С технической точки зрения двигатели внутреннего сгорания в любом гибридном автомобиле являются узлами, экстендерами, позволяющими увеличить дальность поездки этого автомобиля. Этот термин относиться к двигателям, которые только вращают электрогенератор, отдающий вырабатываемую энергию электродвигателям автомобиля и заряжающий аккумуляторные батареи. В подавляющем большинстве случаев двигатели-экстендеры представляют собой малогабаритные классические двигатели внутреннего сгорания, обладающие всеми узлами и недостатками таких двигателей. Но исследователи из Немецкого космического центра (DLR) разработали новый тип экстендера, которые построен на базе линейного бесклапанного двигателя внутреннего сгорания и который может работать практически на любом виде топлива.

Линейный генератор со свободными поршнями состоит из камеры сгорания, двух поршней, линейных электрогенераторов и возвратных газовых пружин. Двигатель экстендера работает почти также, как работают обычные двигатели, за счет воспламенения топливно-воздушной смеси в камере сгорания, за счет чего производится движение поршней. Однако, вместо того, чтобы за счет коленчатого вала осуществлять преобразование линейного перемещения поршня во вращательное движение вала, устройство преобразует кинетическую энергию движения поршней непосредственно в электрическую энергию.

Взрыв топливно-воздушной смеси в камере сгорания толкает оба поршня в стороны от центра камеры, сжимая газовые пружины, которые замедляют движение и толкают их обратно. Двигатель экстендера работает с частотой 40-50 Гц и вырабатывает до 35 кВт электрической энергии.

"Принципы построения линейных двигателей внутреннего сгорания известны инженерам уже достаточно давно" - рассказывает Ульрих Вагнер (Ulrich Wagner), директор Отдела энергетики и транспорта агентства DLR, - "Но за счет использования газовых пружин оригинальной конструкции наши инженеры добились потрясающей стабильности работы такого двигателя. А за счет использования мощного электронного блока динамического управления нам удается с высокой точностью регулировать работу всех компонентов двигателя, заставляя их взаимодействовать как единое целое".

Система электронного управления, созданная инженерами DLR, управляет движение поршней линейного двигателя с точность одной десятой доли миллиметра, определяя колебания давления в ходе процесса сгорания топлива и делая компенсацию этих колебаний. Такой механизм также позволяет гибко регулировать степень сжатия, скорость движения поршней и рабочий объем камеры сгорания. Такие возможности позволяют использовать в качестве топлива бензин, дизельное топливо, природный газ, биотопливо, этанол и водород.

Система управления линейного генератора со свободными поршнями позволяет устройству самостоятельно выбирать тот режим работы, который является максимально эффективным при данной скорости движения автомобиля и испытуемой им нагрузке, что позволяет сократить до минимума количество выбросов вредных веществ в окружающую среду. Отсутствие коленчатого вала, распределительного вала и других обязательных атрибутов обычных двигателей внутреннего сгорания позволяют изготовить такие генераторы с меньшим количеством затрат, а значит, и по более низкой стоимости.

Небольшие размеры нового генератор позволяют без особого труда установить его на любой из серийно выпускаемых сейчас гибридных автомобилей для того, чтобы расширить дополнительную дальность его поездки минимум на 600 километров, не увеличивая, при этом, веса автомобиля.

Первый опытный образец нового линейного генератора был недавно продемонстрирован на испытательном стенде института DLR Institute of Vehicle Concepts в Штутгарте. А сейчас, специалисты DLR совместно с компанией Universal Motor Corporation GmbH работают над созданием первых промышленных образцов, испытания которых будут проводиться на гибридных автомобилях различных марок.

Изготовление этого довольно мощного линейного электрогенератора не потребует сложной работы. Его конструкция безумно примитивна и гениальна одновременно. Основана она на возвратно-поступательных движениях. Чтобы сделать это устройство, которое может запитать вечный фонарик или выполнять функции зарядного устройства для телефонов, нужно не более получаса.

Автор этой модификации вечного фонарика Игорь Белецкий усовершенствовал его, увеличив КПД. Главный элемент в этой конструкции – мощный неодимовый магнит в виде цилиндра. Его можно также собрать его из нескольких шайб. Диаметр одной шайбы 30 мм. Приобрести их можно в китайском интернет-магазине. В старых игрушках можно найти цилиндрический корпус с диаметром, немногим меньшим, чем размер магнита.

С обеих концов нужно поставить заглушки с амортизаторами. Это могут быть пружинки, но лучше, чтобы были магниты. В результате большой магнит не теряет энергию в крайнем положении, а запасает ее для обратного хода. Это сильно увеличивает эффективность электрогенератора.

Далее нужно намотать по центру цилиндра катушку. Толщина и количество провода определяют выходное напряжение и ток генератора. Чем толще провод, тем меньше напряжение, но выше ток. И наоборот. К примеру для слабенького светодиодного фонаря будет достаточно 500 витков провода сечением 0,2 мм. Для зарядки телефона нужно использовать провод 0,5 мм. Витков – 300.

На выходах катушки нужно установить диодный мост для преобразования переменного тока в постоянный. А для простой лампочки этого не требуется.

Таким простым можно получить мощность в пределах нескольких ватт. Этого достаточно для подзарядки телефонов в походах. Можно использовать ионистор для создания запаса электричества. Он заряжается очень быстро и держит заряд долго. Он отличная альтернатива аккумуляторам.

Забудьте про батарейки, сделав этот отличный и мощный генератор.

А если вот так вот. Мы знаем что если к лопастям кулера приклеить маленькие Неодимовый магниты и один более мощнее поставить рядом то кулер завертелся. Если куллер, значит есть ток и можно заряжать батарею, используя не сложные схемы, о которых я не знаю. Ну если всё это аккуратно сложить в корпус фонарика, то будет прикольно. Ну очумелые ручки, если кто знает про что, давайте обмозгуем.

Обсуждение

Роман Соколов
Уважаемый Игорь, мне нужен Ваш совет. Задумал сделать на основе подобного линейного генератора демпфер для амортизационной вилки велосипеда. Немного поясню, вдруг вы не в курсе дела что это. У амортизационной вилки есть пружина которая поглощает энергию удара от неровностей дороги, но она же ее и практически полностью возвращает и бьет велосипедисту по рукам. Для того чтобы вилка по праву называлась амортизационной нужен кроме пружины демпфер, который свободно дает сжиматься пружинам, но сопротивляется с определенным усилием при ее разжатии. В теории. линейный генератор для этого прекрасно подходит, достаточно поставить диод и тогда в одну сторону шток с магнитами должен проходить свободно, а в другую сопротивляться вырабатывая ток. А вот тут и загвоздка, генератор должен быть достаточно мощным, подключаться скорее всего будет накоротко или с достаточно мощной нагрузкой. Как его рассчитать хотя бы приблизительно. Какое сечение провода, сколько витков, возможно обмотку лучше сделать сегментированой, и вообще стоит ли браться, возможно под эту задачу он будет слишком громоздким.

Александр Мельник

Игорь,у меня был такой фонарик,китайский.В самом деле вечный.На столько вечный что я его подарил. Ну что за фонарик в который не нужно покупать батарейки? Он у меня в машине,в багажнике лежал на всякий случай. Подарил хорошему знакомому. Больше такие мне не попадались.
Я не про то. Я хочу спросить. У меня есть интересная идея,хочу попробовать. С несколькими линейными генераторами. Идея компоновки. Но я больше механик.. Вот скажите, какую можно снять мощность с такого генератора? Неодимовый магнит вроде как мощная штука…

Если я объединю в общий привод… к примеру.. 6 таких генераторов. Как у Вас в ролике. Они будут на валу,образно говоря.То есть я буду подводить к ним энергию вращения,которая будет преображаться в возвратно-поступательную линейного генератора.И тут понятно,что чем выше частота колебаний,тем больше импульсов. Понимаете?
На вскидку можете что то сказать? Вы же с ними работаете,значит понимаете что к чему.
В Ютубе когда то был ролик про генератор с линейными генераторами,несколькими, и двумя дисками по торцам. В дисках магниты.Через один полюса меняются. Диски сидят на валу,приводном. Между дисками статор с укрепленными линейными генераторами. При вращении вала вращаются диски. Магниты дисков толкают-притягивают магниты генераторов. Получается согласованная работа генераторов – сбалансированная. Авторы установили на автомобиль этот генератор для тестирования. И говорили о приличных показателях. При размерах немногим больше автомобильного он был мощнее в несколько раз.
Реальны ли эти показатели?
У меня есть собственная идея конструкции,которая позволяет,используя этот принцип делать “упаковку” линейными генераторами очень плотно, то есть существенно уменьшить габариты. Т.е. получить отличный результат в плане размеры/мощность.
И еще. Как с вами списаться, а может потом и созвониться. Хочу обсудить некоторые вопросы по стирлингам. Я как то писал вам в коментах что у меня получился неожиданный эффект с линейным двигателем стирлинга (или правильнее лавуазье?). Катастрофически не хватает времени на эксперименты с этой темой. Но она мне очень интересна. Я немного пробовал. Вопросов больше чем ответов. Но идей еще больше. Вижу перспективу в стирлингах на ближайшие года. Я так это вижу по крайней мере. В планах плотно заняться. Но не хватает времени и опыта (со стирлингами). Неплохо было бы с вами наладить контакт, если вы не против.
В комментариях обсуждать технические вопросы не хочу по ряду причин.

Игорь белецкий
мысли это очень хорошо! А главное правильно ведь мыслите, все вами предложенное вполне может быть реализовано, много уже людей об этом упоминали, дело лишь в том что никто пока промышленно в этом не заинтересован.

Petro golovatyi
такой маленький генератор будет работать даже от вибрации двигателя на подушках. А для побольших надо найти места получше – и они есть при движении. Сами посмотрите как незакрепленные вещи в машине вибрируют и перемещаются.

Сергей химик
игорь, а что придумать из прямоугольных магнитов? Намагничивание аксиальное, как расположить катушки и использовать вращение через редуктор, чтобы избежать трясучки? Думаю тут будет хорошая прибавка в мощности.

Игорь белецкий
тогда только по кругу ставить катушки и вращать магниты закрепленные на диске, я уже показывал не раз такие генераторы, вполне работоспособно и кпд выше, но устройство конечно на порядок сложнее. У каждой схемы свои плюсы и минусы.

Iskatel
а если на металлическую трубку намотать катушку, и пластиковую внутрь. А потом магнит цилиндрический внутрь толкать, а выталкивать будет такой же у конца трубки. Можно ли таким образом сделать фонарик, который одной рукой заряжается, заменить китайский ширпотреб с шестернями. Просьба хоть подскажите. Очень надо)

павел героним
интересная вещь для похода. Однако немного но. Вес зарядки, играет немалую роль в рюкзаке. Телепать придется от часа до 3 в зависимости от тока – возможно вращательное или сжимательное (типа фонарика жучка) движение удобней. Я тоже интересовался методами восстановления энергии в походе для телефонов и навигатора, но пока остановился на литиевых акб- проще взятm с собой пачку заряженных. Но есть нереализованные мысли – элемент пельтье нагрев на костре – довольно сложно реализовать место склейки (biolite уже выпустили походную зарядку). Ну и все возможные варианты от тепла костра – это обычно есть всегда и в больших количествах, в походе. Парогенератор? Легкий и компактный.

Chakat netstalker
посмотрев ваше видео родилась бредовая идея, а если магнит превратить в поршень и им раскручивать колесо которое будет закреплно на моторе, по типу парового двигателя паровоза, которое будет вращятся за счет энергии получаемой с катушки, ей и питаем мотор. Такого вечного двигателя я не видел в ютубе.

Whitebeastify
это плохая идея, есть для этого электродвигатели которые напрямую преобразуют энергию во вращательное движение, а ты предлагаешь энергию преобразовывать сначала во возвратно – поступательное движение, а потом во вращательное, значит усложнить двигатель, добавить кучу деталей, увеличить вес и понизить кпд.

Игорь белецкий
+whitebeastify не всем удобно крутить это раз, и где же там вращательное движение интересно. Никакого усложнения нет – наоборот, это самый простой генератор, изучите внимательнее факты.

Whitebeastify
+игорь белецкий
игорь, ваша идея мне наоборот понравились, даже думаю сделать такой генератор, и неодимовый магнит примерно такого размера есть, но я написал не по вашему видео, а по предыдущему каменту, где некий chakat предлагал, как я понял, использовать ваш генератор в качестве двигателя, где магнит был бы поршнем и на катушку подавался бы переменный ток и затем преобразовывать возвратно поступательные движения поршня, через кривошип, во вращение вала.

Chakat netstalker
нет я не предлагал использовать как двигатель, а именно как генератор.
На колесе установлен мотор который получает возвратно поступательные движения поршня, через кривошип, но на поршне неодимовый магнит который при вращении ходит в зад в перед внутри катушки. Таким макаром получаем ток который который подключаем к мотору он то и вращает вал мотора.
Надеюсь выразился понятно. А вообще это бред как и все вечные двигатели

sandu / alexandru / sasha
где можно наити diainster или супер конденсатор?

Было бы интересно, таким способом заряжать смартфоны.

Игорь белецкий
это вполне возможно, из таких конденсаторов можно делать батарею и пользоваться ею как аккумулятором, просто они ещё дороги, поэтому широко ещё не распространены.

Virtualis
очень смахивает на “спицу” генератора шкондина. Добавь в цепь магнито-мотор, будет подобие. С той разницей что он годами оттачивал величины. А вообще шкондин изобрел (почти) вечный двигатель, а всему миру пофиг.

