Главная > Новости

Новости

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть6)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть1)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть2)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть3)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть4)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть5)

Перевод Илья Духанин

2.9 Система газоснабжения

Первоначально предполагалось, что система газоснабжения для  пневматического динамометра должна была получать газ от одного или нескольких воздушных компрессоров, работающих при давлении 1000 фунтов/дюйм2 (psi) (6,895 МПа) (см. рис. 42). Выход компрессора будет питать давлением от 0 до 1000 psi (6,89 Мпа) регулятор давления с электронным управлением, чей выход будет питать четыре буферные емкости объемом 13,3 л, присоединенные к головкам буферных камер. Последующее моделирование системы показало, что 1000 psi (6,89 Мпа) едва хватает для привода поршня в движение и что величина требуемого потока была от трех до четырех раз больше, чем доступная при имеющемся  компрессоре.

Рис.42. Пневматическая система привода подачи газа. Воздушный компрессор (слева) и 16-баллонная азотная батарея

Для решения этой задачи, чтобы удовлетворить требуемые условия потока, была собрана система газоснабжения на основе батареи из 16 однолитровых азотных баллонов с давлением 2 640 psi (18,2 Мпа) (рис. 42), и регулятор был заменен регулятором с номиналом 0-1500 psi (10,34 Мпа). Компрессор был оставлен в линии, однако изолирован от азота обратным клапаном и отдельным предохранительным клапаном, позволяющим буферным емкостям быть заполненными при помощи компрессора перед началом испытания. Клапан ограничения расхода питания азотом допускал большой необходимый расход, обеспечивая соответствующий верхний предел давления, предотвращая превышение давления нижеследующих по потоку компонентов в случае поломки регулятора или компонента.

Азотная система имела возможность питать достаточным количеством газа, чтобы система работала непрерывно 10 минут при наибольшем ожидаемом расходе. Поскольку большинство экспериментов были короткой длительности (~ 10 мин), 10 или больше экспериментов могли быть запущены при каждой батарей из 16 однолитровых баллонов. Батарея из 16 баллонов легко заменялась при помощи вилочного погрузчика и дополнительно готова была еще  одна батарея.

2.10 Гелиевая пусковая система

Дополнительно к воздушной системе привода требовались средства запуска движения поршня, которые давали возможность поршням приводить в движение клапанные пластины впуска воздуха. Таким образом, была спроектирована система для запуска поршней посредством подачи газа высокого давления, через клапаны с соленоидами в каждую буферную камеру. Для достижения достаточной кинетической энергии поршней цилиндры буферных камер должны быстро заполняться газом под давлением, а также сбрасывать давление, что должно обеспечиваться коммерчески доступными соленоидными клапанами,  которые должны размещаться в отведенном пространстве. Поэтому в качестве рабочей среды был выбран гелий. Следует заметить, что в системе запуска использовал только гелий. Соответственно механически приводимые клапана использовали сжатый воздух или азот. На рис. 43 показаны система питания воздухом головок буферных камер и система запуска с гелием.

Рис.43. Фотография подачи газа к одной из буферных камер

Гелиевая система запуска состоит из малого баллона  высокого давления выше по потоку каждого электромагнитного клапана. В таком случае доступна управляемая и повторяемая  входная  энергия, требующаяся только для того, чтобы эти два соленоидных клапана открылись одновременно. Баллон спускается в окружающую среду, когда происходит выпуск из цилиндра, так что соленоидному клапану не нужно иметь способность закрытия в пределах ~15 мс половины цикла двигателя. Были выбраны  соленоидные клапаны фирмы Circle Seal VR4177-ZHH, номиналом 3600 psig (24,8 Мпа абс) с коэффициентом клапана 2,7 и постоянным напряжением питания катушки 24 В. Клапана работали на номинальном постоянном напряжении 60 В, чтобы снизить время, требуемое для подъема тока и минимизировать влияние различий индуктивностей катушек. Поскольку они открываются только импульсом на короткое время, то пределы рассеяния тепла не достигаются. Дополнительно, два отдельных источника электропитания позволяют настройку напряжения питания каждой катушки, создавая способ компенсации любых оставшихся различий.

