Автономний лінійний генератор електричної енергії (варіанти)

1. Автономный линейный генератор электрической энергии, включающий двигатель внутреннего сгорания с поршнем в поршневом цилиндре, приспособленный для работы с переменным ходом, устройство возврата механической энергии для получения кинетической энергии от поршня во время такта расширения и передачи ее поршню для выполнения им такта сжатия по окончании такта расширения, фиксированные обмотки с выводами для подсоединения к нагрузке и постоянный магнит, установленный с возможностью перемещения вместе с поршнем и взаимодействия посредством связывающего магнитного потока с фиксированными обмотками для выработки напряжения на выводах и подачи энергии на нагрузку, отличающийся тем, что двухтактный двигатель имеет предкамеру с отверстием в основании, направленным к поршневому цилиндру, для дозирования количества воздуха , требующегося для образования воздушно-топливной смеси, и ее сгорания, предкамера включает устройство дозированного впрыска по крайней мере стехиометрического количества топлива для по крайней мере части упомянутого количества воздуха и образования воздушно-топливной смеси, магнит и фиксированные обмотки имеют такие размеры, что в установившемся режиме, для данного воздушнотопливного соотношения и при постоянном количестве воздуха, соотношение между первым количеством энергии, требуемой для выработки электрической энергии в первом цикле расширениесжатие, и вторым количеством энергии, требуемой для выработки электрической энергии во втором цикле расширение-сжатие, практически равно превышению первого коэффициента сжатия, полученного в предкамере во время выработки электрической энергии в первом цикле, над вто C2 (54) АВТОНОМНИЙ ЛІНІЙНИЙ ГЕНЕРАТОР ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ (ВАРІАНТИ) 41405 8. Автономный линейный генератор электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что включает дополнительный поршень, расположенный напротив упомянутого поршня, дополнительную фиксированную обмотку и дополнительный магнит, установленный с возможностью перемещения вместе с дополнительным поршнем и взаимодействия с дополнительной фиксированной обмоткой. 9. Автономный линейный генератор электрической энергии по п. 8, отличающийся тем, что включает третий поршень, соединенный с упомянутым поршнем с возможностью их согласованного перемещения, а также четвертый поршень, соединенный с дополнительным поршнем с возможностью их согласованного перемещения. 10. Автономный линейный генератор электрической энергии по п. 8, отличающийся тем, что включает предкамеру, общую для упомянутого поршня и дополнительного поршня, продольная ось которой перпендикулярна к оси упомянутых поршней. 11. Автономный линейный генератор электрической энергии по п. 10, отличающийся тем, что включает дополнительную предкамеру, при этом предкамера и дополнительная предкамера установлены диаметрально противоположно друг относительно друга. 12. Автономный линейный генератор электрической энергии по п. 8, отличающийся тем, что устройство возврата механической энергии включает средство управления для регулирования количества энергии, возвращаемой поршню. 13. Автономный линейный генератор электрической энергии по п. 8, отличающийся тем, что устройство возврата механической энергии включает средство регулирования для перемещения устройства возврата механической энергии вдоль оси движения поршня. 14. Автономный линейный генератор электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что устройство возврата механической энергии включает опору для подсоединения к якорю, которая обладает упругостью в направлении движения поршня. 15. Автономный линейный генератор электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что включает вспомогательный продувочный пор шень, установленный с возможностью перемещения вместе с упомянутым поршнем, первый односторонний клапан для всасывания воздуха во время такта сжатия и второй односторонний клапан для нагнетания воздуха в предкамеру во время такта расширения. 16. Автономный линейный генератор электрической энергии по п. 1, отличающийся тем, что устройство впрыска топлива выполнено таким образом, что в установившемся режиме с воздухом смешивается такое количество топлива, которое эквивалентно 120 процентам от стехиометрического значения. 17. Автономный линейный генератор электрической энергии с уменьшенными выбросами, включающий двигатель вн утреннего сгорания с поршнем в поршневом цилиндре и устройство возврата механической энергии для получения кинетической энергии от поршня во время такта расширения и передачи ее поршню для выполнения им такта сжатия по окончании такта расширения, отличающийся тем, что двухтактный двигатель имеет предкамеру с отверстием в основании, направленным к поршневому цилиндру, для дозирования количества воздуха, требующегося для образования воздушно-топливной смеси, и ее сгорания, электроды, размещенные внутри предкамеры, для зажигания воздушно-топливной смеси, включает устройство дозированного впрыска по крайней мере стехиометрического количества топлива для по крайней мере части упомянутого количества воздуха и образования воздушнотопливной смеси, устройство управления сгоранием для обеспечения сгорания смеси до того, как топливо попадет в цилиндр. 