RU2345232C1 - Gas-distributing method for synchronisation of power module plungers motion - Google Patents

Gas-distributing method for synchronisation of power module plungers motion Download PDF

Info

Publication number
RU2345232C1
RU2345232C1 RU2007135410/06A RU2007135410A RU2345232C1 RU 2345232 C1 RU2345232 C1 RU 2345232C1 RU 2007135410/06 A RU2007135410/06 A RU 2007135410/06A RU 2007135410 A RU2007135410 A RU 2007135410A RU 2345232 C1 RU2345232 C1 RU 2345232C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pistons
plungers
plunger
piston
combustion chamber
Prior art date
Application number
RU2007135410/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Александрович Рыбаков (RU)
Анатолий Александрович Рыбаков
Original Assignee
Анатолий Александрович Рыбаков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Александрович Рыбаков filed Critical Анатолий Александрович Рыбаков
Priority to RU2007135410/06A priority Critical patent/RU2345232C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2345232C1 publication Critical patent/RU2345232C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention is related to power machines building. Gas-distributing method for synchronisation of power module plungers that transforms chemical energy of engine fuel into electric or mechanical energy, which comprises common external combustion chamber and two single-stroke plunger-free expanding machines, plunger symmetry axes of which match the same straight line, and plungers move in antiphase, according to invention, synchronisation of power module expanding machine plungers motion is realised by redistribution of combustion products that come from external combustion chamber into cylinders of expanding machines, for this purpose control system tracks values of every plunger speed, compares them and having received signal of plungers speed mismatch, it sets synchroniser actuator in position, when supply of combustion products is increased to the cylinder, where plunger motion speed is less than speed of oppositely moving plunger in the other cylinder for the time required for balancing of plunger speeds, or for the time that provides simultaneous arrival of plungers into extreme points of their motion.
EFFECT: reduction of power inputs to synchroniser drive, of its specific volume and increase of power module specific capacity.
2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

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

Уровень техникиState of the art

Одно из условий функционирования свободнопоршневых двигателей - синхронное движение поршней в противофазе на всем протяжении тактов схождения и расхождения. Заявленный способ синхронизации движения поршней может применяться в энергомодуле с общей внешней камерой сгорания и двумя идентичными однотактными свободнопоршневыми расширительными машинами, оси симметрии поршней которых совпадают с одной прямой, а сами поршни двигаются в противофазе. Традиционно синхронизация движения поршней свободнопоршневых двигателей реализуется механическими синхронизаторами трех типов: кривошипно-шатунными, реечно-шестеренными и параллелограмными (П.А.Шелест. "Безвальные генераторы газов". Москва, Машгиз, с.302-305). Основной их недостаток - наличие определенной массы, энергозатраты на привод и громоздкость конструкции.One of the conditions for the functioning of free piston engines is the synchronous movement of the pistons in antiphase throughout the convergence and divergence cycles. The claimed method for synchronizing the movement of pistons can be used in an energy module with a common external combustion chamber and two identical single-cycle free-piston expansion machines, the axis of symmetry of the pistons of which coincide with one straight line, and the pistons themselves move in antiphase. Traditionally, the synchronization of the movement of pistons of free piston engines is carried out by three types of mechanical synchronizers: crank, pinion gear and parallelogram (P.A. Shelest. "Shaft-less gas generators. Moscow, Mashgiz, p.302-305). Their main disadvantage is the presence of a certain mass, energy consumption for the drive and the bulkiness of the structure.

Заявленное изобретение уменьшает энергозатраты на привод синхронизатора, уменьшает его удельный объем и увеличивает удельную мощность энергомодуля.The claimed invention reduces the energy consumption for the synchronizer drive, reduces its specific volume and increases the specific power of the energy module.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Газораспределительный способ синхронизации движения поршней энергомодуля, преобразующего химическую энергию моторного топлива в электрическую или механическую энергию через силовую расширительную машину поршневого или турбинного типа, осуществляется перераспределением поступающих из камеры сгорания продуктов сгорания между цилиндрами его расширительных машин так, чтобы обеспечить равные скорости поршней.The gas distribution method for synchronizing the movement of the pistons of an energy module that converts the chemical energy of motor fuel into electrical or mechanical energy through a power expansion machine of a piston or turbine type is carried out by redistributing the combustion products coming from the combustion chamber between the cylinders of its expansion machines so as to ensure equal piston speeds.