Испытания проводились с одним клапаном, осуществляющим сброс на каждой стороне дифференциального датчика давления, чтобы первоначально установить эти напряжения и подтвердить одновременность открытия. Эти напряжения настраивались нужным образом всякий раз, когда замечалась разность в открытии клапанов в записи давления буферных камер. Времена закрытия, особенно, когда была работа на повышенном напряжении, были слишком длинные для клапанов, чтобы закрыться в пределах половины цикла, так что они открывались импульсом за произвольное время 40 мс.

Чтобы компенсировать утечки из буферных резервуаров после кольцевого клапана без повышения давления в цилиндре и движения поршней, был установлен клапан Circle Seal SV на каждом цилиндре буферной камеры. Эти выпускные клапаны держались открытыми всякий раз, когда двигатель останавливался, так что любые утечки после кольцевых клапанов выпускались в помещение. Непосредственно перед открытием соленоидов гелиевого запуска эти клапаны закрывались и держались закрытыми во время работы двигателя.

Обратный клапан расположен между электромагнитным клапаном и цилиндром для предотвращения обратного потока газа в электромагнитный клапан и баллон выше по потоку, когда в цилиндре происходит сжатие. Внутренняя геометрия основана на обратном клапане Circle Seal 2332R-4PP, а тарельчатые сборки были удалены от штоковых клапанов для использования в этой области. Закрывающие пружины были склонны к продуванию во время открытия клапана, вследствие высокого расхода потока, и было использовано увеличение жесткости пружин, до тех пор, пока проблема не была решена. На клапан Century Spring S-271 поток не влиял, и оставшиеся сотни запусков прошли без проблем.

На рис. 44 показан пример испытания гелиевого пуска с начальным давлением гелия 138 Бар. При таком давлении поршень приводился в движение с достаточной скоростью, чтобы достичь значительной степени сжатия (47:1) и отскакивал назад достаточно далеко, чтобы привести в действие воздушные клапаны на 0,3 дюйма. Однако, в этих начальных испытаниях штыри, присоединенные к поршням, чтобы контактировать и приводить в

движение клапанную пластину были удалены. Без дальнейшего поступления энергии, движении поршня затухало из-за трения и электромагнитных сил сопротивления.

Рис.44. Пример испытания с He-запуском

Эти начальные тесты с гелиевым пуском показали, что система выпуска буферной камеры не способна справляться с таким давлением и расхода потока, требуемых от системы воздушного привода, чтобы привести в движение поршни. Таким образом, выпускные коллекторы и нижестоящие по потоку трубопроводы были переработаны и заменены.

Рис.45. Влияние гелия на зависимость log P-log V буферной камеры

Использование гелия вызывает некоторые проблемы для сжатия в буферных камерах при первых нескольких циклах. Это вызвано тем, что более высокая удельная теплоёмкость гелия требует больше энергии для сжатия при  заданной степени сжатия. Этот эффект продемонстрирован на рис. 45. На рисунке показана логарифмическая зависимость давления Р от объема V для одной из буферных камер во время цикла подачи гелия  в сравнении с воздухом и азотом. Синяя линия показывает подачу гелия, расширение, выпуск и  последующее сжатием.

Рис.46. Спиральный насос, используемый для вакуумирования продувочного коллектора буферной камеры перед испытаниями.

