Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2503835C1 - Plunger-free engine - Google Patents

Plunger-free engine Download PDF

Info

Publication number
RU2503835C1
RU2503835C1 RU2012148464/06A RU2012148464A RU2503835C1 RU 2503835 C1 RU2503835 C1 RU 2503835C1 RU 2012148464/06 A RU2012148464/06 A RU 2012148464/06A RU 2012148464 A RU2012148464 A RU 2012148464A RU 2503835 C1 RU2503835 C1 RU 2503835C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
piston engine
engine
engine according
rod
Prior art date
Application number
RU2012148464/06A
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 RU2012148464/06A priority Critical patent/RU2503835C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2503835C1 publication Critical patent/RU2503835C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: plunger-free engine comprises housing and four cylinders. Two opposed pistons with rod are fitted there inside. Besides, engine comprises ignition plugs, timing systems at cylinder ends, air-fuel mix feed manifold and exhaust gas manifold, and control system. In compliance with this invention, every cylinder is equipped with rack at rod and two gear engaged therewith fitted drive shafts. Said drive shafts are coupled with overrunning couplings' to allow opposite rotation of two output shafts. Said output shafts are connected with input to common reduction gear having load shaft. Common reduction gear comprises two gears fitted at output shafts and drive gear engaged therewith and fitted on load shaft. Note here that one of said gears is engaged directly with driven fear while another engages it while idle gear.
EFFECT: higher efficiency and reliability.
7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическим установкам и может быть использовано в автомобилестроении, тяжелом машиностроении и малой энергетике, в частности в виде вспомогательных двигателей транспортных механизмов на передвижных или переносных электростанциях, электросварочных агрегатах и др.The invention relates to power plants and can be used in the automotive industry, heavy machinery and small energy, in particular in the form of auxiliary engines of transport mechanisms in mobile or portable power plants, electric welding units, etc.

Известен свободнопоршневой двигатель по А. Св. СССР А.с.985365 СССР, МКИ 5 F02B 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 A. St. USSR A.S. 985365 USSR, 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, при чем 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 chemical energy, 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°C 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 А. Св. СССР №1733650 СССР, МКИ 5 F02B 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 A. St. USSR No. 1733650 of the USSR, 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.The 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°C) 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°C. 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°C.The principle of operation of the cooling system is that when a certain temperature of the exhaust gases is reached (600-800 ° C) through a special water nozzle, a coolant is fed into the combustion chamber, 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 непосредственною контакта охлаждающей среды с обмоткой якоря, расположенной внутри поршня, приводит к недостаточному охлаждению обмотки. Температура обмотки снижается только до 250-300°C. При этом потери электромагнитного поля на медных обмотках на 50% больше, чем потери электромагнитного поля при температуре в 20°C.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 electromagnetic field on copper windings is 50% greater than the loss of electromagnetic field at a temperature of 20 ° C.

Кроме того, подача охлаждающей жидкости в камеру сгорания приводит к резким перепадам температуры, а, 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 which a piston with a rod is located, 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 shut-off rings of the cooling system fixed to the stem 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 масло с топливом. Кроме того, на 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 and fuel vapors. In addition, the GTE launch system has been developed.

Задача, стоящая перед изобретателями, заключалась в разработке свободнопоршневого двигателя, с высоким кпд и надежности.The challenge facing the inventors was to develop a free-piston engine with high efficiency and reliability.