Перед изложением сущности газораспределительного способа синхронизации движения поршней дается описание принципа действия энергомодуля в составе линейного электрогенератора и однотактной свободнопоршневой расширительной машины с внешней камерой сгорания. Энергомодуль преобразует химическую энергию моторного топлива в электроэнергию.Before explaining the essence of the gas-distributing method for synchronizing the movement of pistons, a description is given of the principle of operation of the energy module as a part of a linear electric generator and a single-cycle free-piston expansion machine with an external combustion chamber. The energy module converts the chemical energy of motor fuels into electricity.

Принцип действия энергомодуля в составе линейного электрогенератора и однотактной свободнопоршневой расширительной машины с внешней камерой сгорания.The principle of operation of the energy module as part of a linear electric generator and a single-cycle free-piston expansion machine with an external combustion chamber.

Состав энергомодуля, см. фигуру 1.The composition of the energy module, see figure 1.

1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16 - газораспределительные клапаны, 5, 8 - поршни, 6 - шток, 7 - якорь, 12 - статорная катушка.1 - combustion chamber, 2 - nozzle, 3 - spark plug, 4, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16 - gas distribution valves, 5, 8 - pistons, 6 - rod, 7 - anchor, 12 - stator coil.

При пуске энергомодуля в камеру сгорания 1 форсункой 2 подается топливо и воспламеняется свечой зажигания 3. Продукты сгорания через открытый клапан 4 поступают в левую полость поршня 5 и под их воздействием поршень 5 и соединенные с ним штоком 6 якорь 7 и поршень 8 начинают движение слева направо. Площадь левой торцевой поверхности поршня 5 больше площади его противоположной поверхности на величину площади поперечного сечения штока 6. Следовательно, давление воздуха в правой полости поршня 5 больше давления продуктов сгорания в его левой полости, поэтому воздух из правой полости поршня 5 открывает клапан S и поступает в камеру сгорания 1, обеспечивая тем самым воздухом процесс горения топлива. Одновременно воздух из правой полости поршня 8 через открытый клапан 10 выбрасывается в атмосферу (при последующих рабочих циклах - отработавшие газы), воздух из атмосферы через открытый клапан 11 поступает в его левую полость. Магнитный поток движущегося якоря 7 пересекает витки статорной катушки 12, в результате в статорной катушке 12 генерируется импульс электроэнергии. По достижении поршнями крайнего правого положения система управления (не показана) переводит клапаны 4, 10, 13, 14 в противоположные положения. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 через открывшийся клапан 13 поступают в правую полость поршня 6, поршни 5, 8 и якорь 7 начинают движение справа налево. Воздух из левой полости поршня 8 закрывает клапан 11 и через открывшийся клапан 15 поступает в камеру сгорания 1. Клапан 9 закрывается, воздух из атмосферы через открывшийся клапан 16 засасывается в правую полость поршня 5, а отработавшие газы через открывшийся клапан 14 выбрасываются в атмосферу. Магнитный поток якоря 7 пересекает витки статорной катушки 12 и в ней генерируется импульс электроэнергии противоположного знака. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 4, 10, 13, 14 из одного положение в противоположное, обеспечивает постоянную подачу воздуха в камеру сгорания. Якорь совершает колебательные движения, в статорной катушке генерируется переменное напряжение, направляемое потребителю. Пульсации давления, подаваемого в камеру сгорания воздуха, сглаживаются воздушным ресивером (не показан). Возникающая в результате реакций движения поршней и якоря вибрация компенсируется применением двух энергомодулей, ориентируемых так, что оси симметрии поршней и якоря располагаются на одной прямой, а их движение тем или иным способом организуется в противофазе.When the energy module is started, fuel is injected into the combustion chamber 1 by the nozzle 2 and ignited by the spark plug 3. The combustion products through an open valve 4 enter the left cavity of the piston 5 and under their influence the piston 5 and the armature 7 connected to it by the rod 6 and the piston 8 begin to move from left to right . The area of the left end surface of the piston 5 is greater than the area of its opposite surface by the cross-sectional area of the rod 6. Therefore, the air pressure in the right cavity of the piston 5 is greater than the pressure of the products of combustion in its left cavity, so air from the right cavity of the piston 5 opens the valve S and enters the combustion chamber 1, thereby providing air to the combustion process of the fuel. At the same time, air from the right piston cavity 8 through the open valve 10 is discharged into the atmosphere (exhaust gas during subsequent working cycles), air from the atmosphere through the open valve 11 enters its left cavity. The magnetic flux of the moving armature 7 crosses the turns of the stator coil 12, as a result, an electric pulse is generated in the stator coil 12. When the pistons reach the extreme right position, the control system (not shown) puts the valves 4, 10, 13, 14 in opposite positions. The combustion products from the combustion chamber 1 through the opening valve 13 enter the right cavity of the piston 6, the pistons 5, 8 and the armature 7 begin to move from right to left. Air from the left cavity of the piston 8 closes valve 11 and enters combustion chamber 1 through the opening valve 15. Valve 9 closes, air from the atmosphere through the opening valve 16 is sucked into the right cavity of the piston 5, and exhaust gases are released into the atmosphere through the opening valve 14. The magnetic flux of the armature 7 intersects the turns of the stator coil 12 and an electric pulse of opposite sign is generated in it. In the future, the control system, moving valves 4, 10, 13, 14 from one position to the opposite, provides a constant air supply to the combustion chamber. The anchor makes oscillatory movements, an alternating voltage is generated in the stator coil directed to the consumer. The pulsations of the pressure supplied to the air combustion chamber are smoothed out by an air receiver (not shown). The vibration resulting from the reactions of the movement of the pistons and the armature is compensated by the use of two energy modules, oriented so that the axis of symmetry of the pistons and the armature are located on one straight line, and their movement in one way or another is organized in antiphase.

