Юрий Скоромец. Линейный двигатель

 В привычных для нас двигателях внутреннего сгорания начальное звено  —  поршни, совершают  возвратно-поступательное движение. Затем это движение, с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразовывается во вращательное. В некоторых устройствах первое и последнее звено совершают один вид движения.  

     Например, в двигатель-генераторе нет необходимости сначала возвратно-поступательное движение преобразовывать во вращательное, а затем, в генераторе, из этого вращательного движения извлекать прямолинейную составляющую, то есть делать два противоположных преобразования.

Современное развитие электронной преобразовательной техники позволяет адаптировать для потребителя выходное напряжение линейного электрогенератора, это дает возможность создать устройство, в котором часть замкнутого электрического контура совершает не вращательное движение в магнитном поле, а возвратно-поступательное вместе с шатуном двигателя внутреннего сгорания. Схемы, поясняющие принцип работы традиционного и линейного генератора, приведены на рис. 1.

Рис. 1. Схема линейного и обычного электрогенератора

Рис. 1. Схема линейного и обычного электрогенератора

 

В обычном генераторе для получения напряжения используется проволочная рамка, вращающаяся в магнитном поле и приводимая в движение внешним движителем. В предложенном генераторе, проволочная рамка движется линейно в магнитном поле. Это небольшое и непринципиальное различие дает возможность значительно упростить и удешевить движитель, если в его качестве используется двигатель внутреннего сгорания.

Также, в поршневом компрессоре, приводимом в движение поршневым двигателем, входное и выходное звено совершает возвратно поступательное движение, рис. 2.

Рис. 2. Схема линейного и обычного компрессора

Рис. 2. Схема линейного и обычного компрессора

 

Преимущества линейного двигателя

  1. Малые габариты и вес, из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма.
  2. Высокая наработка на отказ, из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма и из-за присутствия только продольных нагрузок.
  3. Невысокая цена, из-за отсутствия кривошипно-шатунного механизма.
  4. Технологичность — для изготовления деталей необходимы только нетрудоемкие операции, токарные и фрезерные.
  5. Возможность перехода на другой вид топлива  без остановки двигателя.

Управление зажиганием с помощью давления при сжатии рабочей смеси.

     У обычного двигателя для подачи электрического напряжения (тока) на свечу зажигания должно выполняться два условия:

— первое условие определяется кинематикой кривошипно-шатунного механизма – поршень должен находиться в верхней мертвой точке (без учета опережения зажигания);

— второе условие определяется термодинамическим циклом  – давление в камере сгорания, перед  рабочим циклом,  должно соответствовать используемому топливу.

Одновременно выполнить два условия очень сложно. При сжатии воздуха или рабочей смеси, происходит утечка сжимаемого газа в камере сгорания через кольца поршня и др. Чем медленнее происходит сжатие (медленнее вращается вал двигателя), тем утечка выше. При этом давление в камере сгорания, перед рабочим циклом,  становиться меньше оптимального и рабочий цикл происходит при неоптимальных условиях. Коэффициент полезного действия двигателя падает. То есть обеспечить высокий коэффициент полезного действия двигателя можно только в узком диапазоне скоростей вращения выходного вала.

Поэтому, например, коэффициент полезного действия двигателя на стенде составляет примерно 40%, а в реальных условиях, на автомобиле, при разных режимах движения, эта величина падает до 10…12%.

В линейном двигателе нет кривошипно-шатунного механизма, поэтому не надо выполнять первое условие, не имеет значения, где находится поршень перед рабочим циклом, имеет значение только давление газа в камере сгорания перед рабочим циклом. Поэтому, если подачей электрического напряжения (тока) на свечу зажигания будет управлять не положение поршня, а давление в камере сгорания, то рабочий цикл (зажигание) всегда будет начинаться при оптимальном давлении, независимо от частоты работы двигателя, рис. 3.

Рис. 3. Управление зажиганием с помощью давления в цилиндре, в цикле «сжатие»

Рис. 3. Управление зажиганием с помощью давления в цилиндре, в цикле «сжатие»

 

Таким образом, в любом режиме работы линейного  двигателя, мы будем иметь максимальную площадь петли термодинамического цикла Карно, соответственно, и высокий коэффициент полезного действия при разных режимах работы двигателя.

Управление зажиганием с помощью давления в камере сгорания, также дает возможность «безболезненно» переходить на другие виды топлива. Например, при переходе с высокооктанового вида топлива на низкооктановый вид, в линейном двигателе, надо  только дать команду системе зажигания, чтобы подача электрического напряжения (тока) на свечу зажигания происходила при более низком давлении. В обычном двигателе для этого необходимо было бы изменять геометрические  размеры поршня или цилиндра.

Реализовать управление зажиганием давлением в цилиндре можно с помощью

пьезоэлектрического или емкостного метода измерения давления.

Датчик давления выполнен в виде шайбы, которая помещена под гайку шпильки крепления головки цилиндра, рис. 3. Сила давления газа в камере сжатия, действует на датчик давления, который находится под гайкой крепления головки цилиндра. И информация о давлении в камере сжатия, передается на блок управления моментом зажигания. При давлении в камере, соответствующем давлению зажигания данного топлива, система зажигания подает электрическое напряжение (ток) на свечу зажигания. При резком увеличении давления, что соответствует началу рабочего цикла, система зажигания снимает электрическое напряжение (ток) со свечи зажигания. При отсутствии увеличении давления через заданное время, что соответствует отсутствию начала рабочего цикла, система зажигания подает управляющий сигнал пуска двигателя. Также выходной сигнал датчика давления в цилиндре используется для определения частоты работы двигателя и его диагностики (определение компрессии и др.).