Следует отметить, что кривая сжатия гелия в начале сжатия нелинейна. Пусковой резервуар не может полностью опорожниться за короткий ход расширения (~15мс), так что газ из резервуара пока еще перетекает в цилиндр буферной камеры во время такта сжатия до тех пор, пока газ в цилиндре не будет сжат до давления выше, чем в резервуаре. Также нужно отметить, что наклон кривой сжатия Не намного более крутой, чем зеленая кривая (воздух/азот). Это эффект сжимаемости. При имеющейся энергии сжатия, ограниченной кинетической энергией поршней,  дополнительный газ, вместе с более высокой работой сжатия для гелия, приводит к тому, что поршень уходит назад, не доходя до срабатывания кольцевого клапана. Тогда, без добавления энергии, движение поршня быстро затухает вследствие электромагнитных сил и сил трения.

Для смягчения этого эффекта перед каждым испытанием выпускная система буферной камеры вакуумировалась с помощью спирального насоса (рис. 46). Чтобы изолировать выпускную систему от атмосферы, 2 дюймовый шаровой клапан с пневматическим приводом, расположенный ниже по потоку  от двухстворчатого клапана,  закрывался перед каждым испытанием. Как только происходил запуск двигателя и выпускные ёмкости начинали заполняться, этот клапан открывался, чтобы дать выйти потоку из выпускные ёмкостей. При вакуумированной выпускной системе с открытыми клапанами из баллона может выйти больше гелия, снижая давление при запуске такта сжатия и, таким образом, снижая требуемую работу сжатия. Этот метод был признан достаточным для запуска двигателя, однако требовалось высокое давление подачи гелия и высокая степень сжатия на первом цикле.

2.11 Сгорание при содействии пусковой системы

Чтобы сделать запуск более совместимым и использовать меньше гелия при более низком давлении, была разработана система для впрыска и сжигания топлива на первом цикле. При этом давление подачи гелия было значительно ниже,  отрегулированное лишь настолько, чтобы получить степень сжатия, при которой водород может воспламениться. На рис.47 показан пример этого метода запуска. Во-первых, смесь водорода и воздуха подается баллона непосредственно перед началом движения поршня. Воздушный нагнетатель вручную настраивался в начале каждого испытания, обеспечивая поток воздуха 130 фут3/мин через камеру сгорания. Импульсный генератор создает командные сигналы для привода топливной форсунки, чтобы достичь требуемой смеси водорода с воздухом. Эти импульсы, показанные красным на рисунке, действуют, когда стартовый выключатель включен, так что только топливо впрыскивается примерно 200 мс перед движением поршня. Как только обнаруживается движение поршня, модельные импульсы впрыска выключаются, оставляя соответствующую топливно-воздушную смесь в камере сгорания, так как движением поршня впускные и выпускные отверстия закрываются. Смесь сжимается и самовоспламенение создает достаточно энергии для движения поршня достаточно далеко, чтобы привести в действие пневматическую систему привода, в то же время сжимая гелий, оставшийся в буферных камерах.

Рис.47. Пример системы запуска с вспомогательным сгоранием

Затем последующие циклы приводятся в действие только посредством пневматической системы привода, так как гелий заменяется на воздух-азот, в то время как давление выпускного коллектора переходит от вакуума до стационарного состояния. Если запускается эксперимент со сгоранием, то задействуются импульсы впрыска, основанные на положении поршня. В данных испытания, показанных на рис.47, запускаемый поршнем топливный впрыск возникает после задержки на 6 цикле. Эта задержка намеренно запрограммирована в логике управления и будет описана в последующих разделах.