Решение указанных задач достигнуто в свободнопоршневом двигатель, содержащем корпус, четыре цилиндра, внутри которых расположены по два оппозитно установленных поршня со штоком, свечи зажигания, системы газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов и систему управления, тем, что согласно изобретению каждый цилиндр оборудован зубчатой рейкой на штоке и двумя контактирующими с ней зубчатыми колесами, установленными на ведущих валах, которые соединены с обгонными муфтами, обеспечивающими противоположное вращение двух выходных валов, выходные валы соединены с входом в общий редуктор, имеющий вал нагрузки. Общий редуктор может содержать две шестерни, установленные на выходных валах и соединенную с ними ведомую шестерню, установленную при этом на валу нагрузки, при этом одна из шестерен соединена с ведомой непосредственно, а другая - через промежуточную шестерню. Каждая система газораспределения может быть выполнена в виде подпружиненных впускного и выпускного клапанов, содержащих седло и шток и установленных в головках цилиндра, и гидротолкателей, установленных на торцах штоков клапанов соединенных трубопроводами с гидрораспределителем. Система управления может содержать блок управления и датчики положения поршней, установленные на обеих цилиндрах, при этом блок управления электрическими связями соединен с датчиками положения поршней, гидрораспределителем и свечами зажигания. К валу нагрузки присоединен электрогенератор. Каждый цилиндр может быть выполнен с двумя коаксиальными стенками, образующими зазор для прохождения охлаждающей жидкости. Каждый цилиндр может быть выполнен с двумя коаксиальными стенками, образующими зазор для прохождения охлаждающей жидкостиThe solution of these problems was achieved in a free-piston engine containing a housing, four cylinders, inside of which there are two opposed pistons with a rod, spark plugs, gas distribution systems at the cylinder ends, a manifold for supplying a fuel-air medium and an exhaust manifold and a control system, in accordance with of the invention, each cylinder is equipped with a gear rack on the rod and two gears in contact with it mounted on drive shafts that are connected to overrunning clutches, echivayuschimi opposite rotation of the two output shafts, the output shafts are connected to the input of a common gear unit having a load shaft. A common gearbox may contain two gears mounted on the output shafts and a driven gear connected to them, mounted on the load shaft, one of the gears being connected directly to the driven gear and the other through an intermediate gear. Each gas distribution system can be made in the form of spring-loaded intake and exhaust valves containing a seat and a rod and installed in the cylinder heads, and hydraulic pushers installed on the ends of the valve stems connected by pipelines to the valve. The control system may include a control unit and piston position sensors mounted on both cylinders, while the electrical control unit is connected to piston position sensors, a control valve and spark plugs. An electric generator is connected to the load shaft. Each cylinder can be made with two coaxial walls forming a gap for the passage of coolant. Each cylinder can be made with two coaxial walls forming a gap for the passage of coolant

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

- на фиг.1 приведена схема двигателя первый вариант,- figure 1 shows the engine diagram of the first option,

- на фиг.2 приведена схема редуктора,- figure 2 shows the diagram of the gearbox,

- на фиг.3 приведен вид А первого варианта двигателя- figure 3 shows a view of the first embodiment of the engine

- на фиг.4 приведена вид А второго варианта двигателя,- figure 4 shows a view of a second variant of the engine,

Свободнопоршневой двигатель (фиг.1…4) содержит, корпус 1, четыре цилиндра 2, внутри которых установлены попарно и оппозитно четыре поршня 3. Поршни 3 имеют компрессионные и маслосъемные кольца, соответственно, 4 и 5. Поршни 3 оппозитно закреплены на штоке 6. На торцах цилиндров 2 установлены головки 7 цилиндров 2. Между торцами цилиндра 2 и поршнями 3 образованы камеры сгорания 8, а между поршнями 2 - внутрипоршневая камера 9. Внутрипоршневая камере 9 частично заполнена смазывающей жидкостью.Free piston engine (figure 1 ... 4) contains, housing 1, four cylinders 2, inside of which four pistons 3 are installed in pairs and opposite. Pistons 3 have compression and oil scraper rings, 4 and 5, respectively. Pistons 3 are opposite mounted on the rod 6. At the ends of the cylinders 2, cylinder heads 7 of the cylinders 2 are installed. Between the ends of the cylinder 2 and the pistons 3, combustion chambers 8 are formed, and between the pistons 2 an intra-piston chamber 9. The intra-piston chamber 9 is partially filled with lubricating fluid.

Свободнопоршневой двигатель содержит трубопровод подачи топливовоздушной смеси 10 и трубопровод отвода выхлопных газов 11 и систему газораспределения 12.The free piston engine comprises a fuel-air mixture supply pipe 10 and an exhaust pipe 11 and a gas distribution system 12.