Сила сдавливания прямо пропорциональна давлению в камере сгорания. После того, как  давление, в каждом из противоположных цилиндров, станет не меньше заданного (зависит от вида используемого топлива), система управления подает команду для зажигания горючей смеси. При необходимости перейти на другой вид топлива, меняется величина заданного (опорного) давления.

Также регулировка момента зажигания горючей смеси может осуществляться в автоматическом режиме, как в обычном двигателе. На цилиндре размещен микрофон — датчик детонации. Микрофон преобразовывает механические звуковые колебания корпуса цилиндра в электрический сигнал. Цифровой фильтр, из этого набора суммы синусоид электрического напряжения, извлекает гармонику (синусоиду), соответствующую режиму детонации. При появлении на выходе фильтра сигнала соответствующему появлению детонации в двигателе, система управление снижает величину опорного сигнала, который соответствует давлению зажигания горючей смеси. При отсутствии сигнала соответствующему детонации, система управления, через некоторое время увеличивает величину опорного сигнала, который соответствует давлению зажигания горючей смеси, до появления частот предшествующих детонации. Опять, при появлении частот, предшествующих детонации, система снижает опорный сигнал, что соответствует снижению давления зажигания, до бездетонационного зажигания. Таким образом, система зажигания подстраивается под используемый вид топлива.

 

 

Принцип работы линейного двигателя.

     Принцип работы линейного, как и обычного двигателя внутреннего сгорания, основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня линейному электрогенератору, или поршневому компрессору.

Линейный генератор, рис. 4, состоит из двух поршневых пар, работающих в противофазе, что дает возможность сбалансировать двигатель. Каждая пара поршней соединена шатуном. Шатун подвешен на линейных подшипниках и может свободно колебаться, вместе с поршнями, в корпусе генератора. Поршни помещены в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Продувка цилиндров осуществляется через продувочные окна, под действием небольшого избыточного давления, создаваемого в предпускной камере. На шатуне расположена подвижная часть магнитопровода генератора. Обмотка возбуждения создает магнитный поток необходимый для генерации электрического тока. При возвратно-поступательном движении шатуна, а вместе с ним и части магнитопровода, линии магнитной индукции, создаваемой обмоткой возбуждения, пересекают неподвижную силовую обмотку генератора, индуцируя в ней электрическое напряжение и ток (при замкнутой электрической цепи).

Рис. 4. Линейный бензогенератор

Рис. 4. Линейный бензогенератор

Линейный компрессор, рис. 5, состоит из двух поршневых пар, работающих в противофазе, что дает возможность сбалансировать двигатель. Каждая пара поршней соединена шатуном. Шатун подвешен на линейных подшипниках и может свободно колебаться вместе с поршнями в корпусе. Поршни помещены в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. Продувка цилиндров осуществляется через продувочные окна, под действием небольшого избыточного давления, создаваемого в предпускной камере. При возвратно-поступательном движении шатуна, а вместе с ним и поршней компрессора, воздух под давлением подается в ресивер компрессора.

Рис. 5. Линейный компрессор

Рис. 5. Линейный компрессор

 

Рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.

  1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня  к верхней мертвой точке поршня, перекрывая сначала продувочные окна. После закрытия поршнем продувочных окон, происходит впрыск топлива и в цилиндре начинается сжатие горючей смеси. В предпускной камере  под поршнем создается разряжение, под действием которого через открывающийся клапан поступает  воздух  в предпускную камеру.

2. Такт рабочего хода. При положении поршня около верхней мертвой точки, сжатая рабочая смесь  воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к нижней мертвой точке, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно,  поршень создает высокое давление в предпускной камере. Под действием давления клапан закрывается, не давая, таким образом, воздуху попасть во впускной коллектор.

Полностью статью можно скачать по следующей ссылки:

Линейный двигатель на транспортном средстве

 Контакты для связи с Юрием Скоромец

 

 

 

Вы можете следить за комментариями с помощью RSS 2.0-ленты. В можете оставить комментарий, или Трекбэк с вашего сайта.
3 комментария
  1. Влад:

    идея интересная при этом от многих слышал такое кто масло качает кто воздух. А вот генератор впервые  но вот если при запуске на медленном ходу нужное давление не  наберётся то как ? или осечка искры 

  2. Влад:

    ЧТО ТУТ ИГРАЕТ РОЛЬ МАХОВИКА?? и собственно что мешает опробовать а действии ведь это так просто. Реальнно подобную идею высказало много людей только мне человек 5 НО ХОТЬ БЫ КТО ПОПРОБОВАЛ СДЕЛАТЬ.

  3. Игидали:

    Уважаемый Юрий !
    Первым долгом , здоровья и успехов.

    Юрий , я утверждаю , что могу изготовить механизм (двигатель) …любой мощности .

    Допустим имеется вал , на который я «сажаю » электродвигатель мощностью 50 ед….тогда выход мощности с этого вала тоже почти 50 ед. , теперь , если «посадить » на этот вал N эл.двигателей , то и выход мощности на этом валу будет 50хN ед. Вы с этим должны согласиться.
    Другое дело , что эта машина , по другим третьим причинам , не будет работать .
    Но если есть , примерно такой же , способ изготовления двигателя , механизма и он обязательно будет работать , то ,я думаю это достойно внимания , обсуждения…По сути, простой приём (добавления элдвигателя в механизм) позволяет строить механизмы больших (любых) мощностей…
    Очень хотел по этому поводу поговорить с Вами .

Оставить комментарий

XHTML: Вы можете использовать следующие теги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>