игорь белецкий
неее, боюсь столько не натрусить в реальном времени(разве что кинуть понемногу в аккум а потом оттуда резко взять), этож поди ват десять надо. Такую мощь, без особого напряга, можно только на генераторе вращения с магнитопроводами получить. Здесь 2-3 вата максимум, это что бы рука быстро не уставала. У этого кпд маленький процентов 20 не более, но зато он простой как палка. Так везде в природе, на чем то выигрываешь, на чем то проигрываешь.

Alex tango
+игорь белецкий привы посмотрел зарядку у ипада 5. 2 вольта на 2. 4 ампера, p=ui=5. 2*2. 4=12. 48 ватей, для зарябки в авто подходит 2 амперная, если будет 1 а – как повсеместно китайские – показывать заряд не будет!

Alex sambo
игорь, может быть немножко не по теме но подам вам информацию для размышлений и возможно идею для будущих экспериментов. Недавно увидел в сети новую немецкую разработку солнечной батареи, которая по идее должна отлично подходить для нашего региона, где бывает не так много солнца. Https: //www. Youtube. Com/watch? V=d3sn3hraezs и https: //www. Youtube. Com/watch? V=ipj92nollpq самым главным здесь является линза являющаяся собой большой пластиковый резервуар в виде шара заполненный водой, и за солнечным пятном которое фокусирует эта линза ездит система позиционирования с небольшой солнечной батареей, которая благодаря такой системе может вырабатывать примерно 3, 4 квт. Часов в день. Как по мне это неплохая идея но самым сложным будет здесь сделать резервуар такого размера. Да и зимой в связи с тем что используется вода не получиться использовать её использовать, так как вода замёрзнет и разорвёт резервуар, разве что использовать какую-нибудь другую жидкость или гель. Что вы думаете про такую солнечную батарею?

Игорь белецкий
идея конечно не нова, видел я этот ролик, но думаю нет смысла городить такой огород. Давно уже это делали при помощи обыкновенных концентраторов и эффект был даже лучше и проще конструкция. Тот факт что таким образом от панелей получаем больше энергии не открытие, там другая проблема сразу возникает, нужно хорошо эти фотоэлементы охлаждать, иначе толку не будет. Так что везде есть свои нюансы.

Virtualis
я вот все думал и думал по этой теме и пришел к выводу. Что в качестве комерческого проекта достаточно ручку приделать и будет такая себе погремушка для взрослых. А с маховиками развивая тему упремся в гибрид фонарика и эспандерав том или похожем виде). Для серьезных мощностей схема иная.

Барни калхун
кстати и ионисторы необязательны, достаточно и обычных больших электролитов из современных блоков питания, примерно более 100мкф. Но диоды подключать как делал игорь нельзя. Поищите в интернете схему блокинг генератора, или вора джоуля, а так же очень желательно стабилизатор напряжения на кренке, тогда конденсатор будет действительно заряжаться и подчеркиваю накапливать энергию. В схеме предложенной игорем обычный диодный мост со сглаживающим конденсатором, он просто не успевает зарядиться и сразу разряжается на нагрузку.

Идея для игоря – возьмите лучше всего стеклянную тарелку, и положите в неё подшипник, начните двигать тарелку поступательными движениями в такт кручения подшипника. На этом принципе тоже можно собрать генератор, причем скорость шарообразного магнита внутри тора будет там весьма впечатляющая.

Владимир счастье
хорошо. Но ведь ионисторы отличаются низкими напряжениями, и не любят повышенного. А этой штукой можно много натрясти. Или кратковременные импульсы не убьют ионистор?
Ставить стабилитрон – такой себе вариант, он съедает почти всё из-за сопротивления.

Игорь белецкий
схема классическая, четыре диода и параллельно кондер на выходе, в поиске задайте схема выпрямителя и выдаст массу этих схем на любой вкус, ничего мудреного там нет.

Игорь белецкий
приходила конечно, тем более что генератор давно лежит и ждет этого, скажу более хотел сделать это ещё этой осенью, но как всегда планы имеют место сдвигаться. Но сделаю обязательно, я даже определился в типом конструкции – это будет турбина не больших размеров, не более метра в диаметре, такой себе балконный вариант. Так что в планах имеется и будет обязательно.

Игорь белецкий
думаю до дыр его истереть будет не просто, ну а если что то и новый сделать не сложно, цена ему копейки. А выпрямители давно продаются на радиорынках готовые, на любое напряжение, так что самому делать уже и не надо, это я так сам развлекаюсь. В поиске найдете много вариантов, уверен.

Alex sambo
+игорь белецкий
давно уже думал именно о такой конструкции и именно с ионисторами), а вот про амортизаторы на магнитах не приходили мысли, я больше склонялся, чтобы использовать пружинки с обеих сторон магнита с мягким “ходом” (ну или резинки и трубку подлиннее, чтобы инерции было побольше). Не знаю правда насколько это будет эффективно, надо всё проверять на практике.
И к стати этот генератор должен хорошо подойти тем, кто часто ходит пешком, закрепить его где-то на рюкзаке за спиной и во время ходьбы будет вырабатываться электроэнергия, которая будет заряжать ионисторы, а потом уже от них можно заряжать всё что угодно.

Alex tango
резинко порвется отднозначно, пружины будут клацать в мозг, магниты оптимал, корпус любой из немагнитного материала, хоть керамический, хоть пвх труба – быстро не протрет, он вертикальный напруга на стены и трение не велики.

Vladimir lokot
+alex tango можно использовать и металл аллюминий, медь или сплав латунь, но будет побочный эффект – наведения токов фуко в корпусе этого аппарата. Насколько это критично в такой самоделке можно выяснить наверное только экспериментальным путем.

денис т
приветствую! Наверное все слышали о магнитной подвеске bose для авто, поэтому у меня появилась мысля сделать аналогичную в домашних условиях, ну или на крайний случай если не получится то сделать рекуперативную подвеску а-ля фонарик фарадея для второго аккумулятора или ионистров. Кто что посоветует?

Игорь белецкий
совершенно верно, а лучше просто крепить его на ноге липучкой или ремешком, пониже к стопе, или ещё как. В мире эту тему уже давно обсуждают для военных. Для туристов есть powerpeg.

V. Vereschaga
+игорь белецкий, или в машине прямо к колесу. Т. Е. Не к колесу, а к тому месту, где оно крепится – до амортизатора (не автомобилист, не могу термином сказать).
И еще вопрос, игорь. Сколько ваш фонарик горит от данного ионистора? Как долго он разряжается и как это посчитать не подскажете? Кроме того, если напряжение у нас написано в характеристиках конденсатора (5, 5 вольта), то сила тока будет не так однозначна (максимальную можно замерить коротким замыканием на амперметр, правда не уверен, что это будет безопасно для последнего, ионистора и здоровья). После того, как выяснится данный вопрос, нужно или подбирать и подключать светодиоды последовательно, или ограничивать ток резистором. Я прав или нет?
Спасибо!

Игорь белецкий
+v. Vereschaga маленький фонарик очень ярко горит примерно минуту, потом свечение уменьшается и продолжает гореть ещё несколько минут слабым светом, но это же я заряжал ионистор рукой в течение ну максимум полуминуты наверное, но это же не полная его емкость. Короче надо еще поэкспериментировать.

ribakin
осталось доработать систему автоматической тряски или еще чего – и можно вообще сажать на любой гаджет – телефон в первую очередь! В дороге лишь бы раскачивался от чего-либо и все. Потом собрать сборку из таких, подключить инвертор и. Фантазия, фантазия.

Игорь белецкий
тема очень интересная, думаю я к ней ещё не раз вернусь, жаль конечно что они пока ещё дорого стоят, много не накупишь. В интернете уже есть много роликов об ионисторах, правда на английском, будем работать.

Andrey kartashow
если я правильно уловил ход ваших мыслей, то скоро мы увидим батарею из самодельных термопар от которой засветим фонарик. Например медь-алюминий. За ионистор плюс однозначно. Кстати. Смею предложить поставить после выпрямителя dc-dc преобразователь.

игорь. Собери ионистровую баттарею хорошей мощности. Давно мечтаю, и наверное скоро сам соберу.
Главная проблема ионистров – падение напряжения. С помощью парралельныхпоследовательных подключений можно регулировать напряжение. Если суметь сделать легкую систему переключения на этой основе – цены им не будет.

Andrey kartashow
а что за проблема с падением напряжения? Есть сборки ионисторов с самобаллансировкой. Выпускаются фирмой epocs. Сам мечтаю собрать батарею. Только дороговаты они.

Vladimir lokot
> в 2008 году индийские исследователи разработали опытный образец ионистора на основе графеновых электродов, обладающий удельной энергоёмкостью до 32 вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30-40 вт·ч/кг) . (С) википедия
даже если закрыть глаза на цену, то все равно литий пока вне конкуренции:
удельная энергоёмкость: 110 … 230 вт*ч/кг; (с) википедия
ну сами посудите.
Я не умаляю возможностей ионисторов, они прекрасно работают как буфер, когда нужно быстро зарядится большим током или быстро разрядится отдав много энергии. Никакие аккумуляторы этого не могут. Но как основной накопитель на тех технологиях что есть сейчас они не айс совсем.

Виталий якубов
– как напряжение зависит от толщины провода? Даже полез в википедию, там написано только от числе витков. Другое дело, что тонкий провод может расплавиться от большой мощности.

Изобретение относится к энергомашиностроению и позволяет повысить топливную экономичность и снизить выбросы токсичных газов в свободнопоршневых двигателях внутреннего сгорания. В автогенном генераторе (1), в котором электроэнергия генерируется при помощи электромагнитного сцепления между неподвижными обмотками (2) и постоянными магнитами, которые движутся внутри при возвратно-поступательном движении одного или более поршней двухтактного двигателя внутреннего сгорания, цилиндры (5), спаренные с поршнями (4), имеют коническую форкамеру (10), открытую в направлении цилиндров (5). Двигатель работает с изменяемыми ходами сжатия и магниты (3) и обмотки (2) устроены так, что соотношение между количествами механической энергии, используемой для производства электроэнергии за два разных хода магнитов (3), равно соотношению между двумя степенями сжатия, получаемыми в цилиндрах (5) относительно двух разных ходов, осуществляемых поршнями (4), едиными с указанными магнитами (3), умноженным на соотношение между двумя значениями общих КПД двигателя относительно указанных степеней сжатия. 15 з.п.ф-лы, 9 ил.

