Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
GENERATOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/126499
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to power installations. The generator contains a stationary housing, a cylinder-piston group, an electromagnetic system, and systems of valves, channels and outlet apertures. The cylinder-piston group includes at least one internal combustion cylinder and a piston with at least one rod. The internal combustion cylinder is situated inside a movable element. The movable element rotates on a shaft. The shaft is linked to an air intake device capable of feeding air into the shaft. The piston rod is situated inside an oil tube which is connected to a receiver. The receiver is filled with gas and provided with a membrane. The oil tube is provided with a regulating valve. A valve with a spring is installed inside the piston. The shaft is hollow and is capable of having fuel fed into same by means of a fuel pump. The piston is in the form of a vessel filled with oil. The invention is directed at increasing the efficiency and extending the service life of the generator.

Inventors:
SHADRIN, Dmitry Gennadievich (ul. Chaykovskogo, 70-a kv. 5, Chelyabinsk 6, 454016, RU)
Application Number:
RU2013/000220
Publication Date:
August 21, 2014
Filing Date:
March 19, 2013
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SHADRIN, Dmitry Gennadievich (ul. Chaykovskogo, 70-a kv. 5, Chelyabinsk 6, 454016, RU)
International Classes:
F02B57/04; F01B11/08; F02B63/04; F02B71/04; F02K7/06
Foreign References:
US20060242940A1
US3841797A
US3998049A
RU2430248C2
Attorney, Agent or Firm:
SKRIPKINA, Natalia Konstantinovna (a/ya 2557, Chelyabinsk, 4, 454014, RU)
Download PDF:
Claims:
Ф О Р М У Л А

1. Генератор, содержащий неподвижный корпус, поршневую группу из цилиндра внутреннего сгорания и поршня с, по меньшей мере, одним штоком, электромагнитную систему, системы клапанов и каналов, обеспечивающих подачу топлива, атмосферного воздуха, систему выпускных отверстий, отличающийся тем, что поршневая группа включает, по меньшей мере, один цилиндр внутреннего сгорания, который расположен внутри подвижного элемента в виде диска, который вращается посредством подшипников и электромагнитной системы, содержащей катушки с щетками, на валу, который связан с воздушной турбиной с возможностью подачи воздуха внутрь вала, шток поршня расположен внутри масляной трубки, соединенной с ресивером, наполненным газом и снабженным мембраной, при этом масляная трубка снабжена регулировочным клапаном, внутри поршня установлен клапан с пружиной, вал выполнен полым с возможностью подачи в него топлива от топливного насоса, поршень выполнен в виде сосуда, наполненного маслом.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что при выполнении поршневой группы из двух цилиндров, цилиндры расположены под углом 179- 1810 относительно друг друга.

3. Генератор по п.1, отличающийся тем, что при выполнении поршневой группы из трех цилиндров, цилиндры расположены под углом 119-121°. 13.

4. Генератор по п.1, отличающийся тем, что при выполнении поршня с штоками более одного, штоки выполнены параллельно друг другу.

5. Генератор по п.1, отличающийся тем, что система клапанов включает впускной клапан подачи воздуха, устройство впрыска топлива и выпускной клапана.

6. Генератор по п.1, отличающийся тем, что система каналов включает воздушный канал и топливный канал.

Description:
Генератор

Изобретение относится к энергетическим установкам, в частности, к устройствам, вырабатывающим электрическую энергию и может быть использовано на автомобилях, мотоциклах, судах, железнодорожном транспорте, тракторах, в авиационной, бытовой технике в виде вспомогательных двигателей транспортных механизмов на передвижных или переносных электростанциях, электросварочных агрегатах.

Известен свободнопоршневой двигатель, содержащий дизельный двигатель внутреннего сгорания, линейный генератор и систему подачи топлива. Двигатель представляет собой цилиндр с торцевыми камерами сгорания, в районе которых расположены впускные и выпускные клапаны, внутри цилиндра расположены поршни, соединенные штоком. Генератор состоит из статора, якоря и систем возбуждения и снятия нагрузки. Система подачи топлива представляет собой форсунки, расположенные в торцевых частях цилиндра и предназначенные для подачи топлива в камеру сгорания (см. а.с. СССР N°985365 по кл. МП -5 F02B71/04, заявл.21.01.81г., опубл. 30.12.82г. «Свободнопоршневой двигатель»).