18. Автономный линейный генератор электрической энергии по п. 17, отличающийся тем, что включает фиксированные обмотки с выводами для подсоединения к нагрузке, постоянный магнит, установленный с возможностью перемещения вместе с поршнем и взаимодействия посредством связывающего магнитного потока с фиксированными обмотками, а также устройство контроля электрической энергии, изменяющее длину хода поршня в зависимости от изменения нагрузки. Настоящее изобретение относится к области автономных линейных электрических генераторов энергии, в частности, к генератору, в котором механическая энергия возвратно-поступательного движения поршней двигателя внутреннего сгорания без коленчатого вала, преобразуется в электрический ток при взаимодействии постоянных магнитов, связанных с поршнями, с неподвижными обмотками, которые циклически попадают в магнитное поле магнитов. Наиболее близкую к предлагаемому линейному генератору конструкцию описали Jarret Jacques и Jarret Jean в патентной заявке США № US-A-4 154 200. Данное устройство содержит двигатель внутреннего сгорания с поршнем в поршневом цилиндре, приспособленный для работы с переменным ходом, устройство возврата механической энергии, возвращающее поршни в исходное по ложение, фиксированные обмотки с выводами для подсоединения к нагрузке и постоянный магнит, установленный с возможностью перемещаться вместе с поршнем и взаимодействовать посредством связывающего магнитного потока с фиксированными обмотками для выработки напряжения на выводах и подачи энергии на нагрузку. Во время такта сжатия контроль над "возвращением" поршня осуществляется посредством электрического тока, что решает ряд проблем, однако вдобавок требует установку промежуточных аккумуляторных батарей и не разрешает другие вышеупомянутые неудобства. Кроме того, для того чтобы далее не увеличивать потери, которые являются уже высокими, свежий воздух для цикла подается в цилиндр акустическим резонансом, который может быть достигнут только в пределах ограниченного диапазо 2 41405 на частот цикла, и который обусловливает такой тип двигателя, который запускается фактически электрически и затем использует в значительной степени неизменную, очень высокую степень сжатия порядка 26:1, которая означает, что он действительно применим только при использовании тяжелого бензина в качестве топлива и для работы при очень высоких постоянных скоростях, что в свою очередь связано с необходимостью рассеивания некоторого количества тепла путем охлаждения, с соответствующими проблемами. В основу настоящего изобретения поставлена задача разработать конструкцию генератора с высоким коэффициентом полезного действия, минимальными относительными габаритами, регулируемой производительностью и возможностью регулирования с целью минимизации загрязнения окружающей среды и шума, путем контроля за количеством топлива, на один цикл и за конечным положением сжатия поршня или поршней; использования одной или нескольких камер предварительного сгорания, далее предкамер, дополнительно к цилиндрам; компоновкой электромагнитного блока и блока внутреннего сгорания в функциональный узел, интегрированный таким образом, чтобы механическая энергия возвратно-поступательного движения поршней двигателя внутреннего сгорания без коленчатого вала, соответствовала количеству энергии, поглощенной электромагнитным блоком для получения электрического тока для любого хода, в соответствии с законами термодинамики, сгорания газов и электромагнетизма; причем, как будет описано далее, при очень низких максимальных, средних и минимальных температурах используемых термодинамических циклов (приблизительно половинное значение этих величин, характерных для обычного двигателя внутреннего сгорания), и, следовательно, фактически нулевом загрязнении, и с очень высоким общим к.п.д. блока внутреннего сгорания при всех скоростях работы. Поставленная задача решается тем, что в известном автономном линейном генераторе электрической энергии, включающем двигатель внутреннего сгорания с поршнем в поршневом цилиндре, приспособленном для работы с переменным ходом, устройство возврата механической энергии для получения кинетической энергии от поршня во время такта расширения и передачи ее поршню для выполнения им такта сжатия по окончании такта расширения, фиксированные обмотки с выводами для подсоединения к нагрузке и постоянный магнит, установленный с возможностью перемещения вместе с поршнем и взаимодействия посредством связывающего магнитного потока с фиксированными обмотками для выработки напряжения на выводах и подачи энергии на нагрузку; двухтактный двигатель имеет предкамеру с отверстием в основании, направленным к поршневому цилиндру, для дозирования количества воздуха, требующегося для образования воздушнотопливной смеси, и ее сгорания, в результате которого выделяется энергия, вынуждающая поршень выполнить такт расширения внутри цилиндра; предкамера включает устройство дозированного