Эта заявка относится к области автогенных генераторов электроэнергии, и более конкретно к генераторам, в которых механическая энергия, создаваемая возвратно-поступательным движением поршней двигателя внутреннего сгорания без коленчатого вала, трансформируется в электрический ток за счет взаимодействия постоянных магнитов, как единого целого с вышеупомянутыми поршнями при их движении, с неподвижными обмотками, которые циклически погружаются в магнитное поле, связанное с указанными магнитами. Этот тип генераторов, очевидно, пригоден для производства электрического тока, который может затем использоваться либо непосредственно, например, для освещения или отопления, либо опосредованно для подачи энергии на электродвигатели, которые могут использоваться в различных типах тяговых средств на земле или воде, или в воздухе, или в других вариантах применения. Однако используемые генераторы требуют точного выполнения с точки зрения выходного напряжения и настройки для сведения к минимуму шумов и причинения вреда окружающей среде. Примеры уже известных типов таких генераторов имеют значительные ограничения с точки зрения требований, которые упомянуты выше. Характерный пример генератора дан в заявке GB 2219671A. Этот генератор также производит электроэнергию при помощи возвратно-поступательного движения магнитов относительно неподвижных обмоток, с магнитами, составляющими единое целое, при движении, с поршнями двигателя внутреннего сгорания без коленчатого вала, но с точки зрения конфигурации деталей и их предназначения он существенно отличается от генератора, описанного ниже: магниты колеблются относительно неподвижной точки, лежащей в срединной плоскости поперечного сечения устройства, содержащего обмотки, и дополнительно в альтернативном варианте могут также применяться неподвижные обмотки для производства электроэнергии, которая может применяться вне генератора, или для потребления электроэнергии для выталкивания указанных выше магнитов, с тем, чтобы сделать возможным возвратное движение поршня в такте сжатия. Таким образом ясно, что размеры устройства в соответствии с подаваемой энергией значительно больше, чем размеры генератора, соответствующего настоящему изобретению, в котором, как будет видно ниже, электрическая энергия производится как при вхождении магнитов в обмотки, так и при их возвращении в противоположном направлении, и в котором пуск и регулирование работы устройства могут осуществляться просто изменением количества топлива на цикл работы. Общая регулировка устройства, соответствующего Британскому патенту, однако, как в части внутреннего сгорания, так и в электромагнитной части, очень сложна и дорога, поскольку давление и количество подаваемого воздуха, количество топлива и значения характеристик, находящиеся в определенном соотношении с током, проходящим по обмоткам (полное сопротивление, сопротивление, направление и т.д.), должны регулироваться при помощи электронных средств, цикл за циклом. Регулирование количества впускаемого воздуха, например, в случае внутреннего сгорания бензина должно осуществляться приблизительно путем измерений способом определения количества химических веществ, участвующих в химической реакции как для двух тактов, так и для четырех тактов, которые осуществляются независимо от вышеупомянутых значений электрических параметров в районе впускных отсечных клапанов для воздуха и бензина. Значения электрических параметров, о которых идет речь, должны регулироваться последовательно, цикл за циклом, в соответствии с результатами только что описанной первоначальной регулировки. Это предусматривает применение подходящего компьютерного оборудования, способного хранить и обрабатывать большой объем данных, которое делает устройство как дорогим, так и чувствительным к повреждениям. Значения электроэнергии и напряжения, вырабатываемые в ходе различных циклов, которые в значительной мере зависят от частоты колебания магнитов, не являются непосредственно или автоматически пропорциональными значению механической энергии, производимой двигателем при изменении такта сжатия. Это в целом предусматривает применение крупногабаритных аккумуляторных батарей, расположенных между частью внутреннего сгорания, которая их подзаряжает, и электродвигателями, которые питаются аккумуляторными батареями. Функциональная схема двигателя внутреннего сгорания, кроме отсутствия коленчатого вала, является обычной, и отсюда задача состоит в достижении хорошей общей эффективности путем доведения до максимума энергии на цикл для получения требуемых высоких температур и давлений. В то время как это приемлемо строго с точки зрения только энергии, это не так с точки зрения загрязнения окружающей среды, поскольку практически невозможно предотвратить образование токсичных составов, таких как закись азота и окись углерода при работе устройства на установленной смеси при высоких температурах внутри цилиндра. Другой подобный пример линейного генератора включает двигатель Джарретта, в котором, хотя управление "возвращением" поршня под давлением, создаваемым электрическим током, представляет собой меньшую проблему, существуют все вышеупомянутые недостатки, плюс тот факт, что для того, чтобы дополнительно не увеличивать потери, которые уже высоки, свежий воздух для цикла поступает в цилиндр при помощи акустического резонанса, которого можно достичь только в ограниченном диапазоне частот цикла, и который влечет за собой то, что этот тип двигателя запускается только электрическим способом, и после этого работает с зафиксированной очень высокой компрессией, составляющей соотношение 26:1, что означает, что двигатель может работать только на сырой нефти, и только на очень высоких зафиксированных скоростях, при этом ему необходимо охлаждение, существуют проблемы с частицами и т.д. Автор настоящего изобретения пришел к заключению, что для одновременного разрешения проблем вредных выбросов, сложности конструкции, необходимости применения промежуточных аккумуляторных батарей, возможности предварительной регулировки и низкой эффективности нужен генератор, в котором электромагнитная часть и часть внутреннего сгорания должны вместе образовывать функциональную единицу и составлять единое целое, при этом движение поршня с изменяемыми тактами будет приводить к тому, что количество механической энергии, производимой частью внутреннего сгорания, будет точно соответствовать количеству энергии, поглощаемой электромагнитной частью при производстве электрического тока для каждого такта, согласно законам термодинамики, сгорания газов и электромагнетизма. На основании этого замысла, с применением одной или более форкамер в дополнение к существующим цилиндрам было создано сверхпростое устройство, управляемое электронным средством, прежде всего, путем управления только количеством топлива, впускаемого за один цикл, и положением конца такта сжатия поршня или поршней. Все это было достигнуто, как будет описано более подробно далее, с очень низкими максимальными, средними и минимальными температурами применяемых термодинамических циклов (около половины от обычных значений для двигателей внутреннего сгорания), и отсюда фактически с нулевым загрязнением окружающей среды и с очень высокой общей эффективностью работы части внутреннего сгорания при всех рабочих скоростях. Основываясь на вышесказанном, автор изобрел объект данного описания, который фактически относится к автогенному генератору электроэнергии, в котором образование энергии достигается благодаря соединению электромагнитного средства, включающего неподвижные обмотки, с одним или более постоянных магнитов, движущихся вместе с возвратно-поступательным движением одного или более поршней двухтактного двигателя внутреннего сгорания, который может работать с изменяемым ходом сжатия, каждый поршень завершает один рабочий ход в результате сгорания топлива и расширения газов в цилиндре, и один ход сжатия в результате эффекта действия составляющей, возвращающей механическую энергию, отличающийся изложенным в отличительной части п. 1 прилагаемой формулы изобретения. Преимущества, упомянутые выше, будут очевидны из подробного описания генератора, приведенного ниже со ссылками на прилагаемые иллюстрации, в которых: фиг. 1 изображает продольный схематический разрез одного примера конструкции одноцилиндрового двухтактного генератора согласно изобретению; фиг. 2 изображает продольный схематический разрез другого варианта конструкции с двумя поршнями, обращенными друг к другу с одной общей камерой сгорания; фиг. 3 изображает схематический вид в плане генератора согласно изобретению, оснащенного четырьмя поршнями, объединенных парами, с двумя камерами сгорания; фиг. 4 изображает продольный разрез направляющей конструкции, показывающий размещение магнитов и неподвижных обмоток; фиг. 5 изображает диаграмму расхода сгорающего топлива, как функции весового соотношения воздуха/топлива в смеси; фиг. 6 изображает продольное сечение примера конструкции с одним цилиндром, оснащенной двумя вспомогательными цилиндрами для выпуска выхлопных газов; фиг. 7 изображает кривую общей эффективности двигателя внутреннего сгорания в качестве генератора согласно изобретению; фиг. 8 изображает кривую удельного расхода топлива; фиг. 9 изображает тип форкамеры в форме усеченного конуса в конфигурации, имеющей два впрыскивающих сопла. Фиг. 1 изображает генератор, в котором магниты 3 и неподвижные обмотки 2 расположены так, что их электромагнитное сцепление сокращается при увеличении рабочего хода поршня 4, но увеличивается при увеличении хода сжатия поршня 4. Возможны, однако, другие конструкции, в которых части соединены так, что происходит обратное, то есть когда электромагнитное сцепление между магнитами 3 и обмотками 2 увеличивается при увеличении рабочего хода и наоборот. Генератор состоит из цилиндра 5, в котором поршень 4 двигается (фиг. 1) с двумя одинаковыми устройствами магнитов 3, расположенных симметрично относительно оси цилиндра, единых с ней при помощи ответвления 4". Эти магниты 3 погружаются в течение циклов при ходе сжатия и рабочем ходе, осуществляемыми поршнем 4, это погружение изменяется под углом в зависимости от длины указанного хода внутри двух неподвижных обмоток 2, которые таким образом идентичны и симметричны. Поскольку ход сжатия увеличивается, как установлено, электромагнитное сцепление между магнитами 3 и связанными с ними обмотками 2 увеличивается, и наоборот, уменьшается по мере увеличения рабочего хода. Движение поршня 4 вызывается в одном направлении расширением сжатого газа в соответствии с эффектом сгорания топлива, и в другом направлении - действием средства, предназначенного для возвращения механической энергии, например, одной или более скрученных пружин или других средств, включая электромагнитные средства известного типа, в которых используется электрическая энергия для возвращения механической энергии поршню, например типов генератора, уже известного и на который были сделаны ссылки ранее, даже если последнее устройство более сложное и дорогое. Топливо, подающееся через впрыскивающее сопло 14, распыляется так, что оно насыщает по меньшей мере часть объема воздуха, содержащегося в форкамере 10, которая имеет по существу коническую конфигурацию с основанием 10", открытым в сторону цилиндра 5. Узел поршень/магнит удерживается двумя средствами 15, 16 с трением качения (скольжения), которые могут крепиться к корпусу указанного цилиндра 5 и которые допускают ход поршня, как описано выше, с минимальными механическими потерями. Глядя на ту же фиг. 1, на которой изображен генератор 1 с двухтактным двигателем в нерабочем положении, легко описать его действие: все, что требуется для запуска, это впрыск заранее установленного количества должным образом распыленного топлива в форкамеру 10 и, только для цикла запуска, в цилиндр 5, и образование искры между электродами 13, расположенными вблизи основы 10" конуса, образующего форкамеру 10. "Взрыв" смеси воздуха и топлива выдвигает узел поршень/магнит в направлении указанных пружин 7, сжимая их, и эти пружины затем разжимаются, возвращая такое же количество "поглощенной" кинетической энергии так, что поршень 4 завершает обратный ход сжатия. Протяженность этого хода сжатия зависит от кинетической энергии, приобретенной поршнем 4 в результате указанного первоначального "взрыва", от которого количества энергии, которая трансформируется в электроэнергию в обмотках 2 по ходу поршня, проходят в обоих направлениях, при этом уменьшаются различные потери,
Результирующая остаточная кинетическая энергия поршня 4 затем преобразуется в ход сжатия, имеющий определенную длину. В конце этого процесса сжатия плотность и отсюда масса воздуха, содержащегося внутри форкамеры 10, увеличится до величины, соответствующей полученной степени сжатия, и количество бензина, эквивалентное или немного большее, чем соответствующее количество, необходимое для получения нужной химической реакции, затем впрыскивается при помощи впрыскивающего сопла 14, и это топливо затем воспламеняется электродами 13. Если электромагнитное устройство имеет конструкцию согласно изобретению, то есть такую, что для этого хода сжатия и для соответствующей ему кривой скорости хода поршня, которая увеличивается с увеличением компрессии по понятным физическим причинам, механическая энергия, поглощаемая указанным электромагнитным устройством для производства электроэнергии при ходе поршня 4 вперед и назад, будет равной энергии, генерируемой в течение рабочего хода (сетка выходной мощности), поршень 4 завершит один рабочий ход плюс один возвратный ход сжатия, останавливаясь точно в той же точке, что и раньше, без изменений степени сжатия. Таким образом, при впрыске одинакового количества топлива при неограниченном количестве циклов обеспечивается устойчивая, стабильная работа генератора. Для увеличения количества электроэнергии, производимой за цикл, достаточно лишь увеличить на предопределенное значение количество топлива, впрыскиваемого в форкамеру 10. Увеличение производимой при сгорании топлива энергии по сравнению с последним циклом при работе в постоянном режиме разделяется на увеличение количества произведенной электроэнергии и увеличение степени сжатия, которая устанавливается на новом уровне, который, в свою очередь, зависит исключительно от нового положения, занимаемого поршнем 4 в конце хода сжатия, и количество топлива, соответствующее большей массе воздуха, содержащегося в форкамере 10, должно затем впрыскиваться для соответствия новым условиям, и режим работы будет оставаться стабильным в новых условиях, обеспечивая то, что будет получено подтверждение описанного выше процесса, другими словами, вновь при этом новом ходе сжатия и относительной кривой скорости цилиндра 4 энергия, поглощаемая электромагнитным устройством (то есть, количество электрической энергии, генерируемой за цикл, разделенное на электромагнитный КПД) в новых условиях, при новом количестве энергии, вырабатываемой при сгорании топлива, остается точно такой же. Очевидно, что это относится и к замедлению и уменьшению хода поршня, хотя в этом случае количество бензина на цикл должно быть уменьшено вместо увеличения. Изобретатель рекомендует увеличение насыщения воздуха в форкамере 10 в постоянном режиме работы примерно на 20% по сравнению с количеством, строго необходимым для химической реакции, то есть соотношение воздуха к бензину должно быль равным примерно 12,2. В этих условиях быстрое ускорение и замедление хода поршня 4 может достигаться увеличением и уменьшением количества топлива, как было описано, на величину до 14% по сравнению с предшествующим циклом, каждый раз поддерживая такое состояние смеси в форкамере 10, которое обеспечивает скорость сгорания, как можно более близкую к оптимальной (см. фиг. 5), с относительными преимуществами конфигурации цикла и его термодинамического КПД. Если в форкамере 10 при изменении скорости применяются обогащенные смеси, их влияние относительно вредных выбросов на генератор, соответствующий изобретению, будет существенно уменьшено: воспламенение фактически вызывает немедленное и быстрое расширение с относительным сдерживанием роста температуры смеси, которая отдельно от прочего смешивается с очень значительным объемом воздуха, содержащегося в цилиндре 5, который имеет относительно низкую температуру при любых рабочих условиях. В качестве ориентира, в экспериментальном прототипе с максимальной степенью сжатия = 8,5, для этой степени сжатия, находящейся на постоянном уровне, максимальная температура цикла примерно равна 765 o C (1029 К), и температура выхлопа примерно равна 164 o C (437 K), c () v = 10. Инженеры, работающие в данной области техники, не будут иметь трудностей с расчетом образования токсичных веществ в результате сгорания топлива (NO x , CO), фактически равных нулю в этих условиях. Описанные процедуры сгорания, которые стали возможными при использовании форкамеры 10, также допускают изменение выработки энергии за цикл с сохранением прежней степени сжатия при ходе поршня, или наоборот, без других регулировок и, как установлено, без отрицательных последствий, если только энергия генератора не подается на фиксированную нагрузку омического типа, в случае чего управление работой генератора ограничивается описанным выше, а на нагрузку, которая может изменяться в зависимости от специфических закономерностей, например, касающихся электродвигателей, или явления магнитного насыщения. В этом случае может следовать такая же процедура или изменяется количество топлива, подаваемого за цикл с изменением компрессии, но с сохранением прежнего хода поршня, или, наоборот, для приспособления к нарастающей нагрузке в случаях, когда, например, мгновенный опрокидывающий момент быстро отклоняется от движущего момента, и нагрузка вследствие этого изменяется, влияя на количество энергии, производимой генератором за один цикл. Инженеры в данной области техники могут по своему усмотрению определять рабочие кривые различных характеристик, геометрические размеры двигателя и деталей генератора и тип регулировки в соответствии с типом нагрузки, так же как и значение в процентном соотношении увеличения или уменьшения количества топлива на цикл, которое должно обеспечиваться в различных рабочих ситуациях, с преимуществом, заключающимся в том, что в генераторе, согласно изобретению, в рамках области его применения, при увеличении хода сжатия эффективное напряжение на концах обмотки увеличивается по одинаковым кривым, но на более высоком уровне, чем до этого. Это также относится к количеству энергии за цикл в простейшем случае, в котором нагрузка является чисто омической нагрузкой. Очевидно, что вышеупомянутый однофазный ток, производимый генератором, может выпрямляться диодами или модулироваться другими способами с применением преобразователя в зависимости от требований пользователя, таким образом допуская непосредственную подачу электроэнергии на электродвигатели транспортных средств без необходимости применения промежуточных аккумуляторных батарей. Все, что нужно для регулировки двигателя внутреннего сгорания генератора 1, согласно изобретению, - это зафиксировать положение конца хода сжатия поршня 4 и ввести эти данные в центральный электронный блок (не показан), который регулирует количество топлива, подаваемого за цикл впрыскивающим соплом 14 в точной зависимости от положения, достигнутого поршнем 4 в ходе предшествующего цикла, и/или нагрузки, увеличивая или уменьшая его как требуется, если это необходимо, путем подачи команд на увеличение или уменьшение количества топлива, например, путем изменения углового или линейного положения педали акселератора или другого средства, выполняющего подобную роль. Будет отмечено, что для двигателя мощностью около 35 л.