RU2426900C1 - Procedure for optimisation of process of combustion products expansion in plunger-free power module with external combustion chamber - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building. ^ SUBSTANCE: procedure for optimisation of process of combustion products expansion in power module with external combustion chamber includes external combustion chamber, cylinders, pistons, inlet valves and control system which closes inlet valve, shuts off supply of combustion products from external chamber into cylinders of power module till moment of power module pistons transfer to end points of motion. ^ EFFECT: most complete utilisation of power of combustion products expansion. ^ 1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

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

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Ближайший прототип заявленного изобретения - патент 2342546, «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания».The closest prototype of the claimed invention is patent 2342546, "An electric generator based on a free piston engine with an external combustion chamber."

Электрогенератор (далее - энергомодуль) преобразует химическую энергию моторного топлива в электроэнергию. При пуске энергомодуля в камеру сгорания 1 (см. чертеж) система управления (на чертеже не показана) форсункой 2 подает топливо и воспламеняется его свечой зажигания 3. Продукты сгорания через открытый клапан 4 поступают в левую (по чертежу) полость поршня 5 и под их воздействием поршень 5, соединенные с ним штоком 6 якорь 7 и поршень 8 начинают движение слева направо. Площадь левой торцевой поверхности поршня 5 больше площади его противоположной поверхности на величину площади поперечного сечения штока 6. Следовательно, давление воздуха, сжимаемого в правой полости поршня 5, больше давления продуктов сгорания в его левой полости. Поэтому воздух из правой полости поршня 5 через открытый клапан 9 поступает в камеру сгорания 1, обеспечивая тем самым кислородом процесс горения топлива. Одновременно воздух из правой полости поршня 8 через открытый клапан 10 выбрасывается в атмосферу (при последующих рабочих циклах - отработавшие газы), а через открытый клапан 11 воздух из атмосферы поступает в его левую полость. Магнитный поток движущегося якоря 7 пересекает витки статорной катушки 12, в результате чего в ней генерируется импульс электроэнергии. По достижении поршнями крайнего правого положения система управления переводит клапаны 4, 10, 13, 14 в противоположные положения. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 через открывшийся клапан 13 поступают в правую полость поршня 8, поршни 5 и 8 и якорь 7 начинают движение справа налево. Воздух из левой полости поршня 8 закрывает клапан 11 и через открывшийся клапан 15 поступает в камеру сгорания 1. Клапан 9 закрывается, и воздух из атмосферы через открывшийся клапан 16 засасывается в правую полость поршня 5, а отработавшие газы через открывшийся клапан 14 выбрасываются в атмосферу. Магнитный поток якоря 7 пересекает витки статорной катушки 12, и в ней генерируется импульс электроэнергии противоположного знака. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 4, 10, 13, 14 из одних положений в противоположные, обеспечивает постоянную подачу воздуха в камеру сгорания. Якорь 7 совершает колебательные движения, и в статорной катушке 12 генерируются электрические импульсы, энергия которых направляется потребителю. Возникающая в результате реакции движения поршней вибрация гасится применением двух энергомодулей с общей камерой сгорания, ориентируемых так, что оси симметрии поршней располагаются на одной прямой, а их движение тем или иным способом организуется в противофазе.An electric generator (hereinafter referred to as the energy module) converts the chemical energy of motor fuel into electricity. When the energy module is launched into the combustion chamber 1 (see the drawing), the control system (not shown) by the nozzle 2 supplies fuel and is ignited by its spark plug 3. The combustion products through the open valve 4 enter the left (according to the drawing) piston cavity 5 and under them the action of the piston 5, the armature 7 connected to it by the rod 6 and the piston 8 begin to move from left to right. The area of the left end surface of the piston 5 is greater than the area of its opposite surface by the cross-sectional area of the rod 6. Therefore, the pressure of the air compressed in the right cavity of the piston 5 is greater than the pressure of the combustion products in its left cavity. Therefore, air from the right cavity of the piston 5 through the open valve 9 enters the combustion chamber 1, thereby providing oxygen to the fuel combustion process. At the same time, air from the right piston cavity 8 through the open valve 10 is discharged into the atmosphere (during subsequent working cycles - exhaust gases), and through the open valve 11 air from the atmosphere enters its left cavity. The magnetic flux of the moving armature 7 crosses the turns of the stator coil 12, as a result of which an electric pulse is generated in it. When the pistons reach the extreme right position, the control system moves the valves 4, 10, 13, 14 to opposite positions. The combustion products from the combustion chamber 1 through the opening valve 13 enter the right cavity of the piston 8, the pistons 5 and 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 and 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, translating valves 4, 10, 13, 14 from one position to the opposite, provides a constant air supply to the combustion chamber. Anchor 7 oscillates, and electrical impulses are generated in the stator coil 12, the energy of which is directed to the consumer. The vibration resulting from the reaction of the movement of the pistons is damped by the use of two energy modules with a common combustion chamber, oriented so that the axis of symmetry of the pistons are located on one straight line, and their movement in one way or another is organized in antiphase.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Цель изобретения состоит в оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания.The purpose of the invention is to optimize the expansion process of the combustion products of a free-piston power module with an external combustion chamber.