впрыска по крайней мере стехиометрического количества топлива для, по крайней мере, части упомянутого количества воздуха и образования воздушно-топливной смеси; магнит и фиксированные обмотки имеют такие размеры, что в установившемся режиме, для данного воздушнотопливного соотношения и при постоянном количестве воздуха, соотношение между первым количеством энергии, требуемой для выработки электрической энергии в первом цикле расширениесжатие, и вторым количеством энергии, требуемой для выработки электрической энергии во втором цикле расширение-сжатие, практически равно превышению первого коэффициента сжатия, полученного в предкамере во время выработки электрической энергии в первом цикле, над вторым коэффициентом сжатия, полученным в предкамере во время выработки электрической энергии во втором цикле, умноженному на превышение общей производительности двигателя при первом коэффициенте сжатия над общей производительностью двигателя при втором коэффициенте сжатия. Предпочтительно, генератор имеет трубопровод для подачи воздуха, ведущий от цилиндра к основанию предкамеры. Причем магнит и фиксированные обмотки могут быть размещены таким образом, что связывающий магнитный поток в течение такта расширения уменьшается, а в течение такта сжатия увеличивается. Целесообразно, чтобы к выводам была подсоединена омическая нагрузка постоянной величины, а упомянутое взаимодействие обеспечивалось формой и размещением магнита относительно фиксированных обмоток, например, магнит может быть выполнен в форме параллелепипеда, имеющего такие толщину и ширину, а между магнитом и фиксированной обмоткой имеется такой воздушный зазор, что при движении поршня вместе с магнитом, во время множества различных ходов поршня при сжатии, генерируется электрическая энергия, величина которой описывается кривой, в целом, совпадающей с кривой, описывающей энергию, генерируемую двигателем для упомянутого множества различных величин ходов поршня при сжатии. Предпочтительно, чтобы предкамера была выполнена практически конической по форме, а сопло для впрыска топлива было установлено в ее вершине. Наиболее предпочтителен вариант, в котором предкамера выполнена практически в форме усеченного конуса и имеет канал, соединяющий цилиндр с основанием предкамеры, первое сопло для впрыска топлива расположено вдоль оси предкамеры на ее основании, и второе сопло для впрыска топлива расположено перпендикулярно оси предкамеры. Целесообразно, чтобы генератор включал дополнительный поршень, расположенный напротив упомянутого поршня, дополнительную фиксированную обмотку и дополнительный магнит, установленный с возможностью перемещения вместе с дополнительным поршнем и взаимодействия с дополнительной фиксированной обмоткой; и третий поршень, соединенный с упомянутым поршнем с возможностью их согласованного перемещения, а также четвертый поршень, соединенный 3 41405 с дополнительным поршнем с возможностью их согласованного перемещения. Предпочтительно, чтобы в этой конструкции имелись: предкамера, общая для упомянутого поршня и дополнительного поршня, продольная ось которой перпендикулярна к оси упомянутых поршней и дополнительная предкамера; при этом предкамера и дополнительная предкамера могут быть установлены диаметрально противоположно друг о тносительно друга. Причем устройство возврата механической энергии может включать средство управления для регулирования количества энергии, возвращаемой поршню, а устройство возврата механической энергии может включать средство регулирования для перемещения устройства возврата механической энергии вдоль оси движения поршня. Кроме того, устройство возврата механической энергии может включать опору для подсоединения к якорю, которая обладает упругостью в направлении движения поршня. Целесообразно, чтобы генератор включал вспомогательный продувочный поршень, установленный с возможностью перемещения вместе с упомянутым поршнем, первый односторонний клапан для всасывания воздуха во время такта сжатия, и второй односторонний клапан для нагнетания воздуха в предкамеру во время такта расширения. Причем устройство впрыска топлива, предпочтительно, выполнено таким образом, что в установившемся режиме с воздухом смешивается такое количество топлива, которое эквивалентно 120 процентам от стехиометрического значения. Кроме того, поставленная задача решается тем, что в автономном линейном генераторе электрической энергии с уменьшенными выбросами, включающем двигатель внутреннего сгорания с поршнем в поршневом цилиндре и устройство возврата механической энергии для получения кинетической энергии от поршня во время такта расширения и передачи ее поршню для выполнения им такта сжатия по окончании такта расширения; двухтактный двигатель имеет предкамеру с отверстием в основании, направленным к поршневому цилиндру, для дозирования количества воздуха, требующегося для образования воздушно-топливной смеси, и ее сгорания; электроды, размещенные внутри предкамеры, для зажигания воздушно-топливной смеси; включает устройство дозированного впрыска по крайней мере стехиометрического количества топлива для, по крайней мере, части упомянутого