Система газораспределения 12, в свою очередь (каждая) содержит головку 7, внутри которой выполнено две полости впускная 13 и выпускная 14 и установлены впускной клапан 15 с головкой 16 и штоком 17, а в выпускной полости 14 - выпускной клапан 18 с головкой 19 и штоком 20. На головке 7 установлены пружины 21, которые в нормальном положении удерживают клапаны 15 и 18 в закрытом положении. На торцах штоков 17 и 20 всех клапанов 15 и 18 установлены гидротолкатели 22. Для обеспечения работы гидротолкателей 22 применена гидросистема, содержащая маслобак 23, трубопровод низкого давления 24 соединенный с, гидронасосом 25, к выходу которого присоединен трубопровод высокого давления 26, гидрораспределитель 27, к выходам которого присоединены управляющие трубопроводы 28, соединенные с гидротолкателями 22. (Гидротолкатель - это гидроцилиндр с поршнем и штоком.)The gas distribution system 12, in turn (each) contains a head 7, inside of which two inlet cavities 13 and an outlet 14 are made and an intake valve 15 with a head 16 and a stem 17 is installed, and in the exhaust cavity 14, an exhaust valve 18 with a head 19 and a stem 20. On the head 7, springs 21 are installed, which in the normal position hold the valves 15 and 18 in the closed position. At the ends of the rods 17 and 20 of all valves 15 and 18, hydraulic pushers 22 are installed. To ensure the operation of hydraulic pushers 22, a hydraulic system is used, comprising an oil tank 23, a low pressure pipe 24 connected to a hydraulic pump 25, to the outlet of which a high pressure pipe 26, a hydraulic distributor 27, are connected to the outputs of which are connected to control pipelines 28 connected to the hydraulic pushers 22. (The hydraulic pusher is a hydraulic cylinder with a piston and a rod.)

В свободнопоршневом двигателе на штоках 6 каждого цилиндра 2 установлена зубчатая рейка 29, с которой контактируют ведущие зубчатые колеса 30 и 31 установленные на ведущих валах 32 и 33 (фиг.1).. Валы 32 и 33 соединены с муфтами обгона 34 и 35, имеющими возможность передавать вращение в противоположные стороны. Муфты обгона 34 и 35 находятся вне внутрипоршневой камеры 9. Выходные валы 36 и 37 муфт обгона 34 и 35 обеих цилиндров 2 соединены с входами в общий редуктор 38 (фиг.2).In the free piston engine, a gear rack 29 is mounted on the rods 6 of each cylinder 2, with the leading gears 30 and 31 in contact with the drive shafts 32 and 33 (FIG. 1) in contact. The shafts 32 and 33 are connected to overtaking couplings 34 and 35, having the ability to transmit rotation in opposite directions. Overtaking couplings 34 and 35 are located outside the piston chamber 9. Output shafts 36 and 37 of the overtaking couplings 34 and 35 of both cylinders 2 are connected to the inputs to the common gearbox 38 (Fig. 2).

Особенность редуктора 38 - два входных и один выходной вал (вал нагрузки. Наиболее предпочтительная схема общего редуктора 38 приведена на фиг.2. Этот редуктор может содержать шестерню 39, установленную на выходном валу 36 и шестерню 40, установленную на выходном валу 37. Шестерня 39 контактирует с ведомой шестерней 42 непосредственно, а шестерня 40 - через промежуточную шестерню 41 для изменения направления вращения. Промежуточная шестерня 41 установлена на валу нагрузки 43. Шестерни 39 и 40 должны быть выполнены одинаковыми для обеспечения одинаковых передаточных отношений. Назначение муфт обгона 34 и 35 обеспечить из-за переменного по направлению вращательного движение валов 32 и 33 попеременное снятие мощности при прямом и при обратном ходе поршней 3.The peculiarity of the gearbox 38 is two input and one output shaft (load shaft. The most preferred circuit of the common gearbox 38 is shown in figure 2. This gearbox may contain gear 39 mounted on the output shaft 36 and gear 40 mounted on the output shaft 37. Gear 39 it is in direct contact with the driven gear 42, and the gear 40 through the intermediate gear 41 to change the direction of rotation. The intermediate gear 41 is mounted on the load shaft 43. The gears 39 and 40 must be identical to ensure the same The purpose of the overtaking clutches 34 and 35 is to ensure, due to the alternating direction of rotation of the shafts 32 and 33, alternating power removal with forward and reverse pistons 3.

Применение двух валов 32 и 33 для съема энергии на одном цилиндре 2 обязательно, так как в противном случае не будет использоваться энергия вырабатываемая при обратном ходе поршней 3 и КПД двигателя уменьшится в 2 раза и детали двигателя будут испытывать значительные вибронагрузки.The use of two shafts 32 and 33 for energy removal on one cylinder 2 is necessary, since otherwise the energy generated during the reverse stroke of the pistons 3 and the engine efficiency will not be reduced by 2 times and the engine parts will experience significant vibration loads.