с., сконструированного в соответствии с указанными параметрами и с изменением количества топлива за цикл, эквивалентным указанным ранее 14%, переход от минимальной выходной мощности к максимальной происходит менее чем за 2 сек. Однако, если подача топлива прерывается полностью, поршни останавливаются после очень короткого остаточного хода "по инерции" в положении, в котором компрессионное сопротивление газа, находящегося в цилиндре 5, эквивалентно и противостоит действующей силе притяжения между движущимися магнитами 3 и другими намагниченными частями, или даже просто ферромагнитами, соединенными с неподвижными обмотками 2. Последние упомянутые части не показаны на чертежах, поскольку они могут значительно изменяться в конфигурации и устройстве в зависимости от желания дизайнера, который, будучи специалистом в данной области техники, не будет иметь трудностей в определении размеров и расположения этих частей. Стоит повторить, что, очевидно, для обеспечения правильной работы генератора соотношение между количествами механической энергии, поглощаемой генератором (эквивалентными количествам произведенной электроэнергии, разделенным на соответствующие электромагнитные КПД), при работе с двумя различными ходами сжатия в двигателе внутреннего сгорания, будут по существу равными соотношению между двумя соответствующими степенями сжатия, умноженными на соотношение между двумя выходными мощностями самого двигателя относительно этих степеней сжатия. Для примера в цифрах:
Допустим, что для двух различных ходов поршня (и отсюда - соединенных с ними магнитов), две полученные степени сжатия эквивалентны 8,5 (:1) и 3,6 (: 1) и что значения общего КПД двигателя внутреннего сгорания составляют 0,46 и 0,30 относительно этих степеней сжатия. Для выполнения представленных задач магниты и обмотки должны иметь размеры, также соответствующие типу нагрузки, их электрические значения могут контролироваться так, что соотношение между количествами энергии, потребляемыми электромагнитной частью генератора за два разных относительных цикла, то есть в течение одного хода сжатия и одного рабочего хода поршня соответствует указанным степеням сжатия, эквивалентным 8,5/3,6 0,46/0,30 = 3,6. Другими словами, механическая энергия, потребляемая магнитами за один цикл движения, соответствующего степени сжатия 8,5, должна быть в 3,6 раза больше, чем механическая энергия, потребляемая за цикл, соответствующий степени сжатия 3,6. Это означает, что два разных количества топлива, которые могут смешиваться приблизительно в объемах, необходимых для химической реакции, с двумя разными значениями масс воздуха, содержащегося в форкамере в соответствии с указанными степенями сжатия, будут давать необходимое количество энергии, сетку выходной мощности для движения магнитов при производстве электроэнергии. Если нагрузка между обмотками является чисто омической нагрузкой, этого можно легко добиться простой подгонкой физических размеров и конфигурации магнитов и обмоток, как описано ниже, и таким образом это происходит автоматически при каждом ходе сжатия. Иным способом, количество топлива за цикл и/или электрические значения, относящиеся к нагрузке, могут изменяться, как описывалось ранее. Внутренний КПД реально действующей части генератора определяет количество электроэнергии, реально вырабатываемой с разными ходами сжатия двигателя внутреннего сгорания. Вышеупомянутое может быть достигнуто физически, например, путем увеличения количества витков обмоток 2 как линейно, так и следуя другим пригодным кривым в направлении погружения в них магнитов 3 (см. стрелку на фиг. 4), формируя конфигурацию магнитов 3 в соответствии с/или изменениями электрических значений относительно нагрузки. Однако возможны другие конфигурации, создаваемые специалистами в данной области техники, включая применение нескольких магнитов в форме параллелепипеда и неподвижных обмоток (фиг. 4), имеющих такие устройство и размеры, что электроэнергия, генерируемая за один цикл при их относительном движении для разных ходов поршня (которые равны интегралу Vidt за время цикла), следует кривой, конфигурация которой может выпрямляться путем приведения ее в соответствие кривой энергии, вырабатываемой за один цикл двигателя внутреннего сгорания (сетке выходной мощности) путем изменения, например, толщины магнитов, их ширины и/или отверстия для воздуха (Т на фиг. 4) в направлении движения. Нет необходимости выполнять эти изменения: конструктор может также решить применять магниты, имеющие параллелепипедную конфигурацию, изменяя часть объема воздуха, смешиваемого в форкамере, и/или количество топлива, применяемого для его насыщения так, что количество энергии, генерируемой двигателем при любой скорости, оказывается таким же, как и используемое генератором для производства электроэнергии. Это осуществляется особенно легко, если нагрузка является чисто омической нагрузкой с постоянным значением (фиг. 4). Тип сгорания, получаемого с применением форкамеры 10, работающей, как описано, или, предпочтительно, двух форкамер, расположенных диаметрально противоположно и обращенных друг к другу 110 (см. фиг. 9), более подобен обеспечиваемому горелкой, чем обычным внутренним сгоранием в двигателе внутреннего сгорания, и, как указано, представляет очень низкую температуру внутри цилиндра, что вместе с обилием кислорода, необходимого для завершения сгорания, в значительной степени гарантирует отсутствие токсичных продуктов, таких как CO, HC и NO x . Форкамеры, показанные на фиг. 1, 2 и 6, имеют коническую конфигурацию и только одно впрыскивающее сопло 14, расположенное в вершине конуса, но иногда может быть полезным применение форкамер, которые, например, имеют конфигурацию субцилиндрического или усеченного конуса с впрыскивающим соплом 111, установленным в предопределенном положении перпендикулярно оси форкамеры (фиг. 9). Если цилиндр 9 соединяется при помощи соответствующих каналов 112 с закрытым основанием 113, находящимся с обратной стороны, не обращенной к указанному цилиндру 9, существует возможность насыщать до необходимой степени лишь часть общего объема воздуха, содержащегося в форкамере. Второе впрыскивающее сопло 14, установленное в указанное закрытое основание 113, может применяться только для первоначального пускового цикла. В этой последней конфигурации устройства и с обращенными друг к другу форкамерами существует возможность полностью устранить остатки HC благодаря очень сильным завихрениям, образующимся в результате столкновения двух объемов смеси при ее расширении и сгорании. Применение одного или более впрыскивающих сопел также возможно. Описанный процесс относится к случаям, когда двигатель внутреннего сгорания питается топливами с низкой температурой воспламенения, такими как бензин, спирты или газообразные топлива, но дизельное или ему подобные топлива также могут применяться; для этого применяются два впрыскивающих сопла в одной форкамере (как на фиг, 9), причем первое сопло применяется для впрыскивания бензина, например, через определенные промежутки времени, только в переходный период запуска двигателя, пока не достигнута адекватная степень сжатия для самовоспламенения дизельного топлива, которое зачем впрыскивается вторым соплом. Такое решение может рекомендоваться в случае со стационарными высокопроизводительными генераторами, в которых максимальная выходная мощность может преобладать по важности над проблемой выброса частиц (которая реально может быть уменьшена за счет частичной рециркуляции выхлопных газов, как описано ниже). С таким способом работы вновь могут поддерживаться очень низкие температуры по сравнению с подобными двигателями обычного типа. Уже было отмечено, как соединение поршень/магнит может поддерживаться с возможностью движения, например, двумя или более втулками 15 с трением качения, которые скользят вдоль направляющих стержней 16 (фиг. 1), или другими подобными средствами для сведения к минимуму трения и в этом случае нет необходимости обеспечения смазкой любой из движущихся частей ввиду низких рабочих температур. Система охлаждения также не требуется и фактически, целесообразно изолировать двигатель внутреннего сгорания, чтобы его работа была адиабатической. Двигатель внутреннего сгорания является двигателем двухтактного типа, поскольку, как мы видели, для каждого цикла требуется впуск воздуха и выпуск из цилиндра или цилиндров. Одно решение, предлагаемое автором, предполагает достижение этого при помощи движения вспомогательного выпускного поршня 19, показанного на фиг. 6, который при движении составляет единое целое с поршнем 4 двигателя и который во время хода сжатия поршня втягивает воздух внутрь цилиндра 20, который удерживает воздух при помощи одностороннего клапана 21, в то время как при рабочем хода упомянутого поршня 4 он сжимает этот воздух до того момента, когда второй односторонний клапан 22 впускает воздух в форкамеру 10 и соответствующий цилиндр 5 вследствие падения давления внутри цилиндра 5 двигателя. С таким устройством без проблем может достигаться значение эффективности выпуска, приближающееся к 0,90, и, что более важно, оно остается постоянным при любом ходе сжатия, и отсюда - при любом количестве топлива за цикл. Аналогичный результат может быть достигнут с вспомогательным поршнем 19", показанным на фиг. 9, который составляет единое целое с поршнем 6 и использует часть указанного цилиндра 9 двигателя в качестве вспомогательного цилиндра 20", в соответствии с хорошо известным в данной области техники способом работы двухтактных двигателей с внутренним выпуском выхлопных газов. Это решение, показанное на фиг. 3, в случае с противоположным расположением поршней, описано ниже. Поскольку эффективный рабочий ход поршней 4, 6 двигателя эквивалентен только соответствующей длине цилиндров 5, 9, тогда как ход сжатия вспомогательных поршней 19, 19" равен сумме этой длины и хода сжатия пружин, на этапе разработки устройства диаметр вспомогательного поршня 19, 19" может быть выбран большим, равным или меньшим, чем диаметр поршня двигателя, в зависимости от того, полный или только частичный выпуск газообразных продуктов сгорания необходим для данного диапазона скоростей. Например, в прототипе, упомянутом ранее, имеющем вспомогательный поршень 19 (фиг. 6), который имеет одинаковый диаметр с поршнем 4 двигателя, полный выпуск выхлопных газов происходит тогда, когда ход сжатия соответствует степени сжатия, эквивалентной 3,5:1, и частичный выпуск с уменьшенным количеством воздуха, впущенного при меньшем ходе поршня, происходила при минимально допустимой степени сжатия, эквивалентной 1,6:1, когда выпуск достигает лишь 50% объема цилиндра. Частичная рециркуляция выхлопных газов при более низких степенях сжатия служит, как было обнаружено, для увеличения протяженности такта, поскольку ход поршня уменьшен, для сохранения температур, и отсюда - длительности сгорания, достаточно высокими для того, чтобы избежать образования HC в выхлопных газах в переходном состоянии с низким давлением при запуске генератора 1. Для оптимальной работы устройства будет полезно применять датчики измерения температуры цилиндра и давления, причем первый должен применяться для небольшого изменения количества впускаемого топлива при холодном двигателе (при запуске), а второй - вновь в зависимости от положения поршня в конце хода сжатия - для изменения преобладания топливного насоса с целью получения эффективного впрыска, выверенного для всех рабочих режимов. Эти компоненты не показаны на чертежах, поскольку они известны и легко могут быть выполнены специалистом в данной области техники. Несмотря на все вышеупомянутое, для дополнительного упрощения конструкции автогенного генератора, соответствующего изобретению, и для устранения ограничивающих обратных действий и/или одновременно вибраций, целесообразно применять одну или более пар поршней 6, 6" обращенных друг к другу, предпочтительно, с единой общей камерой сгорания 9 (фиг. 2). В этом случае можно иметь только одну форкамеру 10 (или две форкамеры 111, обращенные друг к другу, как показано на фиг. 9), расположенную в центре с продольной осью h, перпендикулярной оси k поршней 6, 6". Для обеспечения должной синхронизации между несколькими парами поршней во время работы, при необходимости, автор предлагает выполнить поршни 6, 6" как единое целое при помощи соединительных средств 8, 8" (фиг. 3), эти поршни в данный момент цикла работают в одном направлении (практически - одна половина поршней). Если в конструкцию включены компоненты для возвращения механической энергии, то есть пружины 7, в описанном случае, так, что их положение может регулироваться в направлении оси К движения поршней, спаренных с ними, то за цикл могут производиться разные количества электроэнергии без изменения требуемой частоты или частота может меняться при неизменном цикле, соответствующем оптимальной эффективности, путем изменения длины хода поршней и отсюда - изменения времени, необходимого для завершения хода. Осуществление непрерывного отслеживания скорости и синхронизации поршней также означает, что ход поршня может изменяться микрометрически так, что он может поддерживаться постоянным и должным образом синхронизированным. Очевидно, что для достижения этого последнего результата достаточно того, чтобы положение пружин, соединенных только с одной половиной поршней, могло регулироваться, то есть тех поршней, которые соединены как единое целое при помощи соединительных средств 8, показанных на фиг. 3. Средством, пригодным для указанной регулировки, может быть, например, шаговый двигатель или электродвигатель постоянного тока 17, подсоединенный при помощи системы винтов и внутренней принимающей резьбы, действующих в качестве линейного повторителя для компонента 18, соединенного как единое целое с соответствующей пружиной 7. Автор также предусмотрел дополнительные средства для предотвращения вибрации, возникающей вследствие кратковременной потери синхронизации между двумя обращенными друг к другу поршнями. Фактически при соединении механических частей генератора, которые действуют в качестве основания и местоположения пружин 7 (на фиг. 2 эти части состоят из корпуса 11, образующего корпус цилиндров 5 и 5"), с землей или с компонентом, являющимся опорой генератора, при помощи соединения 12, обладающего предопределенной ограниченной эластичностью в направлении движения поршней 6, 6", эластичного прогиба соединения 12 при должной синхронизации поршней не происходит, поскольку силы, воздействующие в противоположных направлениях на две пружины 7, соединенные с двумя обращенными друг к другу поршнями, всегда равны друг другу. Однако, если один из двух портной движется раньше другого, это вызовет в первую очередь воздействие силы на соответствующую пружину и затем на эластичные соединения 12, которые будут извлекать часть кинетической энергии, которую должна поглощать пружина, и затем возвращать соответствующий поршень в результате эффектов упругого гистерезиса под воздействием сжатия пружин. Это влечет за собой замедление возвратного хода поршня и его постепенную синхронизацию с другим (задержавшимся) обращенным к нему поршнем. Очевидно, эта корректировка синхронизации влечет потери, хотя и слабые, общего энергетического баланса, и таким образом целесообразно применять электронный способ, как было указано выше, изменения возвратного положения пружины для обеспечения точной первоначальной синхронизации. В заключение этого описания приглашаем читателя взглянуть на диаграммы (фиг. 7) общего КПД двигателя внутреннего сгорания генератора, соответствующего изобретению, и его удельного потребления энергии (фиг. 8). Нет оснований для специальных детальных комментариев к этим диаграммам, поскольку специалисту в данной области техники они будут легко понятны. Общий КПД фактически имеет значение, превышающее примерно вдвое КПД обычного двигателя при любой скорости. Все составные части, их предназначение и расположение, а также способы регулировки могут изменяться и усовершенствоваться в соответствии с опытом специалиста в данной области техники. Например, вместо того, чтобы удерживаться вилкой 4", магниты 2, показанные на фиг. 1 и 2, могут крепиться на цилиндрическом основании, имеющем единую ось с поршнем и составляющем единое целое с ним, с составными частями, скомпонованными так, как уже описано относительно двигателя Джарретта. Этот вариант на чертежах не показан. Описанные проиллюстрированные конструкции таким образом являются предпочтительными вариантами воплощения изобретения, которые не имеют ограничительного или обязательного характера.

