RU2731454C1 - Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator - Google Patents
Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731454C1 RU2731454C1 RU2019133067A RU2019133067A RU2731454C1 RU 2731454 C1 RU2731454 C1 RU 2731454C1 RU 2019133067 A RU2019133067 A RU 2019133067A RU 2019133067 A RU2019133067 A RU 2019133067A RU 2731454 C1 RU2731454 C1 RU 2731454C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- modules
- free
- internal combustion
- pistons
- piston internal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B71/00—Free-piston engines; Engines without rotary main shaft
- F02B71/04—Adaptations of such engines for special use; Combinations of such engines with apparatus driven thereby
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, точнее к линейным генераторам электрической энергии, и предназначено для использования в различных отраслях в качестве автономных источников энергии или в составе комбинированных энергоустановок в транспортном машиностроении.The invention relates to the field of electrical engineering, more specifically to linear generators of electrical energy, and is intended for use in various industries as stand-alone energy sources or as part of combined power plants in transport engineering.
Известен линейный генератор постоянного тока с приводом от свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания (патент RU на полезную модель №143160, опубл. 20.07.2014, бюл. №20). Линейный генератор содержит корпус с размещенными в нем статорной обмоткой возбуждения и якорь с постоянными магнитами, которые по числу и размерам соответствуют катушкам или катушечным группам статорной обмотки, а также датчики контроля положения якоря и электронную систему управления, содержащую ряд функциональных блоков, обеспечивающих требуемый алгоритм его работы. Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания (СПДВС) в нем выполнен в виде двух оппозитно закрепленных на корпусе цилиндров, каждый из которых содержит поршень, камеру сгорания, топливную форсунку, канал впуска воздуха и канал выпуска продуктов сгорания, причем поршни цилиндров взаимосвязаны между собой и с якорем общим штоком в единый подвижный вдоль центральной оси модуль. Электронная система управления линейного генератора дополнительно содержит блок определения положения модуля с датчиками перемещения модуля, выполненными индуктивными или магнитными; блок торможения и позиционирования модуля и систему векторного управления магнитным полем статорной обмотки, включающую в себя блок расчета векторов магнитного поля и силовой блок управления. СПДВС оснащен регулируемым турбокомпрессором, связанным с каналами впуска и выпуска и установленным на выходе канала выпуска выпускным клапаном с электромагнитным приводом, подключенным к электронной системе управления, а каждый из цилиндров дополнительно имеет устройство воспламенения рабочей смеси в камерах сгорания.Known is a linear DC generator driven by a free-piston internal combustion engine (RU patent for utility model No. 143160, publ. 20.07.2014, bull. No. 20). The linear generator contains a housing with a stator field winding and an armature with permanent magnets located in it, which correspond in number and size to the coils or coil groups of the stator winding, as well as armature position control sensors and an electronic control system containing a number of functional blocks that provide the required algorithm for it work. The free-piston internal combustion engine (SPDVS) in it is made in the form of two cylinders oppositely fixed on the body, each of which contains a piston, a combustion chamber, a fuel injector, an air intake channel and a combustion product exhaust channel, and the pistons of the cylinders are interconnected with each other and with a common anchor rod into a single module movable along the central axis. The electronic control system of the linear generator additionally contains a unit for determining the position of the module with the module displacement sensors, made inductive or magnetic; a braking and positioning unit of the module; and a vector control system for the magnetic field of the stator winding, which includes a unit for calculating the vectors of the magnetic field and a power control unit. SPDVS is equipped with an adjustable turbocharger connected to the intake and exhaust channels and an exhaust valve installed at the outlet of the exhaust channel with an electromagnetic drive connected to an electronic control system, and each of the cylinders additionally has a device for igniting the working mixture in the combustion chambers.
Недостатком известного генератора являются: сложность системы позиционирования поршней; невозможность вырабатывать трехфазное напряжение; сложность запуска двигателя.The disadvantages of the known generator are: the complexity of the piston positioning system; inability to generate three-phase voltage; the difficulty of starting the engine.