Каждый цилиндр 1 имеет по свече зажигания 44.Each cylinder 1 has a spark plug 44.

Коре того, в обеих цилиндрах 2 с зубчатой рейкой 29 или 29а контактирует зубчатое колесо 45 установленное на валу 46 на конце которого установлен датчик положения поршней 47, который обеспечивает четкую работу газораспределительного механизма и системы зажигания..In addition, in both cylinders 2, a gear 45 mounted on a shaft 46 is in contact with a gear rack 29 or 29a, at the end of which a piston position sensor 47 is installed, which provides a clear operation of the gas distribution mechanism and the ignition system.

Двигатель может быть оборудован блоком управления 48, который электрическими связями 49 соединен со свечами зажигания 44, гидрораспределителем 27, датчиками положения поршней 47 и насосом 25The engine can be equipped with a control unit 48, which is connected by electrical connections 49 to spark plugs 44, valve 27, piston position sensors 47 and pump 25

На фиг.4 приведен вариант исполнения двигателя с выводом механической энергии на электрогенератор 55. Это обеспечит ряд преимуществ, например согласование работы нескольких цилиндров 2.Figure 4 shows an embodiment of the engine with the withdrawal of mechanical energy to the generator 55. This will provide several advantages, for example, coordination of the operation of several cylinders 2.

Система охлаждения состоит из двух стенок цилиндра 2: внешней 51 и внутренней 50 с зазором 52 между ними, и трубок подвода и отвода охладителя 53 и 54.The cooling system consists of two walls of the cylinder 2: external 51 and internal 50 with a gap 52 between them, and supply and exhaust pipes of the cooler 53 and 54.

Электрическая схема содержит электрические провода 56, соединяющие генераторы электроэнергии 55 через присоединительные клеммы 57 и коммутатор 58 с электродвигателем 59. К коммутатору 58 также присоединен аккумулятор 60.The electric circuit contains electric wires 56 connecting the electric power generators 55 through the connecting terminals 57 and the switch 58 with the electric motor 59. A battery 60 is also connected to the switch 58.

Блок управления 48 - это электронный блок, содержащий процессор и блок памяти, (на фиг.1…4 электронная схема блока управления подробно не показана). Блок управления 48 должен обеспечивать своевременную подачу напряжения на свечи зажигания 44, своевременное открывание и закрывание клапанов 15 и 18 и контроль режима работы свободнопоршневого двигателя, например частоты перемещения поршней 3.The control unit 48 is an electronic unit containing a processor and a memory unit (in Figs. 1 ... 4, the electronic circuit of the control unit is not shown in detail). The control unit 48 must ensure the timely supply of voltage to the spark plugs 44, the timely opening and closing of the valves 15 and 18 and the control of the operation of the free piston engine, for example, the frequency of movement of the pistons 3.

Система съема нагрузки для двигателя (фиг.4) выполнена в виде проводов 56 с присоединительными клеммами 57 Возможно применение нескольких (более 2-х) цилиндров 1. В этом случае генератор электроэнергии 55 соединены с коммутатором 58.The load-lifting system for the engine (Fig. 4) is made in the form of wires 56 with connecting terminals 57 It is possible to use several (more than 2) cylinders 1. In this case, the power generator 55 is connected to the switch 58.

Свободнопоршневой двигатель работает следующим образом (фиг.1…4).Free piston engine operates as follows (figure 1 ... 4).