Используемые источники

  1. Goldsborough, S. and Van Blarigan, P., «Optimizing the Scavenging System for a Two-Stroke Cycle, Free Piston Engine for High Efficiency and Low Emissions: A Computational Approach,» SAE Technical Paper 2003-01-0001, 2003, doi:10.4271/2003-01-0001.
  2. Dec, J., Yang, Y. and Dronniou, N., «Improving Efficiency and Using E10 for Higher Loads in Boosted HCCI Engines,» SAE Int. J. Engines 5(3):2012, doi:10.4271/2012-01-1107.
  3. Splitter, D., Wissink, D., Del Vescovo, D., and Reitz, R., “RCCI Engine Operation Towards 60% Thermal Efficiency,” SAE Technical Paper 2013-01-0279, 2013, doi: 10.4271/2013-01-0279.
  4. Miller, S., Svrcek, M., Teh, K-Y., and Edwards, C., “Assessing the feasibility of increasing engine efficiency through extreme compression,” Int. J. Engine Research, 2011, 12, 293-307, doi: 10.1177/1468087411404299.
  5. Das, L. M., “Hydrogen Engines: A View of the Past and a Look Into the Future,” Int. J. Hydrogen Energy, vol. 15, no. 6, pp. 425-443
  6. Van Blarigan, P. and Green, R., “NOx Emission Data Verified in a Hydrogen Fueled Engine,” CRF News, vol. 17, no. 4, Jan/Feb 1995.
  7. Onishi, S., Jo, S. H., Shoda, K., Jo, P. D. and Kato, S., “Active Thermo-Atmospheric Combustion (ATAC) – A New Combustion Process for Internal Combustion Engines,” SAE Technical Paper 570032, 1979.
  8. Karim, G. A., and Watson, H. C., “Experimental and Computational Considerations of the Compression Ignition of Homogeneous Fuel-Oxidant Mixtures,” SAE Technical Paper 710133, 1971.
  9. Christensen, M., Johansson, B., and Einewall, P., «Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) Using Isooctane, Ethanol and Natural Gas — A Comparison with Spark Ignition Operation,» SAE Technical Paper 972874, 1997, doi:10.4271/972874.
  10. Christensen, M., Johansson, B., Amnéus, P., and Mauss, F., «Supercharged Homogeneous Charge Compression Ignition,» SAE Technical Paper 980787, 1998, doi:10.4271/980787.
  11. Braun, A. and Schweitzer, P., «The Braun Linear Engine,» SAE Technical Paper 730185, 1973, doi:10.4271/730185.
  12. Mikalsen, R. and Roskilly, A. P., “A review of free-piston engine history and applications,” Applied Thermal Engineering, 27 (2007), pp. 2339-2352.
  13. Hanipah, M. R., Mikalsen, R., and Roskilly, A. P., “Recent commercial free-piston engine developments for automotive applications,” Applied Thermal Engineering, 75 (2015), pp. 493-503.
  14. Kosaka, H., Akita, T., Moriya, K., Goto, S. et al., «Development of Free Piston Engine Linear Generator System Part 1 — Investigation of Fundamental Characteristics,» SAE Technical Paper 2014-01-1203, 2014, doi:10.4271/2014-01-1203.
  15. Goto, S., Moriya, K., Kosaka, H., Akita, T. et al., «Development of Free Piston Engine Linear Generator System Part 2 — Investigation of Control System for Generator,» SAE Technical Paper 2014-01-1193, 2014, doi:10.4271/2014-01-1193.
  16. Schneider, S., Rinderknecht, F., and Friedrich, H. E., “Design of Future Concepts and Variants of the Free Piston Linear Generator,” Ninth International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies, Monaco, 2014.
  17. Haag, J., Kock, F., Chiodi, M., Mack, O. et al., “Development Approach for the Investigation of Homogeneous Charge Compression Ignition in a Free-Piston Engine,” SAE Technical Paper 2013-24-0047, 2013, doi:10.4271/2013-24-0047.
  18. Kock, F., Haag, J., and Friedrich, H., “The Free Piston Linear Generator — Development of an Innovative, Compact, Highly Efficient Range-Extender Module,” SAE Technical Paper 2013-01-1727, 2013, doi:10.4271/2013-01-1727.
  19. Van Blarigan, P., Paradiso, N., and Goldsborough, S., “Homogeneous Charge Compression Ignition with a Free Piston: A New Approach to Ideal Otto Cycle Performance,” SAE Technical Paper 982484, 1998, doi:10.4271/982484.
  20. Goldsborough, S. and Van Blarigan, P., “A Numerical Study of a Free Piston IC Engine Operating on Homogeneous Charge Compression Ignition Combustion,” SAE Technical Paper 1999-01-0619, 1999, doi:10.4271/1999-01-0619.
  21. Goldsborough, S. and Van Blarigan, P., “Optimizing the Scavenging System for a Two- Stroke Cycle, Free Piston Engine for High Efficiency and Low Emissions: A Computational Approach,” SAE Technical Paper 2003-01-0001, 2003, doi:10.4271/2003-01-0001.
  22. Aichlmayr, H. T., Van Blarigan, P., “MODELING AND EXPERIMENTAL CHARACTERIZATION OF A PERMANENT MAGNET LINEAR ALTERNATOR FOR FREE-PISTON ENGINE APPLICATIONS,” Proceedings of the ASME 3rd International Conference on Energy Sustainability, 2009, San Francisco, CA
  23. Shah, T., “Fuel Injector Flow Testing: Free Piston Linear Alternator,” Sandia National Laboratories memorandum to Terry Johnson, July 6, 2012.