Однако, такой двигатель имеет существенные недостатки, которые не позволили ему найти широкое применение. К числу этих недостатков следует отнести то, что при работе устройства движение одного поршня используется для возбуждения магнитного поля в другом. Это приводит к потере рабочего процесса первого поршня для производства энергии на токосъем. Неполное использование рабочего процесса двухтактного дизельного двигателя для производства энергии на токосъем является причиной низкого КПД. Кроме того, от перегрева обмоток до температуры 500-600°С их магнитные свойства снижаются, что также понижает КПД устройства в целом. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту, выбранным в качестве ближайшего аналога является генератор, конструкция которого является интегрированной конструкцией двух- или четырехтактного ДВС с линейным электрическим генератором, содержащий неподвижный корпус, поршневую группу, магнитную систему, систему клапанов и каналов, обеспечивающих подачу дизельного топлива, атмосферного воздуха, систему выпускных отверстий (см. Доклад «Автомобильный генератор возвратно- поступательного движения. Анализ конструкции» на Международной научно-технической конференции ААИ «АВТОМОБИЛЕ- и ТРАКТОРОСТРОЕНИЕ в РОССИИ: ПРИОРИТЕТЫ РАЗВИТИЯ И ПОДГОТОВКИ КАДРОВ», посвященная 145-летию МГТУ «МАМИ» 17 ноября 2010г. МГТУ «МАМИ» Москва, стр.3).

Магнитная система размещена внутри конструкции статора с системой обмоток, при возвратно-поступательном движении штока с закрепленным на нем магнитной системой внутри статора и взаимодействия их магнитных полей происходит возникновение электродвижущей силы в обмотках статора, осуществляется принцип действия генератора со свободным поршнем, производящим электроэнергию непосредственно из линейного движения поршня без промежуточных механических звеньев.

Недостатком известного технического решения является низкий уровень выработки энергии, низкая частота получаемого тока, необходимость установки вспомогательных устройств, обеспечивающих работу генератора: это система смазки, система охлаждения, турбина для продувки камеры сгорания и инжектор, либо карбюратор для смешивания топлива, что усложняет конструкцию генератора и не обеспечивает необходимого КПД. Задачей настоящего изобретения является увеличение КПД и ресурса работы генератора.

Техническим результатом, позволяющим решить эту задачу, является увеличение источников, позволяющих достичь повышения вырабатываемой энергии.

Поставленная задача достигается тем, что в генераторе, содержащем неподвижный корпус, поршневую группу из цилиндра внутреннего сгорания и поршня с, по меньшей мере, одним штоком, электромагнитную систему, систему клапанов и каналов, обеспечивающих подачу топлива, атмосферного воздуха, систему выпускных отверстий, согласно изобретения, поршневая группа включает, по меньшей мере, один цилиндр внутреннего сгорания, который расположен внутри подвижного элемента в виде диска, который вращается посредством подшипников и электромагнитной системы, содержащей катушки с щетками, на валу, который связан с воздушной турбиной с возможностью подачи воздуха внутрь вала, шток поршня расположен внутри масляной трубки, соединенной с ресивером, наполненным газом и снабженным мембраной, при чем масляная трубка снабжена регулировочным клапаном, внутри поршня установлен клапан с пружиной, вал выполнен полым с возможностью подачи в него топлива от топливного насоса, поршень выполнен в виде сосуда, наполненного маслом.

При выполнении поршневой группы из двух цилиндров, цилиндры могут быть расположены под углом 179-181° относительно друг друга.

При выполнении поршневой группы из трех цилиндров, цилиндры могут быть расположены под углом 119-121° относительно друг друга.

При выполнении поршня с штоками более одного, штоки выполнены параллельно друг другу. Система клапанов содержит впускной клапан подачи воздуха, устройство впрыска топлива и выпускной клапан.

Система каналов может содержать воздушный канал и топливный канал.

Предлагаемый генератор может быть изготовлен на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, так как для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, широко выпускаемое отечественной и зарубежной промышленностью.

