RU2680280C1 - Method of managing the pressure of the air in the pneumatic battery of the free-piston energy module with the external combustion cam - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to power plant engineering. Method of controlling air pressure in the pneumatic accumulator of a free-piston power module with an external combustion chamber, including a pneumatic accumulator, an external combustion chamber, a control system and air release valves, according to the invention at the time point, when the air pressure in the pneumatic accumulator reaches a value that provides the specified excess air ratio during fuel combustion in the external combustion chamber, the control system sets the air release valve to the open position and is compressed in the left cavity of the piston and is discharged to the atmosphere.EFFECT: invention ensures the achievement of a given coefficient of excess air during the combustion of fuel in an external combustion chamber.1 cl, 1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

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

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Ближайший аналог заявленного изобретения - патент РФ 2422655 «Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей».The closest analogue of the claimed invention is RF patent 2422655 "Two-cylinder free-piston power module with a common external combustion chamber and a linear electric generator with opposed movement of the anchors."

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

По патенту 2422655 коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива во внешней камере сгорания изменяется в зависимости от нагрузки на двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей. Цель заявленного изобретения - обеспечить давление воздуха в пневмоаккумуляторе свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания, при котором достигается задаваемый коэффициент избытка воздуха при сгорания топлива во внешней камере сгорания.According to patent 2422655, the coefficient of excess air during fuel combustion in the external combustion chamber varies depending on the load on the two-cylinder free-piston power module with a common external combustion chamber and a linear electric generator with opposed movement of the anchors. The purpose of the claimed invention is to provide air pressure in the pneumatic accumulator of a free-piston power module with a common external combustion chamber, at which a predetermined coefficient of excess air during fuel combustion in the external combustion chamber is achieved.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Сущность заявленного изобретения поясняется на примере принципа действия двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания (далее - энергомодуль). В состав энергомодуля входят две идентичные по устройству расширительные машины, поршни и якоря которых движутся оппозитно. Поэтому действие энергомодуля поясняется на примере одной, левой, расширительной машины (см. фиг.). При пуске энергомодуля система управления подает топливо во внешнюю камеру сгорания 1 форсункой 2 и воспламеняет его свечой зажигания 3. Продукты сгорания через открытый клапан 4 поступают в правую (по фигуре) полость поршня 5. Под их воздействием поршень 5, соединенный штоком 6 с поршнем 7 и штоком 8 с якорем 9, начинает движение справа налево. Воздух из правой полости поршня 5 через обратный клапан 10 поступает в пневмоаккумулятор 11. Воздух из атмосферы через обратный клапан 12 засасывается в правую полость поршня 7. Из левой полости поршня 7 через клапан 13 выбрасываются отработавшие продукты сгорания. Статорный магнит 14 представляет собой постоянный магнит, магнитный поток которого замыкается по контуру: якорь 9, статорный магнит 14, якорь 15 и снова якорь 9. При расхождении якорей 9 и 15 в статорном магните 14 возникает переменный магнитный поток, который пересекает витки катушки генератора 16, в результате чего в ней генерируется импульс электроэнергии. По достижению поршнями 5, 7 и якоря 9 крайнего левого положения система управления переводит клапаны 4, 13, 17, 18 в противоположные положения и открывает клапан пневмоаккумулятора 19. Воздух из пневмоаккумулятора 11 поступает во внешнюю камеру сгорания 1. Одновременно туда же форсункой 2 подается доза топлива и воспламеняется свечой зажигания 3. Топливо горит и продукты сгорания через открытый клапан 17 поступают в левую полость поршня 7, в результате чего поршни 5, 7 и якорь 9 движутся вправо. Сжимаемый в правой полости поршня 7 воздух через обратный клапан 20 поступает в пневмоаккумулятор 11. Отработавшие продукты сгорания из правой полости поршня 5 через клапан 18 выбрасываются в атмосферу, а через обратный клапан 21 воздух из атмосферы засасывается в левую полость поршня 5. В катушке генератора 16 генерируется импульс электроэнергии противоположного знака. В дальнейшем система управления, манипулируя газораспределительными клапанами, обеспечивает генерирование электроэнергии.The essence of the claimed invention is illustrated by the example of the principle of operation of a two-cylinder free-piston power module with a common external combustion chamber (hereinafter - power module). The energy module consists of two expansion machines, identical in design, whose pistons and anchors move in opposite directions. Therefore, the action of the energy module is illustrated by the example of one, left, expansion machine (see. Fig.). When the energy module starts up, the control system supplies fuel to the external combustion chamber 1 with the nozzle 2 and ignites it with the spark plug 3. The combustion products through the open valve 4 enter the right (in the figure) piston cavity 5. Under their influence, the piston 5 connected by the rod 6 to the piston 7 and stock 8 with anchor 9, begins to move from right to left. Air from the right cavity of the piston 5 through the check valve 10 enters the pneumatic accumulator 11. Air from the atmosphere through the check valve 12 is sucked into the right cavity of the piston 7. From the left cavity of the piston 7 through the valve 13 exhaust gases are discharged. The stator magnet 14 is a permanent magnet, the magnetic flux of which is closed along the contour: anchor 9, stator magnet 14, anchor 15 and again anchor 9. When the anchors 9 and 15 diverge, an alternating magnetic flux arises in the stator magnet 14, which crosses the turns of the generator coil 16 as a result of which a pulse of electricity is generated in it. When the pistons 5, 7 and the armature 9 reach the extreme left position, the control system moves the valves 4, 13, 17, 18 to opposite positions and opens the valve of the pneumatic accumulator 19. Air from the pneumatic accumulator 11 enters the external combustion chamber 1. At the same time, a dose is supplied to the nozzle 2 there fuel and is ignited by the spark plug 3. The fuel burns and the combustion products through the open valve 17 enter the left cavity of the piston 7, as a result of which the pistons 5, 7 and the armature 9 move to the right. Compressed air in the right cavity of the piston 7 through the check valve 20 enters the pneumatic accumulator 11. Exhaust combustion products from the right cavity of the piston 5 through the valve 18 are released into the atmosphere, and through the check valve 21 the air from the atmosphere is sucked into the left cavity of the piston 5. In the generator coil 16 an electric pulse of opposite sign is generated. In the future, the control system, manipulating the gas distribution valves, provides the generation of electricity.