количества воздуха и образования воздушно-топливной смеси; устройство управления сгоранием для обеспечения сгорания смеси до того, как топливо попадет в цилиндр. При этом сгорание смеси производит энергию, требуемую для выполнения поршнем такта расширения внутри цилиндра, а смесь во время сгорания распространяется в цилиндрический объем воздуха, в который не было впрыснуто топливо, и сгорание выполняется с минимальным образованием ядовитых продуктов сгорания NOx, CO. Причем наиболее предпочтительная конструкция генератора, включает фиксированные обмотки с выводами для подсоединения к нагрузке, постоянный магнит, установленный с возможно стью перемещения вместе с поршнем и взаимодействия посредством связывающего магнитного потока с фиксированными обмотками, а также устройство контроля электрической энергии, изменяющее длину хода поршня в зависимости от изменения нагрузки. Далее конструкция описывается более подробно, со ссылками на приложенные графические материалы: На Фиг. 1 показано продольное схематическое сечение варианта конструкции одного цилиндра двухтактного генератора; На Фиг. 2 показано продольное схематическое сечение другой конструкции с двумя поршнями, обращенными друг к другу, и одной общей камерой сгорания; На Фиг. 3 изображен схематический вид сверху генератора, снабженного четырьмя поршнями, связанными в пары, совмещенными с двумя камерами сгорания; На Фиг. 4 показано продольное сечение конструкции направляющей магнитов и неподвижные витки обмотки; На Фиг. 5 изображена кривая степени сгорания бензина, как функция весового отношения воздух/бензин в смеси; На Фиг. 6 показано продольное сечение варианта конструкции с отдельным цилиндром, снабженным вспомогательными поршнями для продувки; На Фиг. 7 изображена кривая к.п.д. двигателя внутреннего сгорания генератора; На Фиг. 8 изображена кривая удельного потребления; На Фиг. 9 показан вид предкамеры в форме усеченного конуса с двумя форсунками инжектора. На Фиг. 1 изображен генератор 1, в котором неподвижные обмотки 2 и магниты 3 размещены таким образом, что происходит уменьшение степени их взаимодействия при рабочем ходе поршня 4, и увеличение степени их взаимодействия при ходе сжатия поршня 4. Однако возможны другие конструкции, в которых части собраны так, что происходит обратное явление, то есть в которых между магнитами 3 и обмотками 2 увеличивается степень взаимодействия при рабочем ходе и наоборот. Генератор состоит из цилиндра 5, в котором перемещается поршень 4 (Фиг. 1), связанный посредством вилки 6 с двумя идентичными системами магнитов 3, расположенными симметрично относительно оси цилиндра. При выполнении поршнем 4 тактов сжатия и расширения магниты 3 циклически погружаются в две идентичные симметричные неподвижные обмотки 2, причем степень их погружения изменяется в зависимости от длины хода поршня. При ходе сжатия, как указано, степень взаимодействия между магнитами 3 и соответствующими обмотками 2 увеличивается и, наоборот, уменьшается при ходе расширения. Движение поршня 4 в одном направлении происходит под давлением газа, который образуется при сгорании топлива, а в другом направлении - благодаря устройству возврата механической энергии, например, одной или нескольким 4 41405 торсионным пружинам или другому устройству, включая известные электромагнитные системы, которые могут использовать электрическую энергию для возврата поршню механической энергии, например, как в уже известных, упомянутых выше, генераторах, даже если такая система будет более сложной и дорогой. Топливо подают через форсунку инжектора 7 и распыляют таким образом, чтобы получить, по крайней мере, стехиометрическое количество топлива, для, по крайней мере, части количества воздуха, содержащегося в предкамере 8, которая является по существу конической, с основанием 9, которое открыто в направлении цилиндра 5. Узел поршень/магнит поддерживается двумя вращающимися (или скользящими) фрикционными системами 10, 11, которые могут быть установлены на корпусе указанного цилиндра 5, и которые позволяют узлу совершать описанные выше ходы с минимальными механическими потерями. Изображенный на Фиг. 1 генератор 1 с двухтактным двигателем, легко описать в действии. Для запуска достаточно ввести необходимое количество должным образом распыленного топлива в предкамеру 8 и, только для начального цикла, в цилиндр 5, и создать искру зажигания между электродами 12, расположенными вблизи основания 9 конуса, образующего предкамеру 8. "Взрыв" воздушно-топливной смеси выталкивает узел поршень/магнит в направлении к упомянутым пружинам 13, сжимая их, и эти пружины затем расширяются для возвращения того же самого количества "поглощенной" кинетической энергии таким образом, чтобы поршень 4 закончил данный обратный ход сжатия. Длина хода сжатия зависит от кинетической энергии, приобретенной поршнем 4 в результате указанного начального "взрыва", за вычетом количества энергии, которое преобразовано в электрическую энергию в обмотках 2 во время ходов в обоих направлениях, а также различных потерь. Полученный в результате остаток кинетической энергии поршня 4 затем преобразуется