Для запуска двигателя (фиг.1) он должен быть оборудован стартером (Стартер на фиг.1…4 не показан). При запуске свободнопоршневого двигателя (фиг.2) генератор электроэнергии 55 работает в двигательном режиме. Для этого из аккумулятора 60 на генератор электроэнергии 55 через коммутатор 58 подается ток запуска обратной, полярности, по отношению к току, вырабатываемому генераторами электроэнергии 55 в генераторном режиме. Ведущие валы 32 и 33 приводятся во вращение, вследствие чего шток 6 и поршни 2 приводится в движение, совершая ход сжатия в одной из камер сгорания 8 цилиндра 2. При достижении определенной степени сжатия (при определенном положении поршня 3 фиксируемом датчиком положения поршней 47) топливо подается в трубопровод подачи топливовоздушной смеси 10 и поступает через открытый впускной клапан 15 в одну из камер сгорания 8. После чего с блока управления 48 подают напряжение на свечу 44 (фиг.1…3) и начинается процесс сгорания и расширения отработанных газов, происходящий в соответствии с циклом четырехтактного двигателя. Одновременно в противоположном конце цилиндра 1 происходит процесс выхлопа и продувки. После запуска генератор электроэнергии 55 переключается в генераторный режим при помощи коммутатора 58 и электрический ток поступает на электродвигатель 59 и аккумулятор 60.To start the engine (figure 1) it must be equipped with a starter (the starter in figure 1 ... 4 is not shown). When you start the free piston engine (figure 2), the electric power generator 55 operates in a motor mode. To do this, from the battery 60 to the electric power generator 55 through the switch 58, a reverse polarity starting current is supplied with respect to the current generated by the electric power generators 55 in the generator mode. The drive shafts 32 and 33 are driven into rotation, as a result of which the rod 6 and pistons 2 are driven, making a compression stroke in one of the combustion chambers 8 of cylinder 2. When a certain compression ratio is reached (at a certain position of the piston 3 fixed by the piston position sensor 47), the fuel is fed into the fuel-air mixture supply pipe 10 and enters through one of the combustion chambers 8 through an open intake valve 15. After that, a voltage is supplied to the spark plug 44 from the control unit 48 (Figs. 1 ... 3) and the process of combustion and expansion of exhaust gases begins occurring in accordance with the cycle of a four-stroke engine. Simultaneously, at the opposite end of the cylinder 1, an exhaust and purge process takes place. After starting, the electric power generator 55 switches to the generator mode using the switch 58 and the electric current is supplied to the electric motor 59 and the battery 60.

При работе двигателя постоянно сравнивают показания двух датчиков положения поршней 47 и при расхождении показаний датчиков выключают подачу топлива, так как это свидетельствует об аварийной ситуации, например, об обрыве штока 5 в одном из цилиндров 2.When the engine is running, the readings of the two piston position sensors 47 are constantly compared and, when the readings of the sensors diverge, the fuel supply is turned off, as this indicates an emergency, for example, a broken rod 5 in one of the cylinders 2.

Возможна довольно длительная работа электродвигателя (электродвигателей) 59 от аккумулятора 60, например, в гараже или густонаселенном районе. Это необходимо в целях обеспечения экологи окружающей среды.A rather long operation of the electric motor (s) 59 from the battery 60 is possible, for example, in a garage or densely populated area. This is necessary in order to ensure the ecologists of the environment.

При работе свободнопоршевого двигателя каждый ход поршней 3 является рабочим ходом для одной из частей цилиндра 2, в то время, как для противоположной части этот ход является процессом сжатия. Температура поршня 3, из-за его контакта с горячими отработанными газами, составит на максимальном режиме не более 500-600°C.During the operation of the free-piston engine, each stroke of the pistons 3 is a stroke for one of the parts of the cylinder 2, while for the opposite part this stroke is a compression process. The temperature of the piston 3, due to its contact with hot exhaust gases, will be at the maximum mode no more than 500-600 ° C.

Одновременно с работой двигателя происходит работа системы охлаждения. Для этого по трубопроводу 53 подают в зазор 52 охлаждающую жидкость, подогретая жидкость выходит по обводной трубе 54 и далее охлаждается в теплообменнике (не позазано).Simultaneously with the operation of the engine, the cooling system is operating. To do this, coolant is fed into the gap 52 through a pipe 53, the heated fluid leaves through the bypass pipe 54 and is then cooled in a heat exchanger (not specified).

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 генератор электроэнергии 55 может обеспечить движение поршней 3 в направлении, обратном настоящему направлению движения поршней 3 для осуществления экстренного торможения.When the engine stops again, the linear generator switches to engine mode and the fuel supply is turned off (not shown). Moreover, in order to counter the movement of the piston, the stop current supplied to the electric power generator 55 can provide movement of the pistons 3 in the direction opposite to the actual direction of movement of the pistons 3 for emergency braking.

Т.к. в процессе работы свободнопоршневого двигателя температура на обмотках генератора электроэнергии 55, которые находятся вне цилиндра 2, 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 on the windings of the electric power generator 55, which are located outside the cylinder 2, is approximately +10 - + 20 ° C, then the magnetic field loss in the copper windings for heating is reduced, compared with the magnetic field loss in the prototype, by 30 -fifty%. 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.