Приложение А- Основные размеры СПДЛГ.jpg

Приложение А- Основные размеры СПДЛГ

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть5)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть1)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть2)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть3)

Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть4)

Перевод Илья Духанин

2.7 Пневматический динамометр

 В принципе, электрическая энергия, генерируемая во время такта расширения, может быть накоплена и использована для последующего такта сжатия. Этот подход потребовал бы большого линейного генератора, относительно выходной электрической мощности, особенно для требуемых высоких степеней сжатия. В выбранной конфигурации линейный генератор проектировался, основываясь на требуемой выходной электрической мощности, и дополнялся буферными камерами, как средствами накопления энергии. Таким образом, один линейный генератор не может дать достаточной мощности для достижения диапазона требуемых степеней сжатия в одном ходе. Следует отметить, что запуск должен быть полностью закончен, использую только линейные генераторы, хотя это и заняло бы множество циклов, чтобы создать достаточно энергии в буферной камере для достижения достаточной для воспламенения степени сжатия. Для работы в качестве исследовательского двигателя желательно иметь возможность для мотора двигателя выбирать рабочие условия перед поступлением топлива. Предпочтительнее, чем полагаться на линейные генераторы, была придумана пневматическая система для подачи сжатого воздуха в буферные камеры при положениях поршней вблизи НМТ и выпуска воздуха при контролируемом давлении вблизи ВМТ. При такой схеме степень сжатия в камере сгорания устанавливается посредством управления подаваемого давления в буферные камеры. Аналогично, величина хода поршня в буферных камерах регулируется управлением выпускаемого давления.

Рис.33. Разрез цилиндра буферной камеры, показывающий систему пневматического привода.

Рис.33. Разрез цилиндра буферной камеры, показывающий систему пневматического привода.

Схема пневматического привода буферной камеры показана на рис.33. как только поршень приближается к ВМТ, клапан впуска воздуха приводится в действие набором 12 штырей, завинченных в верхнюю часть поршня. Клапан использует кольцевую клапанную пластину, которая уплотняется тонкими кольцами напротив сопрягаемого носка на внутреннем диаметре и наружной головки на наружном диаметре. Набор из 16 пружин сжатия используется, чтобы закрыть клапан, когда на нем имеется минимальная разность давлений, хотя разность давлений создает главную уплотняющую силу. Кольцевой объём за клапанной пластиной питается от подающей системы воздушного привода воздухом или азотом под давлением 1200 psi (8,274 Мпа). Импульс поршня  создает силу для открытия клапана. Затем сжатый воздух или азот поступает в буферную камеру, в то время как поршень замедляется к НМТ и затем ускоряется в противоположном направлении, снова закрывая клапан. “P-V” работа газа двигает поршни назад к ВМТ, достигая требуемой степени сжатия. Как только поршни достигают ВМТ, клапаны выпуска буферной камеры открываются и  газ выходит в атмосферу через коллектор выпуска с управляемым компьютером двустворчатым клапаном для установки давления сброса. На рис. 34 изображены внутренняя и наружная головки в сборе.

