is made in the form of a two-shouldered lever. 3. Четырехцилиндровый свободнопоршневой двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он содержит блок управления, а в каждом цилиндре установлен датчик давления, соединенный электрической связью с блоком управления. 3. The four-cylinder free-piston engine according to claim 1 or 2, characterized in that it contains a control unit, and in each cylinder there is a pressure sensor connected by electrical communication with the control unit.
RU2013121236/06A 2013-05-07 2013-05-07 Plunger-free four-cylinder engine RU2516767C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121236/06A RU2516767C1 (en) 2013-05-07 2013-05-07 Plunger-free four-cylinder engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013121236/06A RU2516767C1 (en) 2013-05-07 2013-05-07 Plunger-free four-cylinder engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2516767C1 true RU2516767C1 (en) 2014-05-20

Family

ID=50779081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013121236/06A RU2516767C1 (en) 2013-05-07 2013-05-07 Plunger-free four-cylinder engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2516767C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2542810A1 (en) * 1982-07-06 1984-09-21 Sellet Christian Engine with free pistons using the two-stroke cycle
SU1455010A1 (en) * 1987-01-12 1989-01-30 Харьковское Высшее Военное Авиационное Инженерное Краснознаменное Училище Free-piston engine with linear electric generator
US5002020A (en) * 1988-04-26 1991-03-26 Kos Joseph F Computer optimized hybrid engine
RU2144990C1 (en) * 1998-11-10 2000-01-27 Корнилов Константин Эдуардович Fuel-electric converter
RU2150014C1 (en) * 1999-03-16 2000-05-27 Пинский Феликс Ильич Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator
RU2186231C2 (en) * 2000-03-06 2002-07-27 Дальневосточный государственный университет путей сообщения Free-piston engine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2542810A1 (en) * 1982-07-06 1984-09-21 Sellet Christian Engine with free pistons using the two-stroke cycle
SU1455010A1 (en) * 1987-01-12 1989-01-30 Харьковское Высшее Военное Авиационное Инженерное Краснознаменное Училище Free-piston engine with linear electric generator
US5002020A (en) * 1988-04-26 1991-03-26 Kos Joseph F Computer optimized hybrid engine
RU2144990C1 (en) * 1998-11-10 2000-01-27 Корнилов Константин Эдуардович Fuel-electric converter
RU2150014C1 (en) * 1999-03-16 2000-05-27 Пинский Феликс Ильич Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator
RU2186231C2 (en) * 2000-03-06 2002-07-27 Дальневосточный государственный университет путей сообщения Free-piston engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2500905C1 (en) Free-piston engine
US8800527B2 (en) Method and apparatus for providing adaptive swirl injection and ignition
KR20010020289A (en) Internal combustion engine
CN102434277B (en) Internal-combustion permanent-magnet linear power generation device
RU143160U1 (en) LINEAR DC GENERATOR WITH DRIVE FROM FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE
JP2005524016A (en) Free piston device with electric linear drive
RU2186231C2 (en) Free-piston engine
WO2001094752A1 (en) Frre-piston internal combustion engine with valves located in pistons
US20120255434A1 (en) Piston
RU2500906C1 (en) Free-piston engine
RU2516767C1 (en) Plunger-free four-cylinder engine
RU2550228C2 (en) Ac generator with external combustion engine
RU2514970C1 (en) Plunger-free four-cylinder engine
RU2522253C1 (en) Eight-cylinder plunger-free engine
RU2511799C1 (en) Free-piston engine
US11616420B2 (en) Free piston generator based on split thermodynamic cycle
RU2503836C1 (en) Four-cylinder plunger-free engine
RU2517956C1 (en) Plunger-free engine
RU2508459C1 (en) Plunger-free engine
RU112537U1 (en) ELECTRIC AC GENERATOR
RU2411379C2 (en) Linear electric hydrodynamic internal combustion engine by va kushchenko
RU2517957C1 (en) Plunger-free four-cylinder engine
WO2009035229A2 (en) Engine
RU2516768C1 (en) Plunger-free four-cylinder engine
RU2513076C1 (en) Plunger-free engine