Известен свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим генератором переменного тока, предназначенный для привода линейного электрического генератора, вырабатывающего переменный электрический ток, принятый за прототип (патент RU на изобретение №2150014, опубл. 27.05.2000, бюл. 15), выполнен в виде нескольких автономно работающих модулей. В состав каждого модуля входят два оппозитно расположенных цилиндра, в которых размещены поршни, соединенные с якорем линейного электрического генератора (постоянным магнитом). Раскрыт электронный блок управления, регулирующий работу органов топливоподачи в цилиндры в зависимости от отклонения частоты или периода повторения рабочих циклов в цилиндрах и отклонения фазы электрического тока. Оппозитные цилиндры могут быть объединены в общий корпус, преимущественно цилиндрической формы. Поршни могут быть объединены с якорем в общий двухсторонний поршень-якорь. Генераторы согласованно действующих модулей могут быть объединены, по меньшей мере, для части модулей.Known free-piston internal combustion engine with a linear electric generator of alternating current, designed to drive a linear electric generator that generates alternating electric current, taken as a prototype (RU patent for invention No. 2150014, publ. 27.05.2000, bull. 15), made in the form of several autonomously working modules. Each module includes two oppositely located cylinders, in which pistons are located, connected to the armature of a linear electric generator (permanent magnet). Disclosed is an electronic control unit that regulates the operation of the fuel supply to the cylinders depending on the frequency deviation or the repetition period of the working cycles in the cylinders and the deviation of the electric current phase. Opposed cylinders can be combined into a common body, predominantly cylindrical. The pistons can be combined with the armature to form a common two-way armature piston. Generators of consistently operating modules can be combined for at least some of the modules.
С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: двигатель, выполненный в виде нескольких автономно работающих модулей, в состав каждого модуля входят два оппозитно расположенных цилиндра, в которых размещены поршни, соединенные с постоянным магнитом.The following set of prototype features coincides with the essential features of the invention: the engine, made in the form of several autonomously operating modules, each module includes two opposed cylinders, in which pistons are located, connected to a permanent magnet.
Недостатками прототипа являются: сложность системы позиционирования поршней; невозможность вырабатывать трехфазное напряжение; сложность запуска двигателя.The disadvantages of the prototype are: the complexity of the piston positioning system; inability to generate three-phase voltage; the difficulty of starting the engine.
Изобретение направлено на создание свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания с линейным электрическим трехфазным генератором высокой надежности.The invention is aimed at creating a free-piston internal combustion engine with a linear electric three-phase generator of high reliability.
Это достигается тем, что свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим трехфазным генератором содержит автономно работающие модули. В состав каждого модуля входят два оппозитно расположенных цилиндра, в которых размещены поршни, соединенные с постоянным магнитом. В предложенном решении модули закреплены на корпусе под углом 120°. Между модулями установлен вал, на котором выполнена непрерывная наклонная канавка для движения сферических тел. На торцах вала закреплены маховики с выступами для замыкания контактов зажигания. При этом поршни модулей соединены жестким штоком с держателем сферического тела.This is achieved by the fact that a free-piston internal combustion engine with a linear electric three-phase generator contains independently operating modules. Each module consists of two oppositely located cylinders, which house pistons connected to a permanent magnet. In the proposed solution, the modules are fixed to the housing at an angle of 120 °. A shaft is installed between the modules, on which a continuous inclined groove is made for the movement of spherical bodies. Flywheels with projections for closing the ignition contacts are fixed at the ends of the shaft. In this case, the pistons of the modules are connected by a rigid rod to the holder of the spherical body.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен внешний вид двигателя без маховика, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1, на фиг.3 - вид с торца вала с наклонной канавкой и шарами, на фиг.4 - вид вала с наклонной канавкой сбоку, на фиг.5 - график изменения трехфазного напряжения на обмотках модулей.The essence of the invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows the external view of the engine without a flywheel, figure 2 - section A-A figure 1, figure 3 - view from the end of the shaft with an inclined groove and balls, figure 4 - side view of a shaft with an oblique groove; Fig. 5 is a graph of the change in the three-phase voltage on the module windings.
Свободнопоршневой двигатель внутреннего сгорания с линейным электрическим трехфазным генератором содержит корпус 1 с тремя автономно работающими модулями 2, 3, 4. При этом модули закреплены на корпусе под углом 120°. Между модулями 2, 3, 4 в корпусе 1 на подшипниках 5 установлен вал 6. В состав каждого модуля 2, 3, 4 входят два оппозитно расположенных цилиндра 7 и 8, в которых размещены поршни 9 и 10. На поршнях 9 и 10 модулей 2, 3, 4 закреплен жесткий шток 11. Жесткий шток 11 соединен с постоянным магнитом 12, который установлен внутри статора 13 с обмоткой 14. На поршнях 9 и 10 параллельно жесткому штоку 11 закреплен шток 15 с держателем 16 сферического тела 17, например шара. На валу 6 выполнена непрерывная наклонная канавка 18 для движения тел 17. На торцах вала 6 закреплены маховики 19 с выступами 20 для замыкания контактов зажигания 21 для подачи напряжения на свечу зажигания 22. Модули 2, 3, 4 закреплены, например болтами 23, на корпусе 1.A free-piston internal combustion engine with a linear electric three-phase generator contains a
Двигатель работает следующим образом.The engine works as follows.