Предлагаемая совокупность существенных признаков сообщает заявленному генератору новые свойства, позволяющие решить поставленную задачу, а именно: увеличение КПД и ресурса работы устройства.

Расположение, по меньшей мере, одного цилиндра внутреннего сгорания внутри подвижного элемента в виде диска, который вращается посредством подшипников и электромагнитной системы, содержащей катушки с щетками, на валу, который связан с воздушной турбиной с возможностью подачи воздуха внутрь вала, позволяет подвижному элементу вращаться с большей частотой.

Расположение штока поршня внутри масляной трубки, соединенной с ресивером, наполненным газом и снабженным мембраной, при этом масляная трубка снабжена регулировочным клапаном, позволяет контролировать движение поршня, удерживая его в определенном положении, замедляя обратное движение поршня, что в свою очередь увеличивает возникающую центробежную силу и соответственно ей скорость вращения диска. Скорость вращения диска увеличивает частоту электрического тока, возникающего при его вращении, а большая частота вращения диска приводит к тому, что электрический ток, полученный при вращении диска, будет более высокого качества при малых затратах топлива, что повышает КПД генератора.

Установка внутри поршня клапана с пружиной обеспечивает быструю подачу воздуха из верхней части цилиндра в нижнюю, тем самым осуществляется быстрая продувка камеры сгорания от отработавших газов. Продувка позволяет эффективно очищать камеру сгорания от отработавших газов, а удаление отработавших газов из камеры сгорания дает возможность следующей порции топлива сгорать более полно, более эффективно, что опять-таки повышает КПД генератора. Кроме того, продувка камеры сгорания воздухом позволяет эффективнее ее охлаждать и отказаться от установки дополнительно системы охлаждения.

Выполнение вала полым с возможностью подачи в него топлива от топливного насоса позволяет быстро доставить топливо в цилиндр, в результате обеспечивается быстрая и бесперебойная подача топлива от неподвижного топливного насоса к подвижному элементу в виде диска. Бесперебойная подача топлива приводит к равномерному движению поршней внутри цилиндров, происходит уравновешивание сил, возникающих при их движении, а равномерное распределение сил приводит к равномерному вращению подвижного элемента в виде диска, что позволяет получить ток более высокого качества и повышает КПД генератора.

Выполнение поршня в виде сосуда, наполненного маслом, позволяет поршню смазывать самого себя при возвратно-поступательном движении внутри цилиндра и отказаться от установки сложной масляной системы, повысив ресурс работы всего устройства.

Расположение цилиндров под углом 179-181° при выполнении поршневой группы из двух цилиндров позволяет равномерно распределить силы, возникающие при движении поршней. Движение каждого поршня можно разделить на два такта: первый такт, когда поршень расположен максимально близко к центру, второй такт, когда поршень максимально удален от него. Соответственно, один поршень максимально близко к центру, а второй в этот же время максимально удален от него, при таком положении поршней силы, возникающие при их движении, будут полностью уравновешенны, что приводит к равномерному движению вращения диска, а равномерное вращение диска дает возможность получение тока более высокого качества при малых затратах топлива и в результате повышает КПД генератора.

Расположение цилиндров под углом 119-121° при выполнении поршневой группы из трех цилиндров обеспечивает еще более равномерное распределение сил при вращении диска. Поршни будут находиться на равном расстоянии друг от друга, что уравновешивает силы, возникающие при их движении. Движение поршня можно разделить на три такта. Первый такт, когда поршень расположен максимально близко к центру, второй такт, когда поршень максимально удален от центра, третий такт, когда поршень находится в среднем положении: между первым и вторым тактом. При таком положении поршней силы, возникающие при их движении, полностью уравновешенны, что приводит к равномерному движению вращения диска и увеличивает ресурс работы генератора. Кроме того, каждый поршень служит границей между катушками, установленными на валу, тем самым катушки делятся на три части. За один оборот вала получается электрическая энергия от трех катушек, таким образом, при одном обороте диска получается трехфазный ток, который широко используется в электротехнике. Высокое качество получаемого тока при малых затратах топлива говорит о повышении КПД генератора. Выполнение штоков параллельными друг другу при выполнении поршня со штоками более одного обеспечивает более равномерное движение поршня внутри цилиндра, что в свою очередь приводит к снижению вибрации и более равномерному вращению диска, а равномерное вращение диска дает возможность получение тока более высокого качества при малых затратах топлива и в результате повышает КПД генератора.