В силу того что невозможно изготовить оба цилиндра расширительных машин идеальной цилиндрической формы, а поршни к тому же равными по массе, и по ряду других причин, скорости движения поршней в каждый текущий момент могут быть различными, что вызывает возникновение вибраций энергомодуля, для подавления которых необходимо обеспечить синхронное движение поршней в противофазе.Due to the fact that it is impossible to make both cylinders of expansion machines of perfect cylindrical shape, and the pistons are also equal in mass and for a number of other reasons, the speeds of the pistons at each current moment can be different, which causes vibrations of the energy module, for the suppression of which it is necessary provide synchronous movement of the pistons in antiphase.

Принцип газораспределительного способа синхронизации движения поршней энергомодуля поясняется на приводимом ниже примере.The principle of the gas distribution method for synchronizing the movement of the pistons of the energy module is illustrated in the example below.

Принцип действия энергомодуля в составе двух однотактных свободнопоршневых расширительных машин с общей внешней камерой сгорания.The principle of operation of the energy module as part of two single-stroke free-piston expansion machines with a common external combustion chamber.

Состав энергомодуля, см. фигуру 2.The composition of the energy module, see figure 2.

17 - блок поршней, 18, 19 - расширительные машины, 20 - камера сгорания, 21, 22 - газовые каналы, 23 - синхронизатор, 24, 25 - газораспределительные клапаны, 26 - исполнительный орган синхронизатора, заслонки (далее для краткости - поршни) расширительных машин 18 и 19 находятся в точках крайнего схождения, либо, как показано на чертеже в точках крайнего расхождения. При пуске энергомодуля в камеру сгорания 20 продукты сгорания по каналам 21 и 22 синхронизатора 23 через газораспределительные клапаны 24 и 25 поступают в цилиндры расширительных машин 18 и 19, в результате чего поршни начинают сходиться. Система управления (не показана) отслеживает величины скоростей каждого поршня и, сравнивая их значения, вырабатывает сигнал рассогласования. Если, например, скорость поршня левой расширительной машины меньше скорости поршня правой, система управления по сигналу рассогласования устанавливает исполнительный орган синхронизатора 23, в данном случае заслонку 26, в положение как показано на чертеже. Площадь поперечного сечения левого канала 21 синхронизатора 23 увеличивается, а площадь поперечного сечения правого канала 22 уменьшается. Соответственно динамическое сопротивление потоку продуктов сгорания левого канала 21 уменьшается, а правого канала 22 увеличивается. Давление продуктов сгорания в левом цилиндре 18 увеличивается, и скорость его поршня тоже увеличивается, а давление продуктов сгорания в правом цилиндре уменьшается, и скорость поршня в нем уменьшается. Заслонка 26 остается в данном положении до тех пор, пока скорости поршней не уравняются или пока поршни одновременно не придут в крайние точки схождения, после чего система управления возвращает заслонку 26 в исходное положение. Синхронизация движения поршней при такте расхождения поршней осуществляется аналогичным образом.17 - piston block, 18, 19 - expansion machines, 20 - combustion chamber, 21, 22 - gas channels, 23 - synchronizer, 24, 25 - gas distribution valves, 26 - actuator of the synchronizer, shutters (hereinafter for short - pistons) expansion machines 18 and 19 are at the points of extreme convergence, or, as shown in the drawing at the points of extreme divergence. When the energy module is launched into the combustion chamber 20, the combustion products through the channels 21 and 22 of the synchronizer 23 through the gas distribution valves 24 and 25 enter the cylinders of the expansion machines 18 and 19, as a result of which the pistons begin to converge. A control system (not shown) monitors the speed values of each piston and, comparing their values, generates a mismatch signal. If, for example, the piston speed of the left expansion machine is less than the speed of the right piston, the mismatch control system sets the synchronizer actuator 23, in this case the shutter 26, to the position as shown in the drawing. The cross-sectional area of the left channel 21 of the synchronizer 23 increases, and the cross-sectional area of the right channel 22 decreases. Accordingly, the dynamic resistance to the flow of combustion products of the left channel 21 is reduced, and the right channel 22 is increased. The pressure of the combustion products in the left cylinder 18 increases, and the speed of its piston also increases, and the pressure of the products of combustion in the right cylinder decreases, and the speed of the piston in it decreases. The damper 26 remains in this position until the piston speeds are equalized or until the pistons simultaneously reach the extreme points of convergence, after which the control system returns the damper 26 to its original position. The synchronization of the movement of the pistons with a stroke divergence of the pistons is carried out in a similar way.