Формула изобретения

1. Линейный электрический генератор (1), в котором генерирование электроэнергии достигается при помощи электромагнитного устройства, содержащего неподвижные обмотки (2) и один или более постоянных магнитов (3), которые перемещаются вместе с возвратно-поступательным движением одного или более поршней (4) двухтактного двигателя внутреннего сгорания, приспособленного к работе также с изменяемыми ходами сжатия, каждый поршень (4) завершает один рабочий ход вследствие сгорания и расширения смеси в цилиндре (5) и один ход сжатия вследствие действия средства (7) для возвращения механической энергии, благодаря чему цилиндры (5) двигателя внутреннего сгорания, спаренные с поршнями (4), имеют, по меньшей мере, одну форкамеру (10) с основой (10"), которая открыта в направлении цилиндров и в которой при любых режимах работы двигателя, по меньшей мере, часть объема воздуха, содержащегося в форкамере, смешивается с, по меньшей мере, количеством топлива, необходимым для химической реакции, отличающийся тем, что сгорание смеси в форкамере (10) производит всю необходимую выходную энергию и вызывает ее распространение в воздухе, содержащемся в цилиндрах, в который не было впрыснуто топливо, и в котором сгорание заканчивается, указанное электромагнитное устройство имеет такую конструкцию, что для заданного соотношения воздух/топливо и с указанной частью объема воздуха, остающейся неизменной, соотношение между двумя количествами суммарной энергии, которая реально используется для производства электроэнергии, когда генератор работает в разных постоянных режимах, соответствующих любым двум разным законченным ходам расширения и сжатия указанных поршней (4), по существу равно соотношению между двумя степенями сжатия, полученными в форкамерах (10) и соответствующих цилиндрах (5) в результате действия вышеупомянутых двух разных ходов указанных поршней (4), умноженному на отношение двух значений общих КПД двигателя внутреннего сгорания, соответствующих указанным степеням сжатия. 2. Линейный генератор электроэнергии по п.1, отличающийся тем, что часть объема воздуха в форкамере (10), которая должна смешиваться с топливом, устанавливается каналами (112), ведущими от цилиндров (5) к закрытому основанию (113) форкамеры. 3. Линейный генератор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что магниты (3) и неподвижные обмотки (2) расположены так, что происходит уменьшение их электромагнитного сцепления при нарастании рабочего хода поршней (4), но увеличивается при нарастании хода сжатия указанных поршней (4). 4. Линейный генератор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что омическая нагрузка с постоянным значением прилагается между концами обмоток (2) и надлежащие количества механической энергии, используемой для производства электроэнергии относительно двух разных завершенных ходов расширения и сжатия указанных поршней (5), автоматически получаются благодаря пригодной конфигурации, компоновке и размерам указанных магнитов (3) и неподвижных обмоток (2). 5. Линейный генератор по п.4, отличающийся тем, что указанные магниты (3) по существу имеют форму параллелепипеда, они и неподвижные обмотки (2) имеют такую компоновку и размеры, что механическая энергия, используемая для производства электроэнергии при их относительном перемещении за один цикл, следует кривой, соответствующей изменению хода сжатия указанного поршня или поршней (4), которую можно считать по существу совпадающей с кривой энергии, производимой за один цикл двигателя внутреннего сгорания в соответствии с этим таким же ходом сжатия за счет изменения толщины магнитов (3), их ширины и/или воздушного промежутка (Т) в направлении движения. 6. Линейный генератор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна форкамера (10) имеет по существу коническую конфигурацию с впрыскивающим соплом (14), расположенным в вершине конуса. 7. Линейный генератор по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна форкамера (10) имеет по существу конфигурацию усеченного конуса и ее закрытое основание (113), обращенное в противоположную от цилиндра (9) сторону, соединено с указанным цилиндром (9) при помощи одного или более каналов (112), впрыскивающее сопло (114) расположено на оси указанного закрытого основания и второе впрыскивающее сопло (111) расположено перпендикулярно к оси форкамеры в предопределенном положении. 8. Линейный генератор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что для устранения вибраций и ограничивающих обратных действий имеется одна или более пар поршней (6, 6"), обращенных друг к другу. 9. Линейный генератор по п.8, отличающийся тем, что количество поршней (6, 6") целиком кратно двум и они соединены воедино попарно друг с другом при помощи соединительных средств 8, 8" (фиг.3), причем эти поршни (6, 6") работают в одном направлении в каждый момент цикла. 10. Линейный генератор по п.8 или 9, отличающийся тем, что два цилиндра, находящиеся друг против друга (6, 6"), имеют общую камеру сгорания (9), в которую ведет, по меньшей мере, одна форкамера (10), с продольной осью (h), перпендикулярной продольной оси (К) двух цилиндров (6, 6"). 11. Линейный генератор по п.10, отличающийся тем, что применяются две форкамеры (110) для каждой пары обращенных друг к другу цилиндров (6, 6"), расположенных диаметрально противоположно и обращенных друг к другу. 12. Линейный генератор по одному из пп.8 - 11, отличающийся тем, что положение, по меньшей мере, части указанных компонентов (7), предназначенных для возвращения механической энергии, может регулироваться в направлении оси движения поршней, спаренных с этими компонентами. 13. Линейный генератор по п.12, отличающийся тем, что может регулироваться только положение компонентов для возвращения энергии, спаренных с половиной поршней (6, 6" фиг.2), которые движутся в заданном направлении в заданный момент цикла. 14. Линейный генератор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что часть (11), которая выполняет роль основания и местоположения вышеупомянутых возвратных механизмов (7), соединена с землей или с поддерживающим генератор (1) элементом при помощи соединений (12), имеющих предопределенную эластичность в направлении движения поршней (6, 6" фиг.2). 15. Линейный генератор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что воздух для удаления выхлопных газов и заполнения цилиндров (5) подается форкамерой(ами) (10) при помощи одного или более вспомогательных выхлопных поршней (19), представляющих собой единое целое с поршнями (4) двигателя внутреннего сгорания, эти вспомогательные поршни (19) всасывают воздух в фазе сжатия поршней (4) при помощи первичных односторонних клапанов (21), закрепленных во взаимодействующих вспомогательных цилиндрах, и нагнетают его в указанные форкамеры (10) при помощи вторичных односторонних клапанов (22), расположенных вблизи указанных форкамер (10) в ходе фазы расширения этих поршней (4). 16. Линейный генератор по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в любом рабочем режиме, по меньшей мере, часть воздуха, содержащегося в форкамере/камерах (10) двигателя внутреннего сгорания, смешивается с количеством топлива, эквивалентным 120% количества топлива, необходимого для химической реакции. Приоритет по пунктам:
09.06.94 по пп.1, 3, 6, 8, 9, 10, 12 - 14;
04.11.94 по пп.4, 5, 11, 15, 16;
07.02.95 по пп.2 и 7.

Изобретение относится к электротехнике, линейным генераторам, обеспечивающим выработку электрической энергии. Технический результат состоит в повышении стабильности и эффективности выработки электроэнергии при упрощении конструкции и уменьшении объема и веса. Линейный генератор имеет конструкцию гидродинамического цилиндра для возвратно-поступательного движения поршня (6) в цилиндре (1) в осевом направлении посредством поочередного приложения давления текучей среды к поршню (6) в левой гидродинамической камере (4) в контакте с левой концевой стенкой (2) цилиндра (1), и давления текучей среды в правой гидродинамической камере (5) в контакте с правой концевой стенкой цилиндра (1). Постоянный магнит (9) сформирован между левой нажимной поверхностью (7) в контакте с левой гидродинамической камерой (4) поршня (6), и правой нажимной поверхностью (8) в контакте с правой гидродинамической камерой (5) поршня (6). Электроиндукционная катушка (11) установлена над левой и правой гидродинамическими камерами (4, 5), сформирована на цилиндрической стенке между левой и правой концевыми стенками (2,3) цилиндра (1) так, что выработка электроэнергии в электроиндукционной катушке обеспечивается посредством возвратно-поступательного движения в аксиальном направлении поршня (6), имеющего постоянный магнит. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

Рисунки к патенту РФ 2453970

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к линейному генератору, который обеспечивает выработку электроэнергии между поршнем и цилиндром, составляющими гидродинамический цилиндр.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Патентный Документ 1 раскрывает систему выработки электроэнергии, в которой свободно-поршневой двигатель (гидродинамический цилиндр) и линейный генератор объединены друг с другом для выработки электроэнергии.

Аналогично цилиндровой конструкции автомобильного двигателя свободно-поршневой двигатель (гидродинамический цилиндр), составляющий систему выработки электроэнергии, представляет собой цилиндр неразделенной камеры сгорания, содержащий камеру сгорания (гидродинамическая камера), предоставленную только на одном конце цилиндра. Процесс всасывания, процесс сжатия и процесс выхлопа свободно-поршневого двигателя осуществляются посредством перемещения поршня только в одном направлении вследствие давления текущей среды, создаваемой горением и взрывом топлива в неразделенной камере сгорания, а перемещение поршня в другом направлении - действием линейного генератора в качестве электродвигателя. Отвод электроэнергии в линейном генераторе происходит при сгорании и взрыве в свободно-поршневом двигателе.

ЗАДАЧИ, РЕШАЕМЫЕ ПОСРЕДСТВОМ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Линейная система выработки электроэнергии в соответствии с Патентным Документом 1 имеет конструкцию, в которой горение и взрыв в свободно-поршневом двигателе (гидродинамический цилиндр), содержащем цилиндр в неразделенной камере сгорания, и функции линейного генератора и электродвигателя объединяются, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня свободно-поршневого двигателя в осевом направлении, и катушка линейного генератора служит компонентой электродвигателя и генератора. В случае линейной системы выработки электроэнергии и при наличии контроллера для управления линейной системой выработки электроэнергии возникает проблема в том, что конструкция усложняется и стоимость оказывается высокой.

Кроме того, поскольку поршень перемещается в одном направлении вследствие горения и взрыва, а в другом направлении перемещается электродвигателем, то возникает проблема в том, что выработка электроэнергии будет недостаточной.

Кроме того, поскольку свободно-поршневой двигатель и линейный генератор соединяются последовательно, объем и длина увеличиваются и, таким образом, оказывается необходимым слишком большое рабочее пространство.

СРЕДСТВО РАЗРЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ

Для разрешения вышеупомянутых проблем настоящее изобретение предоставляет линейный генератор, который обеспечивает выработку электроэнергии между поршнем и цилиндром, составляющими гидродинамический цилиндр.

В целом линейный генератор в соответствии с настоящим изобретением имеет конструкцию гидродинамического цилиндра, в котором давление текучей среды в левой гидродинамической камере в контакте с левой концевой стенкой цилиндра и давление текучей среды в правой гидродинамической камере в контакте с правой концевой стенкой цилиндра поочередно прикладываются к поршню в цилиндре, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня в осевом направлении. Линейный генератор содержит пояс постоянного магнита и пояс электроиндукционной катушки. Пояс постоянного магнита предоставлен между левой нажимной поверхностью в контакте с левой гидродинамической камерой поршня и правой нажимной поверхностью в контакте с правой гидродинамической камерой. Пояс электроиндукционной катушки, предоставленный над левой и правой гидродинамическими камерами, сформирован на цилиндрической стенке между левой и правой концевыми стенками цилиндра. Поршень, имеющий пояс постоянного магнита, совершает возвратно-поступательное движение в осевом направлении, посредством чего происходит выработка электроэнергии в поясе электроиндукционной катушки.

Левая и правая гидродинамические камеры составляют камеры сгорания, и поршень перемещается в осевом направлении под давлением текучей среды, произведенным горением и взрывом топлива в камере сгорания.

Альтернативно, текучая среда высокого давления подается поочередно в левую и правую гидродинамические камеры извне, и поршень перемещается в осевом направлении под давлением текучей среды высокого давления.

Поршень может быть составлен из цилиндрического постоянного магнита, и обе концевые открытые поверхности трубчатого отверстия цилиндрического поршня могут быть закрыты нажимными концевыми пластинами так, чтобы давление текучей среды могло быть принято нажимной концевой пластиной.