в ход сжатия определенной длины. В конце процесса сжатия, плотность и, следовательно, масса воздуха, содержащегося внутри предкамеры 8, увеличится в соответствии с полученной степенью сжатия, через форсунки инжектора 7 должен быть введен бензин, количество которого эквивалентно или несколько превышает количество, соответствующее стехиометрическому соотношению, которое воспламеняют с помощью электродов 12. Если электромагнитная система выполнена в соответствии с изобретением, то есть таким образом, что для хода сжатия и для соответствующей скорости поршня, которая увеличивается при увеличении степени сжатия, механическая энергия, поглощенная указанной электромагнитной системой для выработки электрической энергии при прямом и обратном ходах поршня 4 будет точно равна энергии, произведенной при сгорании (чистый выход), а поршень 4 закончит один рабочий ход плюс один обратный ход сжатия, и остановится в той же точке, как и прежде, без изменения степени сжатия. Поэтому при впрыске одного и того же количества топлива для любого количества таких циклов, генератор работает при постоянных установившихся условиях, а увеличение количества электрической энергии, выработанной за цикл, является лишь вопросом увеличения количества топлива, вводимого в предкамеру 8. Причем образующийся при сгорании прирост энергии, по сравнению с предыдущим циклом при установившихся усло виях, распределяется между приростом количества выработанной электрической энергии и увеличением степени сжатия, а установившееся значение степени сжатия снова зависит исключительно от нового положения, занимаемого поршнем 4 в конце хода сжатия, при этом должно быть впрыснуто большее количество топлива, соответствующее большей массе воздуха, содержащегося в предкамере 8, для того чтобы приспособиться к новым условиям, и режим работы будет оставаться установившимся при новых условиях. Другими словами, для этого нового хода сжатия и для новой скоростной характеристики поршня 4 количество энергии, поглощенной электромагнитной системой (то есть количество электрической энергии, выработанной в цикле, разделенной на электромагнитный к.п.д.) является точно таким же, как новое значение количества энергии, полученное при сгорании при новых условиях. Очевидно, что то же самое имеет место при замедлении и сокращении хода поршня, хотя в этом случае количество бензина за цикл должно быть уменьшено, а не увеличено. Согласно изобретению, предпочтительно увеличить насыщение воздуха в предкамере 8 при установившихся условиях примерно на 20% по сравнению с точным стехиометрическим значением, то есть поддерживать весовое отношение воздух/бензин » 12.2. При этих условиях, быстрое ускорение и замедление поршня 4 может быть достигнуто путем увеличения или уменьшения количества топлива, как объяснено, на 14% по сравнению с предшествующим циклом, поддерживая состояние смеси внутри предкамеры 8 так, чтобы скорость сгорания была как можно ближе к оптимальной (см. Фиг. 5), соответствующей оптимальным характеристикам цикла и его термодинамической эффективности. Если в предкамере 8 использовать богатые смеси при изменении скорости, эффект от применения генератора, по изобретению, относительно чистоты его выбросов будет существенно хуже. Сгорание фактически вызывает непосредственное, очень быстрое расширение с соответствующей локализацией температуры смеси, которая без чего-либо еще смешивается с весьма значительным объемом воздуха, который содержится в цилиндре 5 и имеет относительно низкую температуру при любых условиях эксплуатации. Так, в экспериментальном опытном образце с максимальной степенью сжатия r=8,5, для этого сжатия в установившемся режиме получены максимальная температура цикла около 756°С (1029°К) и температура выпуска около 164°С (437°К), при (l v)=10. Специалист в этой области легко определит содержание токсичных веществ при сгорании (NOx, CO), которые фактически равны нулю при этих условиях. 5 41405 Описанные процессы сгорания, которые возможны при использовании предкамеры 8, также позволяют изменять энергию цикла при неизменном ходе сжатия или, наоборот, без применения какого-либо другого регулирования и, как установлено, без отрицательных эффектов. В том случае, если может нагрузка изменяться, количество топлива при сжатии изменяют так, чтобы обеспечить постоянный ход сжатия, обеспечивая, таким образом, количество выработанной энергии к потребляемой нагрузке. Можно определить различные характеристические кривые, геометрические размеры двигателя и частей генератора, и тип регулирования, связанного с типом нагрузки, также как процентное увеличение или уменьшение количества топлива на цикл, которое следует обеспечить при различных режимах работы. Преимуществом генератора является то, что в генераторе, по настоящему изобретению, в пределах сферы его использования, при увеличении хода сжатия, увеличение эффективного напряжения на концах обмотки происходит по подобным кривым, но на уровень выше. Это также имеет место по отношению к количеству энергии на цикл в самом простом случае, в котором нагрузка является совершенно омической. Очевидно, что