Промышленная применимость изобретения.Industrial applicability of the invention.

Газораспределительный способ синхронизации движения поршней уменьшает удельный объем энергомодуля и увеличивает его удельную мощность. Реализация способа не требует решения сложных технических проблем.The gas distribution method of piston synchronization reduces the specific volume of the energy module and increases its specific power. The implementation of the method does not require solving complex technical problems.

Графический материал.Graphic material.

Фигура 1.Figure 1.

Энергомодуль в составе линейного электрогенератора и однотактной свободнопоршневой расширительной машины с внешней камерой сгорания.The energy module as part of a linear electric generator and a single-cycle free-piston expansion machine with an external combustion chamber.

1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16 - газораспределительные клапаны, 5, 8 - поршни, 6 - шток, 7 - якорь, 12 - статорная катушка.1 - combustion chamber, 2 - nozzle, 3 - spark plug, 4, 9, 10, 11, 13, 14, 15, 16 - gas distribution valves, 5, 8 - pistons, 6 - rod, 7 - anchor, 12 - stator coil.

Фигура 2.Figure 2.

Энергомодуль в составе двух однотактных свободнопоршневых расширительных машин с общей внешней камерой сгорания.The energy module as a part of two single-stroke free-piston expansion machines with a common external combustion chamber.

17 блок поршней, 18, 19 - расширительные машины, 20 - камера сгорания, 21, 22 - газовые каналы, 23 - синхронизатор, 24, 25 - газораспределительные клапаны, 26 - исполнительный орган синхронизатора, заслонка.17 piston block, 18, 19 - expansion machines, 20 - combustion chamber, 21, 22 - gas channels, 23 - synchronizer, 24, 25 - gas distribution valves, 26 - actuator of the synchronizer, damper.

Claims (1)

Газораспределительный способ синхронизации движения поршней энергомодуля, преобразующего химическую энергию моторного топлива в электрическую или механическую энергию, включающий общую внешнюю камеру сгорания и две однотактные свободнопоршневые расширительные машины, оси симметрии поршней которых совпадают с одной прямой и поршни двигаются в противофазе, отличающийся тем, что синхронизация движения поршней расширительных машин энергомодуля осуществляется перераспределением поступающих из внешней камеры сгорания продуктов сгорания в цилиндры расширительных машин, для чего система управления отслеживает величины скоростей каждого поршня, сравнивает их значения и по сигналу рассогласования скоростей поршней устанавливает исполнительный орган синхронизатора в положение, при котором увеличивается подача продуктов сгорания в тот цилиндр, скорость движения поршня в котором меньше скорости оппозитно движущегося поршня в другом цилиндре на время, необходимое для уравнивания скоростей поршней, или на время, обеспечивающее одновременный приход поршней в крайние точки их движения. A gas distribution method for synchronizing the movement of the pistons of an energy module, converting the chemical energy of motor fuel into electrical or mechanical energy, including a common external combustion chamber and two one-cycle free-piston expansion machines, the axis of symmetry of the pistons of which coincide with one straight line and the pistons move in antiphase, characterized in that the synchronization of movement of the pistons of the expansion machines of the energy module is carried out by redistributing the products of combustion coming from the external combustion chamber for expansion cylinders, for which the control system monitors the speeds of each piston, compares their values and sets the synchronizer actuator in a position at which the supply of combustion products to that cylinder increases, which piston speed is lower than the opposite a moving piston in another cylinder for the time necessary to equalize the speeds of the pistons, or for a time that ensures the simultaneous arrival of pistons at extreme t points of their movement.
RU2007135410/06A 2007-09-24 2007-09-24 Gas-distributing method for synchronisation of power module plungers motion RU2345232C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007135410/06A RU2345232C1 (en) 2007-09-24 2007-09-24 Gas-distributing method for synchronisation of power module plungers motion