Включение в состав системы клапанов впускного клапана подачи воздуха, устройства впрыска топлива и выпускного клапана позволяет смешивать топливо внутри камеры сгорания и позволяет отказаться от дополнительных устройств в виде карбюратора или инжектора, что повышает КПД генератора.

Включение в состав системы каналов воздушного канала и топливного канала позволяет быстро и бесперебойно обеспечивать цилиндры воздухом и топливом, что приводит к более равномерному движению поршней внутри цилиндра. В результате уравновешиваются силы, возникающие при их движении. Равномерное распределение сил приводит к равномерному вращению подвижного элемента в виде диска, а равномерное вращение диска дает получение тока более высокого качества при малых затратах топлива, что повышает КПД генератора.

Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого генератора позволяет увеличить его коэффициент полезного действия (КПД) и ресурс работы.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

На фиг.1 - изображен общий вид генератора.

На фиг.2 - разрез А-А на фиг. 1.

На фиг.З - вид В на фиг.2. Генератор содержит неподвижный корпус 1 , поршневую группу из цилиндра 2 внутреннего сгорания и поршня 3 с, по меньшей мере, одним штоком 4, электромагнитную систему 5, систему клапанов (на фигурах не обозначена), систему каналов (на фигурах не обозначена), обеспечивающих подачу топлива, атмосферного воздуха, систему 8 выпускных отверстий, поршневая группа включает, по меньшей мере, один цилиндр 2 внутреннего сгорания, который расположен внутри подвижного элемента 9 в виде диска, который вращается посредством подшипников 10 и электромагнитной системы 5, содержащей катушки 11 со щетками 12, на валу 13, который связан с воздушной турбиной 14 с возможностью подачи воздуха внутрь вала 13, шток 4 поршня 3 расположен внутри масляной трубки 15, соединенной с ресивером 16, наполненным газом и снабженным мембраной 17, при этом масляная трубка 15 снабжена регулировочным клапаном 18, внутри поршня 3 установлен клапан 19 с пружиной 20, вал 13 выполнен полым с возможностью подачи в него топлива от топливного насоса (на фигурах не обозначен), поршень 3 выполнен в виде сосуда, наполненного маслом.

При выполнении поршневой группы из двух цилиндров, цилиндры 2 расположены под углом 179-181° относительно друг друга.

При выполнении поршневой группы из трех цилиндров, цилиндры 2 расположены под углом 1 19-121° относительно друг друга.

При выполнении поршня 3 со штоками 4 в количестве более одного штоки 4 выполнены параллельно друг другу.

Система 6 клапанов может содержать впускной клапан 22 подачи воздуха, устройство 23 впрыска топлива и выпускной клапан 24.

Система 7 каналов может содержать воздушный канал 25 и топливный канал 26. Генератор работает следующим образом при варианте использования трех рабочих цилиндров: до первого пуска генератора необходимо зафиксировать поршни 3 в положении максимально близко к центру подвижного элемента 9 в виде диска, фиксацию поршней 3 в этом положении осуществляют перекрытием подачи масла в регулировочные клапана 18. Пуск генератора осуществляют за счет подачи электрического тока на электромагнитную систему 5: катушки 1 1, щетки 12; подвижный элемент 9 в виде диска приходит в движение, он начинает вращение с помощью подшипников 10, в полый внутри вал 13 от топливного насоса 21 поступает топливо, далее из вала 13 топливо попадает внутрь подвижного элемента 9, при вращении вала 13 воздушная турбина 14, расположенная на валу, засасывает воздух из атмосферы, из турбины 14 воздух попадает внутрь подвижного элемента 9. Топливо и атмосферный кислород смешивается и происходит сгорание топлива внутри подвижного элемента 9, отработавшие газы выходят через систему 8 выпускных отверстий.