Цилиндрический поршень составлен из отдельного трубчатого тела, содержащего постоянный магнит, или составлен укладыванием множества колец или коротких трубчатых тел, каждое из которых содержит постоянный магнит.

ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение в качестве основной конструкции использует конструкцию гидродинамического цилиндра, в которой давления текучих сред в левой и правой гидродинамических камерах в обоих концах цилиндра прикладываются поочередно, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня и, в то же самое время, настоящее изобретение может реализовать выработку электроэнергии между поршнем и цилиндром, составляющими гидродинамический цилиндр, упрощение конструкции генератора, и снижение объема и веса, благодаря чему может быть надежно получена эффективная выработка электроэнергии.

Кроме того, поршень имеет цилиндрическую форму, и давление текучей среды принимается нажимной концевой пластиной, чтобы переместить поршень, благодаря чему может быть уменьшен вес поршня, и могут быть реализованы плавное возвратно-поступательное движение и эффективная выработка электроэнергии.

Кроме того, постоянный магнит поршня может быть эффективно защищен от динамического воздействия и высокой температуры посредством нажимной концевой пластины.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает вид сечения, показывающий пример, в котором поршень (трубчатое тело постоянного магнита) линейного генератора в соответствии с настоящим изобретением состоит из отдельного трубчатого тела, содержащего постоянный магнит;

Фиг.2 - вид в сечении, показывающий пример, в котором поршень (трубчатое тело постоянного магнита) линейного генератора состоит из набора коротких трубчатых тел, содержащих постоянный магнит;

Фиг.3 - вид в сечении, показывающий пример, в котором поршень (трубчатое тело постоянного магнита) линейного генератора состоит из набора колец, содержащих постоянный магнит;

Фиг.4 - вид в сечении, показывающий пример, в котором поршень (трубчатое тело постоянного магнита) линейного генератора состоит из коротких колончатых тел, содержащих постоянный магнит;

Фиг.5 - вид в сечении, показывающий пример, в котором неподвижное трубчатое тело постоянного магнита и неподвижный цилиндрический хомут предоставлены в линейном генераторе вышеупомянутых примеров;

Фиг.6A - вид в сечении, показывающий первую операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря горению и взрыву топлива;

Фиг.6B - вид в сечении, показывающий вторую операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря горению и взрыву топлива;

Фиг.6С - вид в сечении, показывающий третью операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря горению и взрыву топлива;

Фиг.6D - вид в сечении, показывающий четвертую операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря горению и взрыву топлива;

Фиг.7A - вид в сечении, показывающий первую операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря текучей среде высокого давления, подаваемой извне; и

Фиг.7В - вид в сечении, показывающий вторую операцию линейного генератора, которая позволяет поршню начать двигаться благодаря текучей среде высокого давления, подаваемой извне.

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже в связи с Фиг.1-7 подробно рассматриваются предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения.

Линейный генератор в соответствии с настоящим изобретением имеет конструкцию гидродинамического цилиндра. В этой конструкции давление текучей среды в левой гидродинамической камере 4 в контакте с левой концевой стенкой 2 цилиндра 1 и давление текучей среды в правой гидродинамической камере 5 в контакте с правой концевой стенкой 3 цилиндра 1 поочередно прикладываются к поршню (свободный поршень) 6 в цилиндре 1, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня 6 в осевом направлении.

Цилиндр 1 состоит из полного цилиндрического и закрытого с обоих концов трубчатого тела, где левый и правый концы трубчатого тела закрыты концевыми стенками 2 и 3, соответственно. Цилиндр 1 содержит в себе поршень (свободный поршень) 6, перемещаемый в осевом направлении. Левая гидродинамическая камера 4 задана левой концевой цилиндрической стенкой цилиндра 1, поршнем 6 и левой концевой стенкой 2. Правая гидродинамическая камера 5 задана правой концевой цилиндрической стенкой цилиндра 1, поршнем 6 и правой концевой стенкой 3.

Линейный генератор в соответствии с настоящим изобретением использует конструкцию гидродинамического цилиндра и, вместе с тем, пояс 9 постоянного магнита предоставляется между левой нажимной поверхностью 7 поршня 6 в контакте с левой гидродинамической камерой 4, и правой нажимной поверхностью 8 в контакте с правой гидродинамической камерой 5, и пояс 11 электроиндукционной катушки, предоставленный над левой и правой гидродинамическими камерами 4 и 5, сформирован на цилиндрической стенке между левой и правой концевыми стенками 2 и 3 цилиндра 1. Поршень 6, имеющий пояс 9 постоянного магнита, совершает возвратно-поступательное движение в осевом направлении, благодаря чему индуцируется выработка электроэнергии в поясе 11 электроиндукционной катушки.

Левая и правая гидродинамические камеры 4 и 5 составляют камеру сгорания, и поршень 6 перемещается в осевом направлении давлением текучей среды, произведенным горением и взрывом топлива в камере сгорания.

Альтернативно, текучие среды 20 и 20" высокого давления поочередно подаются в левую и правую гидродинамические камеры 4 и 5 извне, и поршень 6 перемещается в осевом направлении посредством давления текучих сред 20 и 20" высокого давления.

Как показано на Фиг.1, 2 и 3, поршень 6 состоит из трубчатого тела 6" постоянного магнита. Обе концевые открытые поверхности трубчатого отверстия 13 трубчатого тела 6" постоянного магнита закрыты нажимными концевыми пластинами 14, и давление текучей среды принимается нажимными концевыми пластинами 14.

Как частный пример, в поршневой конструкции на Фиг.1 цилиндрический поршень 6 состоит из трубчатого тела 6" постоянного магнита, содержащего отдельное трубчатое тело 6a, трубчатое тело 6" постоянного магнита внешним образом вставлено в цилиндрический хомут 10, и обе концевые открытые поверхности закрыты нажимными концевыми пластинами 14.

В поршневой конструкции на Фиг.2 цилиндрический поршень 6 состоит из трубчатого тела 6" постоянного магнита, имеющего конструкцию, в которой множество коротких трубчатых тел 6c, каждое из которых содержит постоянный магнит, целиком и коаксиально пакетированы. Трубчатое тело 6" постоянного магнита смонтировано снаружи на цилиндрическом хомуте 10, и оба концевых отверстия закрыты нажимными концевыми пластинами 14.

В поршневой конструкции на Фиг.3 цилиндрический поршень 6 состоит из трубчатого тела 6" постоянного магнита, имеющего конструкцию, в которой множество колец 6b, каждое из которых содержит постоянный магнит, целиком и коаксиально пакетированы. Трубчатое тело 6" постоянного магнита смонтировано снаружи на цилиндрическом хомуте 10, и обе концевые открытые поверхности закрыты нажимными концевыми пластинами 14.

В поршневой конструкции на Фиг.4 поршень 6 состоит из колончатого тела 6" постоянного магнита, имеющего конструкцию, в которой множество коротких колончатых тел 6d, каждое имеет жесткую конструкцию и содержит постоянный магнит, целиком и коаксиально пакетированы, и нажимные концевые пластины 14 предоставлены на обеих концевых поверхностях, соответственно.

Когда кольца 6b, или короткие трубчатые тела 6c, пакетированы в поршне 6, длина поршня 6 (пояс 9 постоянного магнита) может быть увеличена или уменьшена посредством увеличения или уменьшения числа пакетированных колец 6b или коротких трубчатых тел 6c.

Предпочтительно, чтобы нажимная концевая пластина 14, рассмотренная в связи с Фиг.1-4, состояла из огнеупорной пластины, типа керамической пластины, волокнистой пластины, каменной пластины, бетонной пластины, углеродистой пластины и металлической пластины.

Трубчатое тело 6" постоянного магнита и колончатое тело 6" постоянного магнита имеют на внешних перифериях обоих их концов кольцевые уплотнения 15 для использования при герметичном уплотнении с внутренней периферией цилиндра 1. Альтернативно, кольцевые уплотнения 15 предоставляются на внешних перифериях нажимных концевых пластин 14, закрывая обе концевые открытые поверхности цилиндрического поршня 6, состоящего из трубчатого тела 6" постоянного магнита.

Трубчатое тело 6" постоянного магнита и колончатое тело 6" постоянного магнита имеют полярности в соответствии с известным принципом магнитной индукции, и они устроены так, чтобы магнитные линии постоянного магнита были эффективно приложены к электроиндукционной катушке в поясе 11 электроиндукционной катушки.

Например, внутренний периферийный участок трубчатого тела 6" постоянного магнита имеет северный полюс (или южный полюс), и внешний периферийный участок имеет южный полюс (или северный полюс).

Аналогично, как показано на Фиг.2 и 3, также когда короткие трубчатые тела 6c или кольца 6b пакетированы так, чтобы составить трубчатое тело 6" постоянного магнита, внутренние периферийные участки коротких трубчатых тел 6c и кольца 6b могут иметь северный полюс (или южный полюс), и внешние периферийные участки могут иметь южный полюс (или северный полюс).

Как частный пример, на Фиг.3, кольцо 6b, в котором внешний периферийный участок имеет северный полюс и внутренний периферийный участок имеет южный полюс, и кольцо 6b, в котором внешний периферийный участок имеет южный полюс, и внутренний периферийный участок имеет северный полюс, поочередно пакетированы в осевом направлении так, чтобы было составлено трубчатое тело 6" постоянного магнита. Также, когда множество коротких трубчатых тел 6c на Фиг.2 пакетировано так, чтобы составить трубчатое тело 6" постоянного магнита, короткие трубчатые тела 6c могут быть пакетированы так, чтобы северные и южные полюса были установлены поочередно.

На Фиг.4 короткие колончатые тела 6d, в которых центральное ядро имеет южный полюс и внешний периферийный участок имеет северный полюс, и короткие колончатые тела 6d, в которых центральное ядро имеет северный полюс, и внешний периферийный участок имеет южный полюс, пакетированы в осевом направлении.

Электроиндукционная катушка, составляющая пояс 11 электроиндукционной катушки, может быть составлена из множества отдельных групп электроиндукционной катушки в соответствии с полюсным расположением в вышеупомянутых примерах.

Само собой разумеется, что все короткие трубчатые тела 6c, кольца 6b, или короткие колончатые тела 6d, составляющие трубчатое тело 6" постоянного магнита и колончатое тело 6" постоянного магнита, могут быть пакетированы так, чтобы внешний периферийный участок и внутренний периферийный участок имели одинаковые полюса, соответственно.

В варианте реализации на Фиг.5 поршень 6 состоит из трубчатого тела 6" постоянного магнита (или колончатого тела 6" постоянного магнита) и, в то же самое время, цилиндр 1 предоставлен с неподвижным трубчатым телом 1" постоянного магнита, кольцеобразно окружающим внешнюю периферию пояса 11 электроиндукционной катушки так, чтобы электроиндукционная катушка могла производить электроэнергию более эффективно.

В варианте реализации на Фиг.5, кроме того, предоставлен неподвижный цилиндрический хомут 16, кольцеобразно окружающий внешнюю периферию неподвижного трубчатого тела 1" постоянного магнита.

Неподвижное трубчатое тело постоянного магнита 1", неподвижный цилиндрический хомут 16, окружающий неподвижное трубчатое тело 1" постоянного магнита, трубчатое тело 6" постоянного магнита или колончатое тело 6" постоянного магнита, составляющее поршень 6, и цилиндрический хомут 10, на котором снаружи смонтировано трубчатое тело 6" постоянного магнита, все вместе увеличивают эффективность выработки электроэнергии.

На Фиг.5 в качестве примера показано, что большое количество колец la постоянного магнита пакетированы, чтобы составить неподвижное трубчатое тело 1" постоянного магнита, электроиндукционная катушка в поясе 11 электроиндукционной катушки кольцеобразно окружена неподвижным трубчатым телом 1" постоянного магнита, и трубчатое тело 6" постоянного магнита, составляющее поршень 6, кроме того, кольцеобразно окружено через пояс 11 электроиндукционной катушки.

Иначе говоря, трубчатые тела 6" и 1" постоянного магнита установлены на внутренней периферии и внешней периферии электроиндукционной катушки в поясе 11 электроиндукционной катушки, и электроиндукционная катушка зажата между трубчатыми телами 6" и 1" постоянного магнита.

Кольца la постоянного магнита, составляющие неподвижное трубчатое тело 1" постоянного магнита,и кольца 6b постоянного магнита, составляющие поршень 6, соответственно пакетированы так, чтобы смежные кольца la и 6b имели противоположные полярности друг относительно друга, как показано на Фиг.3 и 5, например.

Также, когда трубчатое тело 6" (поршень 6) постоянного магнита составлено из коротких трубчатых тел 6c, показанных на Фиг.2, множество коротких трубчатых тел постоянного магнита могут быть пакетированы, чтобы обеспечить неподвижное трубчатое тело 1" постоянного магнита, трубчатое тело постоянного магнита 6", составляющее поршень 6,может быть кольцеобразно окружено неподвижным трубчатым телом 1" постоянного магнита, и короткие трубчатые тела трубчатых тел 1" и 6" могут быть установлены так, чтобы смежные короткие трубчатые тела имели противоположные полярности друг относительно друга.

В примерах на Фиг.1-4 может быть предоставлено неподвижное трубчатое тело 1" постоянного магнита, окружающее пояс 11 электроиндукционной катушки. Когда неподвижное трубчатое тело 1" постоянного магнита предоставлено, толщина трубчатого тела 6" постоянного магнита, составляющего поршень 6, может быть уменьшена, и диаметр колончатого тела 6" постоянного магнита поршня 6 может также быть уменьшен, благодаря чему поршень 6 может быть дополнительно уменьшен в весе.