Исходное положение. Левый поршень 9 модуля 2 находится в левой мертвой точке, а его шар 17 в крайнем левом положении наклонной канавки 18. Левый поршень 9 модуля 3 находится на пути в левую мертвую точку, а его шар 17 - в наклонной канавке 18 в соответствии с 120° расположением модулей. Правый поршень 10 модуля 4 находится на пути в правую мертвую точку, а его шар 17 - в наклонной канавке 18 в соответствии с 120° расположением модулей. Так как постоянные магниты 12 не перемещаются относительно статора 13, напряжение на обмотке 14 равно нулю.Starting position. The left piston 9 of
Маховик 19, вращаясь по часовой стрелке, своим выступом 20 замыкает контакт зажигания 21 на модуле 2, закрепленного на корпусе 1 болтом 23, и подает напряжение на свечу зажигания 22. В цилиндре 7 модуля 2 происходит рабочий ход. Поршень 9 жестким штоком 11 перемещает постоянный магнит 12 внутри статора 13 слева направо, наводя в обмотке 14 напряжение синусоидальной формы, создавая положительную полуволну, и сжимая правым поршнем 10 горючую смесь в цилиндре 8, а жестким штоком 15 с держателем 16 перемещает шар 17 по наклонной канавке 18, тем самым поворачивает вал 6, установленный на подшипнике 5 в корпусе 1, на 120° по часовой стрелке, предотвращая соударение поршня 10 с головкой цилиндр 8 (аналогично предотвращается соударение других поршней с головками цилиндров). Маховик 19 своим выступом 20 замыкает на цилиндре 8 контакт зажигания 21 и подает напряжение на свечу зажигания 22. В цилиндре 8 модуля 2 происходит рабочий ход. Поршень 10 жестким штоком 11 перемещает постоянный магнит 12 внутри статора 13 справа налево, наводя в обмотке 14 напряжение синусоидальной формы, создавая отрицательную полуволну, и сжимая левым поршнем 9 горючую смесь в цилиндре 7, а жестким штоком 15 с держателем 16 перемещает шар 17 по наклонной канавке 18, тем самым поворачивает вал 6, установленный на подшипнике 5 в корпусе 1, на 120° по часовой стрелке. Таким образом, модуль 2 завершил полный цикл свободнопоршневого двухтактного двигателя. Каждый из модулей 2, 3, 4, двигаясь своими шарами 17 по наклонной канавке 18, вращают вал 6, обеспечивая помещение поршней 9 в цилиндрах 7, 8 в мертвые точки с периодом 120°. Модули 3 и 4 работают аналогично модулю 2, порядок работы которого приведен выше.The
При возвратно-поступательном движении поршней со штоками и закрепленным на них постоянным магнитом внутри статора и взаимодействия с обмотками статора наводит в них электродвижущую силу. В сущности это и есть принцип действия генератора со свободным поршнем, производящим электроэнергию непосредственно из линейного движения поршня без промежуточных механических звеньев. В предложенном двигателе, состоящем из трех модулей закрепленных на корпусе под углом 120°, роль позиционирования поршней, предотвращая их соударение с головками цилиндров, выполняет вал, на боковой поверхности которого выполнена непрерывная наклонная канавка, по которой во время работы двигателя прокатываются сферические тела, установленные на поршнях модулей через жесткий шток с держателем сферического тела, ограничивая ход поршней левой и правой мертвыми точками. При этом сам вал приобретает вращательное движение, обеспечивая, через наклонную канавку и шары, возвратно-поступательное движение поршней каждого из модулей со сдвигом 120°. При этом синусоидальное напряжение, которое наводиться в катушке статора при движении магнита в каждом из модулей, тоже сдвинуто на 120°, а при соединении обмоток статоров модулей звездой или треугольником получаем трехфазное напряжение. За один оборот вала двигатель совершает шесть рабочих ходов. Запуск двигателя производится подачей напряжения на обмотки статора или поворотом маховика, в этом случае вал своей наклонной канавкой через шары приводят в возвратно-поступательное движение поршни всех трех модулей.During the reciprocating movement of pistons with rods and a permanent magnet attached to them inside the stator and interaction with the stator windings, induces an electromotive force in them. In essence, this is the principle of operation of a free piston generator that generates electricity directly from the linear movement of the piston without intermediate mechanical links. In the proposed engine, which consists of three modules fixed on the body at an angle of 120 °, the role of positioning the pistons, preventing their collision with the cylinder heads, is played by a shaft, on the side surface of which a continuous inclined groove is made, along which spherical bodies installed on the pistons of the modules through a rigid rod with a spherical body holder, limiting the piston stroke by left and right dead points. In this case, the shaft itself acquires a rotational movement, providing, through the inclined groove and balls, the reciprocating movement of the pistons of each of the modules with a shift of 120 °. In this case, the sinusoidal voltage that is induced in the stator coil when the magnet moves in each of the modules is also shifted by 120 °, and when connecting the stator windings of the modules with a star or triangle, we get a three-phase voltage. For one revolution of the shaft, the engine makes six working strokes. The engine is started by applying voltage to the stator windings or by turning the flywheel, in this case, the pistons of all three modules are driven into reciprocating motion by its inclined groove through the balls.