Сущность заявленного изобретения состоит в следующем.The essence of the claimed invention is as follows.

В момент времени, когда давление воздуха в пневмоаккумуляторе 11 достигнет величины, обеспечивающей задаваемый коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива во внешней камере сгорания 1, система управления устанавливает клапан стравливания воздуха 22 в открытое положение. Сжимаемый в левой полости поршня 5 воздух выбрасывается в атмосферу. При противоположном движении поршней 5, 7 и якорей 9, 15 стравливание воздуха производится через клапан стравливания 23. Стравливание воздуха из полостей (левая полость поршня 5 и правая полость поршня 7) может производиться на отрезке трубопровода до клапанов стравливания 22, 23 (как показано на фигуре), так и на отрезке трубопровода до обратных клапанов 12, 21.At the time when the air pressure in the pneumatic accumulator 11 reaches a value that provides a preset coefficient of excess air during fuel combustion in the external combustion chamber 1, the control system sets the air bleed valve 22 to the open position. Compressed in the left cavity of the piston 5, the air is released into the atmosphere. When the pistons 5, 7 and anchors 9, 15 move in the opposite direction, air is vented through the bleed valve 23. Air bleed from the cavities (left piston cavity 5 and right piston cavity 7) can be carried out on the pipe segment to bleed valves 22, 23 (as shown in figure), and on a segment of the pipeline to the check valves 12, 21.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ управления давлением воздуха в пневмоаккумуляторе свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания, включающего пневмоаккумулятор, внешнюю камеру сгорания, систему управления и клапаны стравливания воздуха, отличающийся тем, в момент времени, когда давление воздуха в пневмоаккумуляторе достигнет величины, обеспечивающей задаваемый коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива во внешней камере сгорания, система управления устанавливает клапан стравливания воздуха в открытое положение и сжимаемый в левой полости поршня воздух выбрасывается в атмосферу.A method for controlling the air pressure in a pneumatic accumulator of a free-piston energy module with an external combustion chamber including an pneumatic accumulator, an external combustion chamber, a control system and air bleeding valves, characterized in that at a time when the air pressure in the pneumatic accumulator reaches a value that provides a predetermined coefficient of excess air during fuel combustion in the external combustion chamber, the control system sets the air bleed valve to the open position and compressible in the left lanes These pistons release air into the atmosphere.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯTECHNICAL APPLICABILITY OF THE INVENTION

Затраты на НИОКР заявленного изобретения не могут значительно отличаться от таковых при проектировании и отработки классических ДВС.The cost of research and development of the claimed invention cannot differ significantly from those in the design and development of classic internal combustion engines.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

Фигура. Принципиальная схема двухцилиндровогоFigure. Schematic diagram of a two-cylinder

свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания.free-piston power module with an external combustion chamber.

1 - внешняя камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 13, 17, 18 - клапан; 5, 7 - поршень; 6, 8 - шток; 9, 15 - якорь; 11 -пневмоаккумулятор; 10, 12, 20, 21 - обратный клапан; 14 - статорный магнит; 16 - катушка генератора; 19 - клапан пневмоаккумулятора; 22, 23 - клапан стравливания воздуха.1 - external combustion chamber; 2 - nozzle; 3 - spark plug; 4, 13, 17, 18 - valve; 5, 7 - piston; 6, 8 - stock; 9, 15 - anchor; 11-pneumatic accumulator; 10, 12, 20, 21 - check valve; 14 - stator magnet; 16 - generator coil; 19 - pneumatic accumulator valve; 22, 23 - air bleed valve.

Claims (1)

Способ управления давлением воздуха в пневмоаккумуляторе свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания, включающего пневмоаккумулятор, внешнюю камеру сгорания, систему управления и клапаны стравливания воздуха, отличающийся тем, что в момент времени, когда давление воздуха в пневмоаккумуляторе достигнет величины, обеспечивающей задаваемый коэффициент избытка воздуха при сгорании топлива во внешней камере сгорания, система управления устанавливает клапан стравливания воздуха в открытое положение и сжимаемый в левой полости поршня воздух выбрасывается в атмосферу.A method for controlling the air pressure in a pneumatic accumulator of a free-piston energy module with an external combustion chamber including an pneumatic accumulator, an external combustion chamber, a control system and air bleed valves, characterized in that at the time when the air pressure in the pneumatic accumulator reaches a value that provides a predetermined coefficient of excess air during combustion fuel in the external combustion chamber, the control system sets the air bleed valve to the open position and compressible in the left p Lost air piston emitted.

Images