ДВУХЦИЛИНДРОВЫЙ СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ЭНЕРГОМОДУЛЬ С ОБЩЕЙ ВНЕШНЕЙ КАМЕРОЙ СГОРАНИЯ И ЛИНЕЙНЫМ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРОМ С ОППОЗИТНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ЯКОРЕЙ
TWO-CYLINDER FREE PISTON ENERGY MODULE WITH COMMON EXTERNAL COMBUSTION CHAMBER AND LINEAR ELECTRIC GENERATOR WITH OPPOSITE MOVEMENT OF ARMATURES

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. фиг.1, 2) система управления (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 достижению 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
Сущность изобретения поясняется описанием принципа действия двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с двумя якорями.
Продукты сгорания из камеры сгорания 1 (фиг.2) по трубопроводу 2 через газораспределительный клапан 3 поступают в правую (по чертежу) торцевую полость поршня 4 левой расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и газораспределительный клапан 7 - в левую полость поршня 8 правой расширительной машины 9. Под действием расширяющихся продуктов сгорания поршни расширительных машин 4 и 8 и соединенные с ними якоря линейных электрогенераторов 10 и 11 начинают встречные движение. Якоря 10 и 11 могут представлять собой постоянные магниты, либо электромагниты, намагничиваемые катушкой подмагничивания 12 при протекании по ее виткам тока подмагничивания. В обоих случаях магнитный поток замыкается по контуру - якорь 11, статорный магнит 13, якорь 10. При оппозитном движении якорей 10 и 11 (в данном случае движении расхождения) пересекаются магнитные линии их магнитных полей, в результате чего в статорном магните 13 и якорях 10 и 11 изменяется магнитный поток и, как следствие, в статорной катушке 14 генерируется импульс электроэнергии. При достижении поршнями и якорями точек крайнего расхождения система управления (не показана) переводит клапаны 3, 7, 15, 16 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 2 и через газораспределительный клапан 15 поступают в левую полость поршня 17 левой расширительной машины 5, а по трубопроводу 6 и через газораспределительный клапан 16 - в правую полость поршня 18 правой расширительной машины 9. Поршни расширительных машин и соединенные с ними якоря электрогенераторов начинают сходиться. В статорной катушке 14 генерируется импульс противоположного знака. Отработавшие газы при расхождении поршней 17, 18 выбрасываются в атмосферу через газораспределительные клапаны 15 и 16, а при схождении - через газораспределительные клапаны 3 и 7. Одновременно при рабочих тактах расширительных машин 5, 9 через обратные клапаны 19, 20, 21, 22 из соответствующих полостей поршней расширительных машин 5, 9 по трубопроводам 23, 24 для обеспечения процесса горения топлива в камеру сгорания 1 подается воздух, а через обратные клапаны 25, 26, 27, 28 из атмосферы засасывается воздух.
Следует отметить - поскольку якоря движутся оппозитно, скорость их относительно друг друга в два раза больше скорости каждого из них относительно корпуса расширительной машины. Скорость пересечения магнитных линий магнитных полей якорей при этом в два раза больше скорости, если один якорь движется относительно другого неподвижного якоря. Следовательно, и частота генерируемой электроэнергии в два раза выше. Эффективность преобразования энергии машин дискретного действия прямо пропорциональна частоте рабочих циклов преобразования. В данном случае с увеличением частоты генерирования электроэнергии для получения максимальной добротности контура требуется меньшее число витков обмотки генератора и меньшая масса сердечника катушки, что увеличивает удельную мощность электрогенератора и, следовательно, удельную мощность энергомодуля в целом, что и является целью данного изобретения.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей включающий общую внешнюю камеру сгорания, две однотактные свободнопоршневые расширительные машины, электрогенератор с двумя якорями и систему управления, отличается тем, что якоря линейного электрогенератора, соединенные с поршнями расширительных машин, движутся оппозитно в противофазе, обеспечивая тем самым удвоенную скорость пересечения магнитных линий магнитных полей якорей.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Затраты на НИОКР двухцилиндрового свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с двумя якорями не могут существенно отличаться от таковых при проектировании классического ДВС. Стоимость энергомодуля при отлаженном производстве будет значительно ниже стоимости ДВС при пересчете на единицу мощности.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура 1. Электрогенератор на основе свободнопоршневого двигателя 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.
Фигура 2. Двухцилиндровый свободнопоршневой энергомодуль с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с двумя якорями.
1 - камера сгорания, 2, 6, 21, 22 - трубопровод, 3, 7, 15, 16 - газораспределительный клапан, 4, 5, 8, 9 - поршень расширительной машины, 10, 11 - якорь, 12 - катушка подмагничивания якорей, 13 - статорный магнит, 14 - статорная катушка, 17, 18, 19, 20, 23, 24, 25, 26 - обратный клапан.