Изобретение позволяет предотвратить соударение поршней с головками цилиндров, что повышает надежность свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания с линейным электрическим трехфазным генератором.The invention makes it possible to prevent collision of pistons with cylinder heads, which increases the reliability of a free-piston internal combustion engine with a linear electric three-phase generator.
Помимо этого в предложенном изобретении упрощаются системы позиционирования поршней, предотвращая их соударение с головками цилиндров; вырабатывается трехфазное напряжение; упрощается запуск двигателя и. Это приводит к повышению экономичности, экологичности, КПД и расширению возможностей по применению во многих областях промышленности.In addition, the proposed invention simplifies the positioning systems of the pistons, preventing their collision with the cylinder heads; a three-phase voltage is generated; easier engine start and. This results in improved economy, environmental friendliness, efficiency and increased application possibilities in many areas of industry.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019133067A RU2731454C1 (en) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019133067A RU2731454C1 (en) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2731454C1 true RU2731454C1 (en) | 2020-09-03 |
Family
ID=72421719
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019133067A RU2731454C1 (en) | 2019-10-16 | 2019-10-16 | Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2731454C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2542810A1 (en) * | 1982-07-06 | 1984-09-21 | Sellet Christian | Engine with free pistons using the two-stroke cycle |
US4532431A (en) * | 1981-10-02 | 1985-07-30 | Cuv "Progress" | Method and apparatus for producing electrical energy from a cyclic combustion process utilizing coupled pistons which reciprocate in unison |
RU2150014C1 (en) * | 1999-03-16 | 2000-05-27 | Пинский Феликс Ильич | Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator |
RU2255232C2 (en) * | 1999-12-22 | 2005-06-27 | Волво Текнолоджи Аб | Device including internal combustion engine, use of such device, and vehicle |
RU143160U1 (en) * | 2013-12-30 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" | LINEAR DC GENERATOR WITH DRIVE FROM FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
-
2019
- 2019-10-16 RU RU2019133067A patent/RU2731454C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4532431A (en) * | 1981-10-02 | 1985-07-30 | Cuv "Progress" | Method and apparatus for producing electrical energy from a cyclic combustion process utilizing coupled pistons which reciprocate in unison |
FR2542810A1 (en) * | 1982-07-06 | 1984-09-21 | Sellet Christian | Engine with free pistons using the two-stroke cycle |
RU2150014C1 (en) * | 1999-03-16 | 2000-05-27 | Пинский Феликс Ильич | Free-piston internal-combustion engine with linear ac generator |
RU2255232C2 (en) * | 1999-12-22 | 2005-06-27 | Волво Текнолоджи Аб | Device including internal combustion engine, use of such device, and vehicle |
RU143160U1 (en) * | 2013-12-30 | 2014-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" | LINEAR DC GENERATOR WITH DRIVE FROM FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6748907B2 (en) | Device including a combustion engine, a use of the device, and a vehicle | |
RU2273086C2 (en) | Electrical machine | |
RU2422655C1 (en) | Two-cylinder free piston energy module with common external combustion chamber and linear electric generator with opposite movement of armatures | |
US4213428A (en) | Electromagnetic augmentation of internal combustion engines | |
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 | |
RU2500905C1 (en) | Free-piston engine | |
SE524861C2 (en) | An electric machine and its use | |
RU2731454C1 (en) | Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator | |
US20130302181A1 (en) | Zero emissions pneumatic-electric engine | |
RU105678U1 (en) | PORTABLE ELECTRICAL INSTALLATION | |
US20090095260A1 (en) | method to convert free-piston linear motion to rotary motion | |
RU195112U1 (en) | Free-piston internal combustion engine with linear electric three-phase generator | |
RU2144990C1 (en) | Fuel-electric converter | |
GB2353326A (en) | Reciprocating piston i.c. engine electrical power generator | |
RU112537U1 (en) | ELECTRIC AC GENERATOR | |
RU2340783C1 (en) | Unit of pistons and power module armature | |
RU2550228C2 (en) | Ac generator with external combustion engine | |
Gerlach et al. | Control of a directly driven four-stroke free piston engine | |
WO2020141981A1 (en) | Drive system comprising counter-rotating internal combustion engine with counter-rotating power output shafts | |
RU2605444C1 (en) | Alternating current generator with axial-piston engine | |
GB2332988A (en) | Opposed piston ic generator | |
RU197366U1 (en) | FREE PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH LINEAR GENERATOR | |
WO2003069142A1 (en) | Free piston internal combustion engine | |
RU112947U1 (en) | ELECTRIC AC GENERATOR |