Рис.34. Фотография внутренней и наружной головок буферной камеры в сборе

Рис.34. Фотография внутренней и наружной головок буферной камеры в сборе

Для заполнения буферных камер за малый интервал времени вблизи ВМТ требуются клапаны с возможно большим проходным сечением, работающие при большом перепаде давления с быстрым срабатыванием. Общее время, отведенное для открытия, заполнения цилиндра и закрытия составляет порядка 5 мс. Кольцевой клапан механически приводится в действие поршнем, спроектированным для удовлетворения этим ограничениям. В клапане используется кольцевая клапанная пластина, которая уплотняется тонкие кольца напротив сопрягаемого носка на внутреннем диаметре и наружной головки на наружном диаметре. Зубцы как внутреннем диаметре, так и на наружном диаметре центрируют сопрягаемые части, и пространство между зубцами образует путь для потока газа. Регулировка прокладками между наружной головкой и внутренней головкой дает способы установки наружной и внутренней уплотняющих поверхностей в одной плоскости. Плоскостность клапанной пластины гарантирует тогда хорошее уплотнение.

Исходный диаметр штырей привода клапанов составлял 3/16 дюйма (4,76 мм), было зазубривание поверхности поршня и расшатывание вследствие большой силы и импульса, связанного  с открытием клапанной пластины. Переход к диметру в ½ дюйма (6,35 мм) был достаточен, чтобы решить проблему зазубривания, хотя они были еще склонны к расшатыванию. Использование фиксатора резьбы Loctite 262 было достаточным для фиксирования их на месте для целей этих экспериментов.

Перед реализацией экспериментов с воздушным приводом было установлено, что клапанная закрывающая пружина не остается на месте при повторяющихся действиях и большой величины воздушного потока, проходящего через него. Вследствие длинной безопорной длины, пружины имели склонность к потере устойчивости при обдуве вокруг во время работы клапана. Чтобы найти способ решения этой проблемы без больших конструктивных изменений, были сконструированы детали, удерживающие пружину. Для сохранения полной длины хода клапана, была изготовлена новая внутренняя головка с увеличенной глубиной, как показано на рис.35. Основные части были запрессованы во внутреннюю головку, развернуты для скользящей посадки на вале крышек. Этот способ достаточно хорошо работал для получения начальных данных. Однако стало понятно, что у пружин были превышены пределы. После долгих испытаний пружины часто обнаруживались сломанными.

Рис.35. Первая доработка головки буферной камеры.

Рис.35. Первая доработка головки буферной камеры.

Были необходимы более длинные пружины, для того, чтобы работать  почти однодюймовым ходом клапана. Для сохранения большего срока работоспособности пружин, были необходимы пружины большего диаметра. Для пружин была выбрана хромокремниевая сталь за её упругость в областях применения с высокими циклическими нагрузками. Для установки более длинных пружин отверстия для них были подвергнуты механической обработке через заднюю часть головки, и крышка была установлена для уплотнения головки под давлением и удержать пружины на месте, как показано на рис. 36. Такая конструкция позволила получать лёгкий доступ к пружинам при их установке, проверке и замене.

Рис.36. Вторая доработка головки буферной камеры.

Рис.36. Вторая доработка головки буферной камеры.