Как описано выше, когда левая и правая гидродинамические камеры 4 и 5 составляют камеру сгорания, например, свечи 19 зажигания предоставляются на левой и правой концевых стенках 2 и 3, клапаны 17 инжекции топлива предоставляются на левой и правой концевых стенках 2 и 3, или на левой и правой концевых цилиндрических стенках цилиндра 1, и выхлопной клапан 18 предоставляется на левой и правой концевых стенках 2 и 3, левой и правой концевых цилиндрических стенках, или промежуточном участке цилиндрической стенки цилиндра 1.

Ниже, в связи с Фиг.6A-6D, рассматривается операция, когда левая и правая гидродинамические камеры 4 и 5 составляют левую и правую камеры сгорания.

Как показано на Фиг.6A и 6B, сжатое топливо в левой камере 4 сгорания, подаваемое свечой 19 зажигания левой стороны через клапан 17 инжекции топлива, сгорает и взрывается, благодаря чему давление текучей среды прикладывается к левой нажимной поверхности 7 нажимной концевой пластины 14, и поршень 6 (трубчатое тело 6" постоянного магнита или колончатое тело 6" постоянного магнита) перемещается вправо по осевой линии.

Как показано на Фиг.6C и 6D, поршень 6 перемещается вправо, как описано выше, благодаря чему топливо (смесь с газом), инжектированное в правую камеру 5 сгорания через клапан 17 инжекции топлива правой стороны, сжимается, затем воспламеняется правой свечой 19 зажигания и, таким образом, сгорает и взрывается в правой камере 5 сгорания. В результате давление текучей среды прикладывается к правой нажимной поверхности 8 нажимной концевой пластины 14, и поршень 6 (трубчатое тело 6" постоянного магнита или колончатое тело 6" постоянного магнита) перемещается влево по осевой линии.

Текучая среда (горючий газ) 20, произведенная гоорением и взрывом топлива в левой и правой гидродинамических камерах 4 и 5, выпускается через выхлопной клапан 18, сопровождаясь возвратно-поступательным движением поршня 6.

Вышеупомянутая операция повторяется, благодаря чему трубчатое тело 6" постоянного магнита, или колончатое тело 6" постоянного магнита (пояс 9 постоянного магнита), составляющее поршень 6, многократно совершает возвратно-поступательное движение, и обеспечивается выработка электроэнергии в поясе 11 электроиндукционной катушки.

Далее, в связи с Фиг.7A и 7B, рассматривается вариант реализации, в котором текучая среда высокого давления подается в левую и правую гидродинамические камеры 4 и 5 извне, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня 6. В качестве текучей среды 20" высокого давления могут быть использованы различные газы в дополнение к воздуху и пару.

Например, клапаны 21 подачи топлива и выпускные клапаны 22 предоставляются на левой и правой концевых стенках 2 и 3. Как показано на Фиг.7A, текучая среда 20" высокого давления подается в левую гидродинамическую камеру 4 через левый клапан 21 подачи текучей среды, благодаря чему давление текучей среды 20" высокого давления прикладывается к левой нажимной поверхности 7 нажимной концевой пластины 14, и поршень 6 (трубчатое тело 6" постоянного магнита или колончатое тело 6") перемещается вправо по осевой линии.

Затем, как показано на Фиг.7B, когда поршень 6 достигает конечного участка правого движения, текучая среда 20" высокого давления подается в правую камеру 5 сгорания через правый клапан 21 подачи текучей среды, благодаря чему давление текучей среды 20" высокого давления прикладывается к правой нажимной поверхности 8 нажимной концевой пластины 14, и поршень 6 (трубчатое тело 6" постоянного магнита или колончатое тело 6" постоянного магнита) перемещается влево по осевой линии.

Вышеупомянутая операция повторяется, благодаря чему трубчатое тело 6" постоянного магнита или колончатое тело 6" постоянного магнита (пояс постоянного магнита 9), составляющие поршень 6, многократно совершают возвратно-поступательное движение, чтобы обеспечить выработку электроэнергии в поясе 11 электроиндукционной катушки.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

1 - Цилиндр

1" - Неподвижное трубчатое тело постоянного магнита

la - Кольцо постоянного магнита

2 - Левая концевая стенка

3 - Правая концевая стенка

4 - Левая гидродинамическая камера

5 - Правая гидродинамическая камера

6 - Поршень

6" - Трубчатое тело постоянного магнита

6" - Колончатое тело постоянного магнита

6a - Отдельное трубчатое тело

6b - Кольцо

6c - Короткое трубчатое тело

6d - Короткое колончатое тело

7 - Левая нажимная поверхность

8 - Правая нажимная поверхность

9 - Пояс постоянного магнита

10 - Цилиндрический хомут

11 - Пояс электроиндукционной катушки

13 - Трубчатое отверстие

14 - Нажимная концевая пластина

15 - Кольцевое уплотнение

16 - Неподвижный цилиндрический хомут

17 - Клапан инжекции топлива

18 - Выхлопной клапан

19 - Свеча зажигания

20 - Текучая среда (горючий газ)

20" - Текучая среда высокого давления

21 - Клапан подачи текучей среды

22 - Выхлопной клапан

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Линейный генератор, имеющий конструкцию гидродинамического цилиндра, в котором давление текучей среды в левой гидродинамической камере в контакте с левой концевой стенкой цилиндра и давление текучей среды в правой гидродинамической камере в контакте с правой концевой стенкой цилиндра поочередно прикладываются к поршню в цилиндре, чтобы осуществить возвратно-поступательное движение поршня в осевом направлении, причем линейный генератор содержит:

постоянный магнит, предоставленный между левой нажимной поверхностью в контакте с левой гидродинамической камерой поршня и правой нажимной поверхностью в контакте с правой гидродинамической камерой; и

электроиндукционную катушку, предоставленную над левой и правой гидродинамическими камерами и сформированную на цилиндрической стенке между левой и правой концевыми стенками цилиндра,

причем поршень, имеющий постоянный магнит, совершает возвратно-поступательное движение в осевом направлении, чтобы обеспечить выработку электроэнергии в электроиндукционной катушке,

при этом линейный генератор дополнительно содержит неподвижный трубчатый корпус постоянного магнита, кольцеобразно окружающий внешнюю периферию электроиндукционной катушки, и неподвижный цилиндрический хомут, кольцеобразно окружающий внешнюю периферию неподвижного трубчатого тела постоянного магнита.

2. Линейный генератор по п.1, в котором левая и правая гидродинамические камеры составляют камеры сгорания, и поршень перемещается в осевом направлении посредством давления текучей среды, создаваемого горением и взрывом топлива в камере сгорания.

3. Линейный генератор по п.1, в котором текучая среда высокого давления подается поочередно в левую и правую гидродинамические камеры извне, и поршень перемещается в осевом направлении давлением текучей среды высокого давления.

4. Линейный генератор по пп.1, 2 или 3, в котором поршень имеет цилиндрическую форму, и обе концевые открытые поверхности трубчатого отверстия цилиндрического поршня закрыты нажимными концевыми пластинами, принимающими давление текучей среды.

5. Линейный генератор по п.4, в котором цилиндрический поршень составлен укладыванием множества колец или коротких трубчатых тел, каждый из которых сделан из постоянного магнита.

Несмотря ни на что работа мысли продолжается. Так было и так всегда будет. Человек являет миру все новые, и новые изобретения. Вот и сегодня вниманию читателей мы представляем линейный генератор Олега Гунякова. Имеет ли эта разработка право на жизнь? Свой ответ на этот вопрос дает Владимир Гуревич. Отдать предпочтение одному из авторов можете и вы, приняв участие в . Комментарии и обсуждения на .

Олег Гуняков: линейный генератор

Исторически сложилось, что традиционные устройства для выработки электрической энергии используют вращательное движение для перемещения обмоток в магнитном поле. В движения такие устройства приводятся различными движителями: гидротурбинами, газовыми турбинами, ветром и т.д. Одним из движителей является и традиционный двигатель внутреннего сгорания. В таких движителях химическая энергия топлива проходит многократные преобразования: сначала в поступательное движение поршней, а затем - во вращательное движение коленвала. Необходимость такого преобразования приводит, как к механическим потерям, так и к усложнению конструкции движителя в целом. Мы все на опытах физики видели одну и туже картину: преподаватель берет постоянный магнит, и начинает возвратно-поступательно его двигать в катушке индуктивности. При этом на клеммах катушки появляется напряжение. В этой статье я рассмотрел возможность использования возвратно-поступательного движения для выработки электрического тока без промежуточных преобразований во вращательное движение. Такие механизмы получили название ЛИНЕЙНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ.

Предлагаемый тип линейного генератора рассчитан для использование в промышленных целях, в первую очередь на судах.

Краткое описание

В данном линейном генераторе (далее ЛГ) вместо крышек цилиндра устанавливаются два внешних поршня, которые жестко между собой закреплены. Такое технологическое решение обусловлено следующим: в традиционных цилиндрах при взрыве топлива поршень начинает двигаться в одну сторону, но по законам инерции сам цилиндр ведь тоже начинает двигаться в противоположную. И если такой генератор заставить вырабатывать большие мощности, то силы продольного смещения будут вызывать огромную вибрацию и повреждение фундаментных болтов. Для компенсации возникающих усилий и устанавливаются дополнительные внешние поршни. При условии что масса внутренних поршней и масса внешних поршней одинаковы, то и возникающие силы инерции тоже будут одинаковы. Такие силы будут взаимно гаситься, и на корпус передаваться не будут. Катушки, с которых будет сниматься напряжение крепятся к неподвижному корпусу. А в качестве индуктора будет использоваться набор постоянных магнатов трапециевидной формы.

Синхронизация движения поршней будет обеспечиваться за счет сопротивления движению постоянных магнитов при выработке электрической энергии. При условии, что обмотки электрической части имеют одинаковое сопротивление, сопротивление движению постоянных магнитов также одинаково. Но для увеличения надежности и предотвращения аварий в ЛГ устанавливают механический синхронизатор, представляющий собой две зубчатые рейки, двигающиеся относительно друг друга, и зубчатого колеса, закрепленного на неподвижной оси и вращающегося лишь от движения реек.

Более подробное описание конструкции смотрите ниже.

Работа генератора

После разгона поршней до пусковой частоты, в первый цилиндр подается топливо, происходит сгорание и начинается расширение образовавшихся газов. Во вторм цилиндре в этот момент идет сжатие воздуха.

При достижении внешнего поршня в первом цилиндре выпускных клапанов начинается выпуск отработавших газов.

При достижении внутреннего поршня в первом цилиндре продувочных окон начинается процесс продувки. В данном ЛГ продувка прямоточная, что обеспечивает наименьший коэффициент остаточных газов. Это, в свою очередь, увеличивает массовый заряд воздуха в цилиндре, что приводит к полному сгорания топлива и т.д. В этот момент поршни достигают своих крайних положений.

Расширение газов во втором цилиндре приводят в движение поршни первого цилиндра. Внутренний поршень достигает продувочных окон и перекрывает их, в то время, как выхлопные окна все еще открыты. Это приводит к потере массового заряда воздуха в цилиндре, но данной потерей можно пренебречь из-за низкого коэффициента остаточных газов в цилиндре. Внешний поршень достигает выхлопных окон, перекрывает их, и тем самым обеспечивает процесс сжатия в первом цилиндре, в то время, как во втором идет расширение. И цикл повторяется.

Технологический разрез линейного генератора

Корпус двигателя 1 - сварной стальной, цилиндрической формы, имеет внутри опоры 2, 3 и 4 для установки втулки рабочего цилиндра 5. Втулка крепится нажимным кольцом 6 на 8-ми шпильках. Шпильки крепятся в толстостенной фундаментной плите 7. Далее на втулку одевается цилиндрический водяной коллектор 8. После коллектора на втулку цилиндра одевается газовыхлопной коллектор-улитка 9.

Проточка втулки и улитки на посадочных поверхностях устроены таким образом, что между ступеньками зажимается теплостойкая асбестовая прографиченная прокладка. Улитка при работе нагревается и может расширяться в линейном направлении. Для возможности расширения улитка крепится на длинных шпильках 10, проходящих через трубки 11, гайками 12, которые создают нажимной усилия на улитку через пружины 13. После улитку на втулку одевается водяной коллектор 14.

Втулка рабочего цилиндра 5 цельная. Центральная часть втулки имеет утолщение так же, как и в месте крепления втулки - гребень 15. В центральной части втулка имеет отверстия для 2-х насос-форсунок 16. Так же втулка имеет с каждой стороны от центра по 6 отверстий для штуцеров лубрикаторной смазки (на чертеже не показана). Во втулке в центральной части внешне сделана цилиндрическая проточка для отвода и сбора охлаждающей воды с тангециальних сверлений охлаждающих каналов 17. На втулке есть 17-ть канавок для резиновых уплотнительных колец системы охлаждения. Во втулке со стороны выхлопа и со стороны продувки является тангенциальные расположены окна.

Линейный генератор имеет силовой сварной корпус 18 и легкий корпус для обеспечения безопасности обслуживающего персонала. Легкий корпус закрывается с торцов двигателя крышками 18 на фланцах.

Поршневая группа каждого линейного генератора состоит из 2-х поршней 20. Внутренний поршень крепится к корпусу индуктора 21 на 8-ми шпильках 22. Внешний поршень крепится к траверс-диска 23 на 8-ми шпильках 24. Траверса-диск цилиндрической формы подкреплен в радиальном направлении треугольными косынками 25 с двух сторон, которые крепятся сваркой. Каждый поршень имеет по 6 колец: 4 компрессионных и 2 маслосъемных. Во избежание ударов поршней друг о друге при высоких степенях сжатия в линейном генераторе, днища поршней имеют плоскую конфигурацию.