вышеупомянутый однофазный ток, выработанный генератором, может быть выпрямлен посредством диодов или модулирован с помощью конвертера, в зависимости от потребностей, что в транспортных средствах позволяет подавать ток непосредственно к электродвигателям без использования промежуточных аккумуляторных батарей. Для регулирования работы двигателя внутреннего сгорания, требуется отмечать положение поршня 4 в конце хода сжатия и вводить эти данные в центральное электронное устройство (не показано), которое регулирует количество топлива, подаваемого за один цикл, форсункой инжектора 7, в зависимости от положения поршня 4 в предшествующем цикле, как определено, и/или от нагрузки, увеличивая или уменьшая ее как требуется, где необходимо, посредством увеличения или сокращения данного параметра, например, с помощью, изменения углового или линейного положения педали управления подачей топлива или другого устройства, выполняющего подобную функцию. Для двигателя мощностью около 35 л. с., сконструированного по упомянутым параметрам, при изменении количества топлива за цикл, эквивалентном 14%, переход от минимальных до максимальных условий выработки электроэнергии достигается менее чем за 2 секунды. Если полностью прекратить подачу топлива, то после очень непродолжительного остаточного "инерционного" хода поршни останавливаются в положении, в котором сопротивление сжатого газа, содержащегося в цилиндре 5, эквивалентно и противоположно результирующей силе притяжения между перемещающимися магнитами 3 и другими намагниченными или даже ферромагнитными элементами, которые связаны с неподвижной системой обмоток 2. Данные элементы не показаны на фигурах и могут иметь различную форму и расположение в зависимости от необходимости. Таким образом, для того, чтобы обеспечить работу генератора, отношение количества механической энергии, поглощенной генератором (эквивалентно количеству выработанной электрической энергии, разделенному на соответствующий электромагнитный к.п.д.) при двух различных ходах сжатия в двига теле внутреннего сгорания, должно быть, по существу, таким же, что и отношение двух соответствующи х степеней сжатия, умноженное на отношение двух полных производительностей собственно двигателя при этих двух соответствующи х степенях сжатия. Рассмотрим численный пример, в котором при двух различных ходах поршней (и, следовательно, соответствующи х магнитов), полученные две степени сжатия эквивалентны 8,5 (:1) и 3,6 (:1) и что общие к.п.д. двигателя внутреннего сгорания, соответственно, равны 0,46 и 0,30 для этих степеней сжатия. Для достижения ранее поставленных целей, магнитам и обмоткам должны быть приданы размеры которые соответствовали бы типу нагрузки, электрические параметры которой можно контролировать так, что отношение между количеством энергии, использованной электромагнитной частью генератора за два различных соответствующих цикла, то есть во время одного хода сжатия и одного рабочего хода поршня, с соответствующими указанными степенями сжатия, было эквивалентно 8,5/3,6х0,46/0,30=3,6. Другими словами, механическая энергия, использованная магнитами за один цикл движения, соответствующего степени сжатия 8,5 должна быть в 3,6 раз больше, чем в цикле при степени сжатия 3,6. Это означает, что две различные порции топлива, которые могут быть смешаны приблизительно стехиометрически с двумя различными массовыми количествами воздуха, содержащегося в предкамере при соответствующи х указанных степенях сжатия, дадут точное суммарное количество энергии, соответствующее выработанной электроэнергии на выходе и энергии, необходимой для перемещения магнитов. Если нагрузка на обмотках чисто омическая, то эта цель может также быть достигнута исключительно приданием нужных физических размеров и формы магнитам и обмоткам, как объяснено ниже, так, чтобы это учитывалось автоматически при любом ходе сжатия. Иначе говоря, количество топлива на цикл и/или электрические значения, соответствующие нагрузке, можно варьировать так, как это было объяснено ранее. Коэффициент полезного действия функциональной части генератора тогда определяет количество электрической энергии, фактически выработанной при различных хода х сжатия двигателя внутреннего сгорания. Вышеупомянутое может быть достигнуто физически, например, увеличением числа витков в обмотках 2 пропорционально или в соответствии с кривыми распределения в направлении движения магнитов 3 (см. стрелку на Фиг. 4), изменением формы магнитов 3 и/или варьированием электрических значений, связанных с нагрузкой. 