Метод удержания пружины был также переделан в данной конструкции. Маленький диаметр штырей в предыдущей конструкции имел склонность к усталостной поломке при воздействии открытия клапана. Дополнительно в случаях излишнего хода поршня сжатие газа в скользящем механизме было достаточным для преодоления давления посадки  и вырывало базовые части из их посадочных мест. В новой конструкции используется плотная посадка штыря и отверстия для удержания пружины на месте. При закрытом клапане имеется достаточное сцепление штыря и отверстия, чтобы пружина могла держаться сама на оси отверстия. Пружинные штыри были изготовлены  из полого титанового сплава Ti-6Al-4V для прочности и малой массы. Будучи значительно большими, чем в предыдущей конструкции, если бы эти детали были сделаны из сплошной стали, ответная реакция клапана  была бы медленнее, несмотря на более высокую силу пружины. Вследствие использования полого титанового сплава собственная частота системы пружина-держатель-пластина повысилась по сравнению с предыдущей конструкцией. Это обеспечивает не только быструю реакцию клапана, но и снижает вероятность резонанса в пружине.

Соответствующее уплотнение клапанов потребовало несколько модификаций конструкции, которые обобщенно приведены в таблице 3 и на рис.37 (параметры конструкции клапанной пластины). Первоначальная конструкция пластины клапана имела толщину 0,05 дюйма (1,27 мм) из высококачественной нержавеющей стали 304. Эта конструкция была пластически деформирована силовым воздействием поршня. Последующие конструкции предусматривали изменение материалов и толщин для достижения более легкой, жесткой и более сопротивляющейся ударному воздействию конструкции. Дополнительно радиальные допуски между зубьями и сопрягаемыми поверхностями были уплотнены, чтобы снизить накопление осадка, и был добавлен жесткий допуск на плоскостность. Всего получилось 6 изменений прежде, чем клапанные пластины были достаточно надежными для уплотнения в течение многих длительных испытаний с сотнями циклов каждый.

Конечная конструкция показана на рис. 38. Конечная конструкция клапанной пластины была толщиной 0,17 дюйма (4,32 мм)  из титана 6-4 с  увеличенными уплотняющими  поверхностями, допуск на плоскостность 0,0002 дюйма (0,0051 мм), шероховатость поверхности 8 микродюймов (0,0002 мм).

Таблица 3: Модификации конструкции клапанной пластины (все размеры в дюймах).

Таблица 3 Модификации конструкции клапанной пластины (все размеры в дюймах).

*добавлены увеличенные уплотняющие поверхности, размеры применены только для уплотняющих поверхностей

 

Эти окончательные пластины клапана доказали надежность, достаточную для диапазона  наших экспериментов, хотя металлические седла и пластины были пока еще чувствительны для локальных повреждений, если загрязнения попадали каким-либо способом в систему. Детали головки несколько раз притирались из-за загрязнений, включающих частицы от повреждений клапанной пружины и отколовшиеся частицы от магнитов. Притирка пластины была наиболее распространенным явлением. Благодаря поднятым краям уплотнения,  ручная притирка напротив оптической плоскости, использующей зернистость притирочной смеси от 400 до 1200 дала хороший результат за малое время.

Рис.37. Параметры конструкции клапанной пластины

Рис.37. Параметры конструкции клапанной пластины

Рис.38. Окончательная конструкция клапанной пластины

Рис.38. Окончательная конструкция клапанной пластины

2.8 Система выпуска буферной камеры

Для обеспечения управлением нагрузкой посредством пневматической системы газ из буферной камеры выпускался при управляемом давлении, которое определяет работу сжатия, поглощаемой при наружном ходе. Управление давлением осуществлялось выпуском через коллектор и армированный резиновый рукав в буферные емкости, давление в которых регулировалось с использованием двухстворчатого клапана с электрическим приводом, работающим с компьютерным интерфейсом.