Поршни имеют водяное охлаждение. Вода во внешние поршни подается по внутренней телескопической неподвижной трубке 26 с соплом на конце. Охлаждающая вода возвращается по телескопической средней трубке 27. Трубка 27 движется в неподвижной трубке 28. Между трубками 27 и 28 находятся уплотнения 29.

Внутренний поршень также охлаждается водой. Вода подводится по телескопической трубке 30, которая крепится к корпусу индуктора 21 с помощью фланца. В индукторе и в опорном фланце поршня есть канал. Далее вода движется по трубке 31 и охлаждает поршень. Возвращается вода по трубке 32, по аналогичному пути и по телескопии 33 отводится уже подогретая.

Внешние поршни связаны между собой посредством траверза-диска 23, 6-ти штанг 34 и корпуса индуктора 35. На концах штанги имеют резьбу и крепятся за счет гаек, зажимаемых гидродомкратом. Движение внутренних и внешних поршневых групп сдвинуты на 180 градусов. Синхронизм обеспечивается за счет механизма синхронизатора - 3-х шестерен 36 6-ти зубчатых реек.

Три рейки 37, относящиеся к внутренней группе, имеют в части, ближней к корпусу индуктора 21 цилиндрическое сечение и проходят через сальники 38. Далее сечение рейки переходит в квадратное. Рейки, относящихся к внешней группе, - это 3 из 6-ти штанг 34, на которые с помощью болтов прикреплены зубчатые рейки. Все 3 механизма синхронизаторов расположены в отдельных выгородках и имеют в своем объеме масло для смазки механизма.

Сравнение ЛГ и традиционного дизеля.

• В ЛГ производство и сборка двигателя существенно упрощается из-за отсутствия таких дорогих и сложных в производстве деталей как распределительный вал и коленчатый вал.
• Уменьшение расхода топлива за счет увеличения механического КПД из-за отсутствия коленвала и распредвала.
• Уменьшение вибрации из-за взаимного гашения возникающих инерционных сил.
• Повышенная надежность ЛГ за счет уменьшения количества движущихся деталей.
• В ЛГ невозможно обеспечить ровную синусоиду генерируемого тока из-за неравномерности скорости перемещения магнитов относительно катушек. Но при современном уровне развития преобразовательной техники эта проблема не является неразрешимой.
• Повышенная неустойчивость работы ЛГ из-за наличия всего двух цилиндров и отсутствия маховика. При пропуске вспышки в одном из цилиндров ЛГ остановится, так как во втором цилиндре не произойдет сжатия воздуха достаточного для воспламенения топлива. Поэтому для решения этой проблемы возникает необходимость в установке как минимум двух форсунок на один цилиндр.

Олег Гуняков

Отзыв на статью О. Гунякова

Начать придется издалека, а именно со статьи «Линейный бензогенератор (дизель-генератор)» автора Скоромца Ю. Г., опубликованной в журнале , а также, параллельно, на многих Интернет сайтах. В этой статье описан принцип построения силовой установки относительно небольшой мощности, предназначенной для выработки электроэнергии, отличающийся тем, что в нем двигатель внутреннего сгорания объединен с электрогенератором, при этом вращательное движение ротора генератора заменено возвратно-поступательным движением магнитопровода с заложенной в него обмоткой возбуждения. Основной целью такой замены, по мнению автора, является устранение из системы кривошипно-шатунного механизма, включая коленвал, преобразующего возвратно-поступательное движение поршней двигателя внутреннего сгорания во вращательное движение ротора генератора в обычном дизель-электрическом агрегате. Идея, на первый взгляд, неплохая, хотя ее изложение вызывает массу недоуменных вопросов. Не будем комментировать некоторые высказывания автора этой статьи, а лишь процитируем, чтобы читатель мог сам оценить его вопиющий дилетантизм в области электротехники:

• В генераторе средней и высокой мощности синхронизация движения шатунов достигается путем уменьшения тока возбуждения отстающего шатуна.
• Регулирование выходного напряжения осуществляется путем изменения частоты работы генератора.
• Запуск осуществляется тремя короткими мощными импульсами тока, при этом генератор работает в режиме двигателя. Импульсы тока получаем с клемм конденсатора, предварительно зарядив его за некоторое время, через повышающий трансформатор (50-100 кГц) от маломощного источника питания.
• Ток нагрузки генератора не влияет на магнитное поле генератора, а значит и на характеристики генератора.
• Что касается самого генератора, то магнитное поле предложенного генератора, в основной части, всегда постоянно, это дает возможность изготавливать магнитопровод не с отдельных пластин (для уменьшения вихревых токов), а с цельного куска материала, что значительно увеличит прочность магнитопровода и уменьшит трудоемкость изготовления.

А теперь относительно самой идеи. Как следует из написанного автором, целью его проекта является устранение из системы двигатель-генератор кривошипно-шатунного механизма, преобразующего один вид движения (возвратно-поступательный) в другой (вращательный). Однако, с точки зрения поставленной задачи эта проблема уже давным-давно решена. В широко известном роторно-поршневом двигателе Ванкеля вращательное движение выходного вала получается без всяких кривошипно-шатунных механизмов, рис. 1.

Рис. 1. Роторно-поршневой двигатель Ванкеля и принцип его действия

Роторно-поршневые двигатели по схеме Ванкеля известны уже более пятидесяти лет. В 1960-х годах из двадцати наиболее крупных автомобилестроительных компаний 11 фирм приобрели лицензионные права на разработку и производство этих двигателей. На долю этих фирм приходилось около 70% мирового автомобильного производства, в т.ч. 80% производства легковых автомобилей США, 71% Японии, 44% Западно-европейских стран.

Проблемой этого двигателя долгое время считался быстрый износ уплотнителей. Однако в последствие эта проблема была преодолена и эти двигатели стали применять в автомобилестроении. Первый серийный автомобиль с роторным двигателем - немецкий спорткар NSU Wankelspider. Первый массовый (37204 экземпляра) - немецкий седан бизнес-класса NSU Ro80. В 1967 году японская Mazda начала продажи первого автомобиля «Cosmo Sport» оснащенного роторным двигателем мощностью в 110 лошадиных сил. Дальнейшие исследования помогли на 40 процентов снизить расход топлива и улучшить экологичность этих двигателей. К 1970 году суммарная продажа автомобилей с роторными двигателями достигла 100 тыс., в 1975 - 500 тыс., а к 1978 - перевалила за миллион. Двухцилиндровый двигатель «Renesis» фирмы Mazda объёмом всего 1,3 л выдавал мощность уже в 250 л. с. и занимал гораздо меньше места в моторном отсеке, чем обычные двигатели внутреннего сгорания. Современная модель двигателя Renesis-2 16X имеет еще меньший объём при большей мощности и меньше нагревается, рис. 2.

Рис. 2. Серийный автомобильный двигатель роторно-поршневого типа (Renesis-2 16X) компании Mazda

В этой связи возникает вполне правомерный вопрос: «а был ли мальчик?», то бишь была ли вообще проблема (а может быть и была, но не верно сформулирована)?

Кроме того, необходимость наличия весьма дорогостоящего полупроводникового преобразователя, рассчитанного на полную мощность генератора (необходимого, по утверждению автора, для обеспечения синусоидального выходного напряжения), резко снижает экономическую эффективность предлагаемого решения (если она вообще была!), не говоря уже о тысячах других, не решенных в этом проекте проблем, на которых, в виду вышесказанного, на данном этапе просто нет смысла останавливаться.

Господин О. Гуняков публикует все ту же (то есть, чужую) идею без всяких ссылок на ее истинного автора, слегка изменив конструкцию. Основное (то есть принципиальное, а не в мелких и ничего не значащих деталях) отличие его проекта от проекта Ю. Г. Скоромца) заключается в замене обмотки возбуждения генератора - постоянным магнитом и расширение области применения его установки в область больших мощностей (из переписки с автором выяснилось, что он рассчитывает на применение такого принципа в генераторах мощностью в мегаватты). Поскольку, с одной стороны, для идеи линейного дизель-генератора не важно, как будет выполнен источник магнитного поля (обмотка или постоянный магнит), а с другой стороны и для магнита не важно, в какой именно конструкции генератора он будет использован (с вращательным или возвратно-поступательным движением), то отсюда следует, что идея замены обмотки возбуждения генератора постоянным магнитом не имеет никакого отношения к конкретной конструкции генератора, а относится ко всем генераторам вообще. Но тут сразу возникает вопрос: если в генераторе мощностью в несколько мегаватт можно заменить сложную и дорогую обмотку возбуждения постоянным магнитом из современных сплавов (например, из широко известного сплава NdFeB), то почему же этого не делают сейчас, а используют это решение лишь в небольших маломощных генераторах? Совершенно очевидно, что для этого есть веские причины. Обсуждение этих причин должно содержать слишком много подробностей «из жизни генераторов» и «из жизни магнитов», для того, чтобы подробно освещать их в данном отзыве, но даже не это сейчас главное, а то, что эта идея О. Гунякова о применении постоянных магнитов никак не связана с идеей Ю. Г. Скоромца о линейном дизель-генераторе. Попытка О. Гунякова «привязать» свою идею с постоянными магнитами (которая, сама по себе, давным-давно известна и ничего нового не содержит) к чужой должна служить, по-видимому, для поднятия значимости его идеи.

Даже если не учитывать того обстоятельства, что постоянные магниты применяются только в генераторах очень ограниченной мощности, дополнительная проблема конкретной конструкции О. Гунякова заключается в том, что его генератор расположен в зоне высокой температуры, а постоянные магниты имеют довольно незначительную верхнюю рабочую температуру, ограниченную так называемой точкой Кюри, при которой магнит полностью теряет свои магнитные свойства. Так вот, для сплава NdFeB точка Кюри находится в пределах 300-350°С, а максимальная рабочая температура ограничена величиной 100-150°С. А теперь вспомним, какая температура бывает внутри камеры сгорания ДВС. Правильно, от 300 до 2000°С (во время разных циклов). Какая средняя температура будет на поверхности камеры сгорания, в зоне расположения магнитов? Правильно, намного больше той, на которую рассчитаны постоянные магниты. Следовательно, нужно обеспечить очень эффективное охлаждение магнитов. Как и чем? Весьма сомнительно, что температуру в области расположения магнитов можно снизить до 100°С приемлемыми, а не фантастическим способом. В этой связи следует отметить, что и вопрос об охлаждении самого линейного дизель-генератора не проработан в должной мере. Предлагаемое автором водяное охлаждение далеко не везде применимо. Например, на современных дизель-генераторных установках мощностью от сотен киловатт до нескольких мегаватт, предназначенных для резервного или аварийного электроснабжения (а это очень большой сектор рынка таких агрегатов), не используется водяное охлаждение. Такой агрегат охлаждается огромным (до двух метров в диаметре) вентилятором, насаженным на валу дизеля. Почему это сделано понятно: в аварийных ситуациях неоткуда и нечем подавать воду. Но где взять вращающийся вал для вентилятора в предлагаемой конструкции? Ага, использовать отдельный мощный электромотор, способный вращать двухметровый вентилятор... И тут наш проект начинает обрастать...

В заключение хотелось бы отметить, что ни Ю. Г. Скоромец, ни О. Гуняков не являются ни первооткрывателями этой идеи, ни авторами лучшей из конструкций. Идея эта сама по себе была известна задолго до публикаций обоих авторов. За последние годы были предложены и более удачные конструкции, чем те, которые мы обсуждаем. Например, в конструкции, предложенной Ondřej Vysoký, Josef Božek и др. из Чешского политехнического университета в 2007 году (то есть до публикации статьи Ю. Г. Скоромца) также используются постоянные магниты (авторы не претендуют на мощности в мегаватты), но в ней нет проблемы с нагревом магнитов, так как они могут находиться далеко от камер сгорания и могут быть отделены теплоизолирующей вставкой вала, на котором они закреплены. Изготовлены и испытаны небольшие лабораторные образцы таких агрегатов, рис. 3. В англоязычной литературе такие установки называются «Linear Combustion Engine (LCE)».

Рис. 3. Конструктивная схема и лабораторные образцы линейных дизель-электрических агрегатов, разработанных в Чехии

Имеется много публикаций на эту тему и в Интернете, и виде статьей и даже в виде книг (см. например, «Modeling and Control of Linear Combustion Engine»), хотя реально существующих изделий, присутствующих на рынке еще нет, как и нет каких бы то ни было технико-экономических обоснований, сравнения, например, с тем же двигателем Ванкеля. В этой связи для читателей журнала была бы, на наш взгляд, очень интересна квалифицированная обзорная информация о принципах построения таких систем, их сравнительная характеристика с другими устройствами для получения электроэнергии, информация о проблемах технических и экономических, о достигнутых результатах, а не подробное описание каких-то второстепенных деталей доморощенных конструкций, обладающих массой очевидных недостатков, но выдаваемых за величайшее достижение. Можно было бы только приветствовать публикацию автором такой обзорной статьи.

В технике существуют миллионы красивых, на первый взгляд, идей, не имеющих под собой экономической базы, или не учитывающих реальные технические проблемы, или просто не достаточно проработанных и поэтому не получивших реального воплощения. Достаточно обратиться к патентному фонду любой страны, чтобы увидеть миллионы оригинальных идей, пылящихся на полках. Такая же, по нашему мнению, судьба уготована и конкретным проектам Ю. Г. Скоромца и О. Гунякова. Тем не менее, нельзя утверждать, что миллионы не используемых сегодня патентов абсолютно бесполезны. Их очевидная польза состоит уже в том, что они стимулируют человеческую мысль и являются основой для новых идей. Как мы видим, творческая мысль продолжает активно работать и в рассмотренном направлении. Будем надеяться, что в недалеком будущем появится много новых перспективных идей в этом направлении, количество которых со временем перерастет в качество и они смогут когда-нибудь стать достаточно привлекательными для промышленности.