Когда поршни 3 расположены у центра диска, штоки 4 перемещены вместе с ними и расположены внутри масляных трубок 15, штоки давят на масло в масляных трубках, масло давит на мембрану 17, мембрана давит на газ, находящийся внутри ресивера 16, и сжимает газ, увеличивая его давление. При открытии регулировочных клапанов 18 поршни 3 под действием давления газа в ресивере 16 и центробежной силы начинают двигаться в сторону от центра подвижного элемента 9 в виде диска. Из вала 13 в цилиндры 2 поступает топливо по топливным каналам 26 в устройство 23 впрыска топлива, там оно смешивается с воздухом, который находится в устройстве до первого пуска генератора, устройство 23 впрыска топлива закрывается. Из вала 13 в цилиндры 2 по воздушным каналам 25 через впускной клапан 22 поступает воздух, он смешивается с топливной смесью, так как клапан 19 внутри поршня 3 закрыт, поршень 3 опускается вниз и сжимает топливную смесь, происходит взрыв топливной смеси. Такие процессы происходят в каждом из цилиндров.

Чтобы вращение было равномерным должно быть поочередное, а не одновременное включение в работу поршней.

Взрыв топливной смеси внутри цилиндра приводит к тому, что поршень 3 начинает движение к центру диска. Такое движение приводит к тому, что поршень начинает двигать штоки 4 внутри масляных трубок 15, штоки давят на масло внутри ресивера 16, масло давит на мембрану 17, мембрана сжимает газ внутри ресивера, кроме того, поршень сжимает воздух в верхней части цилиндра 2, поступающий из впускного клапана 22. Когда поршень 3 достигает положение максимально близкого к центру диска, то впускной клапан 22 закрывается, одновременно с этим пружина 20 касается внутренней стенки цилиндра 2 и начинает сжиматься. Сжатие пружины 20 приводит к тому, что клапан 19 начинает открываться, одновременно с этим открывается выпускной клапан 24, отработанные газы выходят через выпускной клапан, а их место занимает воздух из верхней части цилиндра, который поступает в нижнюю часть цилиндра через открытый клапан 19, в результате происходит продувка камеры сгорания и наполнение ее воздухом. После продувки выпускной клапан 24 закрывается, а поршень под действием центробежной силы и давления газа в ресивере начинает двигаться вниз, через устройство 23 впрыска топлива в камеру сгорания подается топливо, которое смешивается с воздухом внутри камеры сгорания, поршень сжимает топливную смесь внутри цилиндра 2, происходит взрыв топливной смеси - цикл повторяется. Такие процессы происходят внутри каждого цилиндра.

Остановку генератора осуществляют перекрытием регулировочных клапанов 18 внутри масляных трубок 15, при этом положение поршня должно быть максимально близко к центру, перекрытие регулировочных клапанов приводит к тому, что поршень 3 фиксируется, фиксацию поршня осуществляют в тот момент времени, когда продувка завершена и выпускной клапан 24 закрыт, но топливо не подано через устройство 23 впрыска топлива. После этого перекрывают подачу топлива, и генератор останавливается под действием сил трения. После этого пуск генератора можно осуществить также как и при первом пуске.

Используя заявляемую конструкцию генератора можно изготавливать генераторы, работающие на бензине, газе и дизельном топливе.

Данный вид генератора можно отнести к числу центробежных т.к. его конструкция характеризуется движением поршня внутри вращающегося диска, что способствует изменению центробежной силы, а это в свою очередь влияет на скорость диска и в итоге происходит увеличение скорости катушек, далее увеличивается частота вырабатываемого электрического тока, что опять-таки способствует увеличению КПД генератора. В заявляемом центробежном генераторе три источника получения энергии:

Первый - это динамический удар поршня в сторону центра, так как поршни расположены под углом, в результате удар приходится по касательной и меньше разрушает подшипники, кроме того, такой касательный удар приводит к тому, что диск начинает вращаться еще быстрее.

Второй-это реактивное движение, вызванное выхлопом отработавших газов, так как они выходят из камеры сгорания в направлении обратном вращению диска.

Третий источник - это центробежная сила, так как перемещение поршня увеличивает центробежную силу, и соответственно скорость вращения диска.