СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА РАСШИРЕНИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ СВОБОДНОПОРШНЕВОГО ЭНЕРГОМОДУЛЯ С ВНЕШНЕЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ
PROCEDURE FOR OPTIMISATION OF PROCESS OF COMBUSTION PRODUCTS EXPANSION IN PLUNGER-FREE POWER MODULE WITH EXTERNAL COMBUSTION CHAMBER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший прототип заявленного изобретения - патент 2342546, «Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания».
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.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Цель изобретения состоит в оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания.
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.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
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.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
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.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Чертеж. Принципиальная схема свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания.
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.