Электронная система управления позволяет полностью автоматизировать процесс зажигания и открывания и закрывания спускных и выпускных клапанов и корректрировать 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 depending on the engine operating mode.

Улучшается экологичность работы двигателя, так как транспортное средство в густонаселенных районах может передвигаться с выключенный свободнопоршневым двигателем на аккумуляторе.The environmental performance of the engine improves, since the vehicle in densely populated areas can move with the free-piston engine off on the battery.

Муфты свободного хода обеспечивают оптимальную работу генераторов электроэнергии. При их отсутствии якорь генератора будет постоянно менять направление вращения, что приведет к большим ударным нагрузкам и снижению КПД генераторов электроэнергии. Применение любых других механизмов преобразования возвратнопоступательного движения во вращательное значительно усложнит конструкцию двигателя и увеличит его вес.Freewheel clutches ensure optimal operation of power generators. In their absence, the generator armature will constantly change the direction of rotation, which will lead to large shock loads and lower efficiency of electric power generators. The use of any other mechanisms for converting reciprocating motion into rotational motion will significantly complicate the design of the engine and increase its weight.

Применение вместо линейного генератора массово выпускаемых стандартных генераторов с вращающимся якорем как переменного так и постоянного тока облегчит проектирование и изготовление подобных двигателей.The use of mass-produced standard generators with a rotating armature of both alternating and direct current instead of a linear generator will facilitate the design and manufacture of such engines.

Применение датчиков положения поршней на обеих цилиндрах позволяет контролировать аварийную ситуацию и при необходимости автоматически выключить двигатель.The use of piston position sensors on both cylinders allows you to monitor the emergency situation and, if necessary, automatically turn off the engine.

При незначительном дефекте, например отказе топливной системы одного из цилиндров имеется возможность кратковременно продолжить работу двигателя в режиме менее 50% (на одном цилиндре), например, чтобы доставить транспортное средство, оборудованное таким двигателем до ремонтной мастерской.In case of a minor defect, for example, failure of the fuel system of one of the cylinders, it is possible to briefly continue to operate the engine in less than 50% mode (on one cylinder), for example, to deliver a vehicle equipped with such an engine to a repair shop.

Claims (7)

1. Свободнопоршневой двигатель, содержащий корпус, четыре цилиндра, внутри которых расположены по два оппозитно установленных поршня со штоком, свечи зажигания, системы газораспределения на концах цилиндра, коллектор подачи топливовоздушной среды и коллектор выхлопных газов и систему управления, отличающийся тем, что каждый цилиндр оборудован зубчатой рейкой на штоке и двумя контактирующими с ней зубчатыми колесами, установленными на ведущих валах, которые соединены с обгонными муфтами, обеспечивающими противоположное вращение двух выходных валов, выходные валы соединены с входом в общий редуктор, имеющий вал нагрузки.1. A free piston engine containing a housing, four cylinders, inside of which there are two opposed pistons with a rod, spark plugs, gas distribution systems at the ends of the cylinder, a manifold for supplying a fuel-air medium and an exhaust manifold, and a control system, characterized in that each cylinder is equipped gear rack on the rod and two gears in contact with it, mounted on the drive shafts, which are connected to overrunning clutches, providing opposite rotation of the two output shafts, output shafts are connected to the input of a common gearbox having a load shaft. 2. Свободнопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что общий редуктор содержит две шестерни, установленные на выходных валах, и соединенную с ними ведомую шестерню, установленную при этом на валу нагрузки, при этом одна из шестерен соединена с ведомой непосредственно, а другая - через промежуточную шестерню.2. The free-piston engine according to claim 1, characterized in that the common gearbox contains two gears mounted on the output shafts, and a driven gear connected to them, mounted on the load shaft, one of the gears being connected directly to the driven shaft and the other - through an intermediate gear. 3. Свободнопоршневой двигатель по п.1, отличающийся тем, что каждая система газораспределения выполнена в виде подпружиненных впускного и выпускного клапанов, содержащих седло и шток и установленных в головках цилиндра, и гидротолкателей, установленных на торцах штоков клапанов, соединенных трубопроводами с гидрораспределителем.3. The free piston engine according to claim 1, characterized in that each gas distribution system is made in the form of spring-loaded intake and exhaust valves containing a seat and a rod and installed in the cylinder heads, and hydraulic pushers mounted on the ends of the valve rods connected by pipelines to the valve. 4. Свободнопоршневой двигатель по п.3, отличающийся тем, что система управления содержит блок управления и датчики положения поршней, установленные на обеих цилиндрах, при этом блок управления электрическими связями соединен с датчиком положения поршней, гидрораспределителем и свечами зажигания.4. The free piston engine according to claim 3, characterized in that the control system comprises a control unit and piston position sensors mounted on both cylinders, while the electrical communications control unit is connected to a piston position sensor, a hydraulic distributor and spark plugs. 5. Свободнопоршневой двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что к валу нагрузки присоединен электрогенератор.5. Free piston engine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an electric generator is connected to the load shaft. 6. Свободнопоршневой двигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что каждый цилиндр выполнен с двумя коаксиальными стенками, образующими зазор для прохождения охлаждающей жидкости.6. Free piston engine according to any one of claims 1 to 4, characterized in that each cylinder is made with two coaxial walls forming a gap for the passage of coolant. 7. Свободнопоршневой двигатель по п.5, отличающийся тем, что каждый цилиндр выполнен с двумя коаксиальными стенками, образующими зазор для прохождения охлаждающей жидкости. 7. Free piston engine according to claim 5, characterized in that each cylinder is made with two coaxial walls forming a gap for the passage of coolant.
RU2012148464/06A 2012-11-14 2012-11-14 Plunger-free engine RU2503835C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012148464/06A RU2503835C1 (en) 2012-11-14 2012-11-14 Plunger-free engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012148464/06A RU2503835C1 (en) 2012-11-14 2012-11-14 Plunger-free engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2503835C1 true RU2503835C1 (en) 2014-01-10