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007135410/06A RU2345232C1 (en) 2007-09-24 2007-09-24 Gas-distributing method for synchronisation of power module plungers motion

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2345232C1 true RU2345232C1 (en) 2009-01-27

Family

ID=40544268

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007135410/06A RU2345232C1 (en) 2007-09-24 2007-09-24 Gas-distributing method for synchronisation of power module plungers motion

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2345232C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2548527C1 (en) * 2014-02-18 2015-04-20 Анатолий Александрович Рыбаков Method to prevent concussion of piston groups against cylinder ends in double-cylinder free-piston power unit with external combustion chamber with help of gas distribution valves
RU2572148C2 (en) * 2014-03-06 2015-12-27 Анатолий Александрович Рыбаков Method of prevention by gas distributing valves of piston groups impact against end faces of cylinders of compressor and power module in compressor with drive of compressor pistons by free-piston power module

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2548527C1 (en) * 2014-02-18 2015-04-20 Анатолий Александрович Рыбаков Method to prevent concussion of piston groups against cylinder ends in double-cylinder free-piston power unit with external combustion chamber with help of gas distribution valves
RU2572148C2 (en) * 2014-03-06 2015-12-27 Анатолий Александрович Рыбаков Method of prevention by gas distributing valves of piston groups impact against end faces of cylinders of compressor and power module in compressor with drive of compressor pistons by free-piston power module

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4656840B2 (en) Free piston device with electric linear drive
KR20010020289A (en) Internal combustion engine
KR20180048904A (en) METHOD FOR PRODUCING HYDROGEN FUEL FOR HYDROGEN ENGINE
Jia et al. Development approach of a spark-ignited free-piston engine generator
RU143160U1 (en) LINEAR DC GENERATOR WITH DRIVE FROM FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE
KR20110115618A (en) Stationary block rotary engine/generator
RU2427718C1 (en) Procedure for cooling pistons of two-cylinder single phase plunger-free power module with common external combustion chamber and linear electro-generator with opposite motion of anchors
RU2345232C1 (en) Gas-distributing method for synchronisation of power module plungers motion
Schneider et al. Development and experimental investigation of a two-stroke opposed-piston free-piston engine
CN103573407A (en) Self-balancing free-piston internal-combustion generator
RU2476699C1 (en) Blowing method of combustion chamber of free-piston two-cylinder power module with common external combustion chamber and linear electric generator
RU2422654C1 (en) Synchroniser of movement of armatures-pistons in opposite phase of free piston pump-generator
RU2328608C1 (en) Electrical module with armature accelerator
RU2328607C1 (en) Method of load synchronisation of free-piston internal combustion engine pistons motion
CN114526154B (en) Generated energy output control system of opposed piston linear generator set
RU2352797C2 (en) Method of driving valve by piston machine working body
Jia Analysis and control of a spark ignition free-piston engine generator
RU2411379C2 (en) Linear electric hydrodynamic internal combustion engine by va kushchenko
RU2468224C1 (en) Free-piston double-cylinder energy module of double purpose with common external combustion chamber and linear power generator
RU2537324C1 (en) Method of compressed air generation by free-piston power module with common external combustion chamber
RU2427717C1 (en) Impulse method of movement synchronisation of pistons of free piston duplex power module with common combustion chamber
RU2324829C1 (en) Hydraulic method of synchronization of piston movement in an internal combustion plunger free engine
RU2340783C1 (en) Unit of pistons and power module armature
RU2426900C1 (en) Procedure for optimisation of process of combustion products expansion in plunger-free power module with external combustion chamber
RU2641997C1 (en) Method of pneumatic drive of two-valved gas distributor of a free piston power module with a generic external combustion chamber