Было сделано несколько модификаций системы выпуска, чтобы получить рабочий пневматический привод. Все они имели целью достижение наибольшей скорости выпуска газа из буферной камеры для получения наибольшей общей входной энергии. Испытание система запуска с гелием с удаленными продувочными коллекторами показало несоответствующие размеры выпускных отверстий буферной камеры, так как атмосферной давление не могло быть достигнуто во время открытия выпускных отверстий даже при всех удаленных трубопроводах ниже по потоку. Термодинамическая модель двигателя была адаптирована для определения требуемых размеров отверстий для соответствующей работы. Было определено, что вырезанные исходные отверстия с пазом в ½ дюйма и длиной ½ дюйма в направлении наружного конца буферной камеры будут давать требуемый поток газа. На рис. 39 показаны модифицированные продувочные отверстия для улучшения газового потока. Последующие испытания запуска старта с гелием показали хорошую согласованность с прогнозом модели.

Рис.39. Модификация продувочных отверстий для улучшения потока газа.

Рис.39. Модификация продувочных отверстий для улучшения потока газа.

Следующие очевидные ограничения заключались в размерах исходных выпускных коллекторах, которые содержали слишком малый объем и были ограничены четырьмя выходными отверстиями под трубную резьбу ¾ дюйма. Моделирование динамика газа в выпуске буферной камеры  показало, что двухлитровый коллектор с четырьмя фитингами под трубную резьбу  1 ½ будет обеспечивать в цилиндре буферной камеры близкое к атмосферному давление в заданное время. Чтобы удовлетворить этим требованиям, были сконструированы новые выпускные коллекторы (рис. 40). Большая часть трубопроводов ниже по потоку была также заменена, чтобы получить большую площадь потока и снизить падение давления, насколько это возможно. Модифицированная система пневматического привода буферной камеры показана на рис. 41.

 Рис.40. Новая конструкция продувочного патрубка.

 Рис.40. Новая конструкция продувочного патрубка.

Рис.41. Модифицированная система продувки буферной камеры.

Рис.41. Модифицированная система продувки буферной камеры.

Продолжение статьи  Геометрия свободнопоршневых двигателей (часть6)

Представляем новую статью «Новейшие коммерческие разработки свободнопоршневых двигателей для применения в автомобилях»

Проект «Кентавр» представляет новый перевод

Новейшие коммерческие разработки свободнопоршневых двигателей для применения в автомобилях.

Перевод Илья Духанин, июнь 2016г.

Аннотация

В последние годы активно исследуются свободнопоршневые двигатели, однако в коммерческой области они пока ещё не имеют успеха. В статье проведен обзор известных современных коммерческих разработок систем со свободнопоршневыми двигателями, особенно имеющих целью применение в тяговом тракте гибридных электрических транспортных средств, что обсуждается в свете опубликованных исследований. Обращаясь к новейшим публикациям и, в особенности, к патентным документам ведущих промышленных изготовителей, знакомясь с менее широко известным коммерческим исследованием, излагаются усилия по свободнопоршневым двигателям. В дальнейшем в этих публикациях показаны  главные технические проблемы, которые встают перед исследователями этой технологии.

Связаться с нами можно на странице Контакты

Посмотреть область применения проекта.

Вернуться на Главную страницу.

Линейный генератор с двигателем внутреннего сгорания со свободным поршнем. Структура и перспективы применения

Проект «Кентавр» представляет новую опубликованную статью.

Данная статья была опубликована в Международном научно-техническом журнале «ТРАНСПОРТ НА АЛЬТЕРНАТИВНОМ ТОПЛИВЕ» № 6 (30) 2012год.

В данной статье о двигателях рассматривается

Линейный генератор с двигателем внутреннего сгорания со свободным поршнем. Структура и перспективы применения.

Аннотация:

В настоящей статье рассматривается интегральная силовая установка, состоящая из двигателя внутреннего сгорания со свободным поршнем и линейной электрической машины. Приводится обзор разработок и прототипов, виды компоновочных схем линейного генератора с двигателем со свободным поршнем. Анализируется динамика и резонансная характеристика, система управления. Обсуждается применение альтернативных видов топлива.

 

Связаться с нами можно на странице Контакты

Посмотреть область применения проекта.

Вернуться на Главную страницу.

 ————————————————————————————————————

 

Регистрация
Архивы