6 41405 Очевидно, что возможны и другие конструкции, включая использование нескольких магнитов, предпочтительно, в форме параллелепипедов, и фиксированных обмоток (Фиг. 4), установленные и имеющие такие размеры, что электрическая энергия, выработанная за один цикл при их относительном движении для различных ходов (которая является интегралом ∫Vidt за цикл времени), может быть описана кривой, форма которой может быть изменена, обеспечивая соответствие кривой энергии, производимой двигателем внутреннего сгорания за один цикл (чистый выход), изменяя, например, толщину магнитов, их ширину и/или воздушный промежуток (Т на Фиг. 4). Однако эти вариации не являются обязательными, и могут быть конструкции, в которых магниты имеют форму параллелепипеда, с изменяемым количеством смешиваемого в предкамере воздуха, и/или подаваемого топлива, выполненные таким образом, чтобы количество энергии, произведенной двигателем при любой скорости, было таким, как это необходимо генератору для выработки электрической энергии. Это особенно просто, если нагрузка является совершенно омической и имеет постоянное значение (Фиг. 4). Тип сгорания, имеющий место при использовании одной предкамеры 8 или, предпочтительно, двух предкамер 14, размещенных диаметрально противоположно и навстречу друг другу (см. Фиг. 9), более характерен для форсунок, чем для обычных двигателей внутреннего сгорания, и, как указано, характеризуется очень низкими температурами внутри цилиндра, что наряду с избытком кислорода, способствующего полноте сгорания, в значительной степени препятствует образованию ядовитых продуктов типа моноокиси углерода, углекислоты и NOx. Предкамеры, показанные на Фиг.1, 2 и 6 являются коническими по форме, с одной форсункой инжектора 7 на конце, но иногда может быть полезно использовать предкамеры, которые имеют форму, близкую к цилиндрической форме или выполнены в форме усеченных конусов с несколькими форсунками инжекторов 15, оси которых перпендикулярны к оси предкамеры (Фиг. 9). Если цилиндр 16 связан посредством соответствующих каналов 17 с закрытым основанием предкамеры 18, открытой в сторону упомянутого цилиндра 9, то до требуемой величины можно насытить только часть общего объема воздуха, содержащегося в предкамере. Вторая форсунка инжектора 7, установленная на основании предкамеры 18. может использоваться только для начального стартового цикла. При таком устройстве и расположении предкамеры можно полностью устранить образование углеводородов, благодаря очень высокой турбулентности, возникающей при столкновении смесей из двух объемов при их расширении и сгорании. Возможны также и другие приспособления с одним инжектором или более. Описанный ранее процесс касается случаев, в которых двигатель внутреннего сгорания питается топливом с низкой температурой зажигания, типа бензина, спирта или газообразного топлива. Однако при использовании дизельного или подобно го топлива, целесообразно установить две форсунки инжектора в одной предкамере (Фиг. 9), первая из которых для бензина, например, с соответствующим таймером, предназначена только для запуска, и используется до тех пор, пока не будет достигн ута адекватная степень сжатия, достаточная для самовоспламенения дизельного топлива, которое затем подается второй форсункой. Это решение может быть рекомендовано для стационарных генераторов высокой мощности, где задача получения максимальной производительности может преобладать над проблемой загрязняющих выхлопов (которые фактически могут быть ограничены частичной рециркуляцией выхлопных газов). При таком виде работы может поддерживаться очень низкая температура по сравнению с температурой, имеющей место у известных двигателей. Как было упомянуто, узел поршень/магнит может перемещаться, например, с помощью двух или больше фрикционных втулок качения 10, которые скользят по направляющим штифтам 11 (Фиг. 1) или, с помощью подобных устройств, минимизирующи х трение. В этом случае, учитывая низкие температуры, нет необходимости обеспечивать смазкой перемещающиеся части. Не требуется также никакой системы охлаждения и фактически целесообразно разобщить д.в.с. так, чтобы процесс был адиабатическим. Поскольку представленный д.в.с. является двухтактным, для каждого цикла требуется подача воздуха и продувка цилиндра или цилиндров. Поэтому предлагается решение, которое должно обеспечить этот процесс с помощью вспомогательного поршня продувки 20 (Фиг. 6), который, перемещаясь совместно с поршнем 4 двигателя, при ходе сжатия поршня, втягивает воздух в цилиндр 21, который удерживается там посредством одноходового клапана 22 и сжимается при ходе расширения вышеупомянутого поршня 4 до тех пор, пока второй одноходовой клапан 23 выпускает его в предкамеру 8 и соответствующий цилиндр 5, благодаря снижению давления, происходящего в полости цилиндра 5 двигателя. При такой системе эффективность продувки, достигающая значения 0,90, может быть достигнута без особого труда, и, что важно, является, по существу, постоянной для любого хода сжатия и, следовательно, любого количества топлива на цикл. Такой же результат может быть достигнут со вспомогательным поршнем 24 на Фиг. 9, который является составным с поршнем 25 и использует часть цилиндра 16 двигателя как вспомогательный цилиндр 26, в соответствии с известным способом для двухтактных двигателей с внутренней продувкой. Это решение показано на Фиг. 9 для конструкции оппозитных поршней, и объясняется ниже. Поскольку эффективный ход расширения поршня 4, 25 двигателя эквивалентен только соответствующей длине цилиндра 5, 16, а ход сжатия вспомогательного поршня 20, 24 равен сумме этой длины плюс длины хода сжатия пружин, то, учитывая это, на стадии проектирования диаметр