Family

ID=49884746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012148464/06A RU2503835C1 (en) 2012-11-14 2012-11-14 Plunger-free engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2503835C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US7777357B2 (en) * 2007-10-05 2010-08-17 The Invention Fund I, LLC Free piston electromagnetic engine
US20100275884A1 (en) * 2009-05-01 2010-11-04 Gray Jr Charles L Quasi Free Piston Engine
RU2411380C2 (en) * 2009-02-17 2011-02-10 Валерий Валентинович Квашенников Motor of electromobile with drive from turbine generator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
US7777357B2 (en) * 2007-10-05 2010-08-17 The Invention Fund I, LLC Free piston electromagnetic engine
RU2411380C2 (en) * 2009-02-17 2011-02-10 Валерий Валентинович Квашенников Motor of electromobile with drive from turbine generator
US20100275884A1 (en) * 2009-05-01 2010-11-04 Gray Jr Charles L Quasi Free Piston Engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2500905C1 (en) Free-piston engine
US9010287B2 (en) Multi-fuel engine
RU2342546C2 (en) Electric generator based on piston-free engine with remote combustion chamber
WO2007137525A2 (en) Combustion engine with self-ignition of air-and-fuel mixture
RU2500906C1 (en) Free-piston engine
RU2513076C1 (en) Plunger-free engine
RU2503835C1 (en) Plunger-free engine
RU2504672C1 (en) Plunger-free engine
RU2522253C1 (en) Eight-cylinder plunger-free engine
RU2503834C1 (en) Plunger-free engine
RU2503837C1 (en) Plunger-free engine
RU2411379C2 (en) Linear electric hydrodynamic internal combustion engine by va kushchenko
RU2513075C1 (en) Four-cylinder plunger-free engine
RU2340783C1 (en) Unit of pistons and power module armature
RU2517957C1 (en) Plunger-free four-cylinder engine
RU2524577C1 (en) Generator plant
US9074556B2 (en) Internal combustion steam engine
RU2516768C1 (en) Plunger-free four-cylinder engine
RU2503836C1 (en) Four-cylinder plunger-free engine
RU2516767C1 (en) Plunger-free four-cylinder engine
JP7518974B2 (en) Monoblock reciprocating piston ICE/ORC combined power generation system
RU2514970C1 (en) Plunger-free four-cylinder engine
RU2381371C1 (en) Internal combustion engine
RU2517956C1 (en) Plunger-free engine
RU2508459C1 (en) Plunger-free engine