Из описания принципа действия энергомодуля видно, что продукты сгорания из камеры сгорания поступают в цилиндры энергомодуля на всем протяжении движения его поршней от одной крайней точки до другой, и давление продуктов сгорания в цилиндрах практически не отличается от давления их в камере сгорания. Основное расширение продуктов сгорания происходит при выпуске их в атмосферу в период от открытия до закрытия выпускных клапанов 10 или 14. Энергия расширения продуктов сгорания при этом не совершает полезной работы. С целью использования энергии расширения продуктов сгорания система управления переводит впускной клапан в закрытое положение того цилиндра, в который поступают продукты сгорания, раньше, чем поршни окажутся в крайней точке движения. С этого момента и до прихода поршней в крайнюю точку движения происходит расширение продуктов сгорания аналогично таковому в двигателях внутреннего сгорания. Энергия расширения продуктов сгорания трансформируется в кинетическую энергию поршней, повышая кпд энергомодуля.From the description of the principle of operation of the energy module, it is seen that the combustion products from the combustion chamber enter the cylinders of the energy module throughout the movement of its pistons from one extreme point to the other, and the pressure of the combustion products in the cylinders practically does not differ from their pressure in the combustion chamber. The main expansion of the combustion products occurs when they are released into the atmosphere from the opening to the closure of the exhaust valves 10 or 14. The expansion energy of the combustion products does not do useful work. In order to use the energy of expansion of the combustion products, the control system transfers the intake valve to the closed position of the cylinder into which the combustion products enter before the pistons are at the extreme point of movement. From this moment until the pistons arrive at the extreme point of movement, the combustion products expand similarly to those in internal combustion engines. The expansion energy of the combustion products is transformed into the kinetic energy of the pistons, increasing the efficiency of the energy module.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Оптимизация процесса расширения продуктов сгорания свободно-поршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания, включающего внешнюю камеру сгорания, цилиндры, поршни, впускные клапаны и систему управления, отличающаяся тем, что система управления закрывает впускной клапан и тем самым прекращает подачу продуктов сгорания из внешней камеры сгорания в цилиндры энергомодуля до момента перемещения поршней энергомодуля в крайние точки движения.Optimization of the expansion process of the combustion products of a free-piston energy module with an external combustion chamber, including an external combustion chamber, cylinders, pistons, intake valves and a control system, characterized in that the control system closes the intake valve and thereby stops the flow of combustion products from the external combustion chamber to cylinders of the energy module until the pistons of the energy module move to the extreme points of movement.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬINDUSTRIAL APPLICABILITY

Проектирование и производство энергомодуля с оптимизированным процессом расширения продуктов сгорания сводятся к модернизации системы управления и не вызывают никаких проблем. Затраты на модернизацию меньше, чем на создание системы управления энергомодуля.The design and production of an energy module with an optimized process for expanding combustion products comes down to modernizing the control system and does not cause any problems. The cost of modernization is less than the creation of an energy module control system.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

Чертеж. Принципиальная схема свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания.Drawing. Schematic diagram of a free-piston power module with an external combustion chamber.

1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 13 - впускной клапан, 5, 8 - поршни, 6 - шток, 7 - якорь, 9, 11, 15, 16 - обратный клапан, 10, 14 - выпускной клапан, 12 - статорная катушка.1 - combustion chamber, 2 - nozzle, 3 - spark plug, 4, 13 - intake valve, 5, 8 - pistons, 6 - rod, 7 - anchor, 9, 11, 15, 16 - check valve, 10, 14 - exhaust valve, 12 - stator coil.

Claims (1)

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания, включающего внешнюю камеру сгорания, цилиндры, поршни, впускные клапаны и систему управления, отличающийся тем, что система управления закрывает впускной клапан и тем самым прекращает подачу продуктов сгорания из внешней камеры сгорания в цилиндры энергомодуля до момента перемещения поршней энергомодуля в крайние точки движения. A method for optimizing the expansion process of the combustion products of a free-piston power module with an external combustion chamber, including an external combustion chamber, cylinders, pistons, intake valves and a control system, characterized in that the control system closes the intake valve and thereby stops the flow of combustion products from the external combustion chamber to the cylinders of the energy module until the pistons of the energy module move to the extreme points of movement.

Images