вспомогательного поршня 20, 24 может быть выбран большим, таким же самым или меньшим, чем 7 41405 диаметр поршня двигателя, в зависимости от того, какая, полная или только частичная продувка от газов сгорания, требуется для данного диапазона скоростей. Например, в опытном образце, с вспомогательным поршнем 20 (Фиг. 6), имеющим диаметр, такой же, как поршень двигателя 4, имеет место полная продувка при ходе сжатия, соответствующем степени сжатия 3,5:1, и частичная продувка с уменьшением количества воздуха, впускаемого при меньших хода х, пока продувка не достигает значения только 50% объема цилиндра при степени сжатия 1,6:1, которая принята как минимально приемлемая. Частичная рециркуляция газов сгорания при более низких степенях сжатия позволяет, сохранять температуру и, следовательно, продолжительность сгорания достаточно долго, что позволяет избежать образования углеводородов в выхлопных газах на переходных режимах низкого сжатия при запуске генератора 1. Для оптимизации работы целесообразно использовать датчики температуры цилиндра и давления, первый из которых служит для того, чтобы варьировать количество подаваемого топлива при холодном двигателе (запуск), а второй служит для того, чтобы, в зависимости от положения поршня в конце сжатия, регулировать топливный насос высокого давления, чтобы достигнуть эффективного впрыскивания, в зависимости от режима работы. Эти устройства на рисунках не показаны, поскольку они известны и легко осуществимы специалистом в данной области. Чтобы далее упростить конструкцию автономного линейного генератора, согласно изобретению, и одновременно устранить удары и/или вибрации, целесообразно использовать одну или более пар встречных поршней 25, 27, предпочтительно, с общей детонационной камерой 16 (Фиг. 2). В этом случае целесообразно иметь одну предкамеру 8 (или две встречных предкамеры 14, Фиг. 9), установленную в центре, на продольной оси h, перпендикулярной оси k поршней 25, 27. Для обеспечения точной синхронизации отдельных пар поршней при их работе, где это необходимо, поршни 25, 27 могут быть связаны посредством соединяющих устройств 28, 29 (Фиг. 3), причем эти поршни работают в одном направлении в каждый момент времени в цикле. При использовании устройств возврата механической энергии, в данном случае пружин 13, целесообразно, чтобы их положение было регулируемым вдоль оси k движения поршней, связанных с ними, что позволяет вырабатывать различное количество электрической энергии за цикл без изменения требуемой частоты. С другой стороны, из соображений оптимальной эффективности, при том же цикле, может быть изменена частота, благодаря изменению длины хода поршней и, следовательно, времени их перемещения. При непрерывном контроле за скоростью и синхронизацией поршней, ход поршня может быть изменен микрометрически, так чтобы поддерживаться постоянно и совершенно синхронно. Очевидно, что для получения упомянутого результата достаточно, чтобы регулировалось положение пружин, связанных только с половиной из поршней, а именно: с теми поршнями, которые связаны между собой посредством соединяющих устройств 28 (Фиг. 3.). Устройство, для вышеупомянутого регулирования может быть выполнено, например, в виде шагового двигателя или электродвигателя постоянного тока 30, связанного системой винтов и тяг, действующи х как линейный повторитель для компонента 31, связанного с соответствующей пружиной 13. Изобретением предусмотрен также способ дальнейшего предотвращения вибрации из-за кратковременного отсутствия синхронизации между двумя встречными поршнями. Для соединения механических частей генератора, которые действуют как опора и позиционер для пружин 13 (на Фиг. 2 эти части состоят только из детали 32, которая образует кожух для цилиндров 5 и 33), с землей или с элементом, поддерживающим генератор, используют соединители 34, имеющие заданную упругость в направлении движения поршней 25, 27. В наличии упругости соединителя 34 нет необходимости, если поршни совершенно синхронизированы, так как силы, действующие во встречных направлениях на две пружины 13, связанные с двумя встречными поршнями, всегда равны друг другу. Если, однако, один из двух поршней опережает другой, это сначала проявится в усилии на соответствующей пружине, а затем на упруги х соединителях 34, которые поглотят часть кинетической энергии, которая должна быть запасена пружиной и затем возвращена соответствующему поршню в результате упругого гистерезиса сжатия пружин. Это повлечет за собой замедление обратного хода поршня и постепенную его синхронизацию с другим (отстающим) встречным поршнем. Очевидно, что такое восстановление синхронизации влечет за собой потери, хотя небольшие, в полном балансе энергии, поэтому желательно использовать электронную процедуру, с помощью которой осуществлялось бы регулирование положения пружины, как было описано выше, для того, чтобы гарантировать точную начальную синхронизацию. Для сравнения на Фиг. 7 представлена диаграмма к.п.д. двигателя внутреннего сгорания, генератора, по изобретению, и диаграмма его удельного расхода (Фиг. 8). Причем полная эффективность имеет фактически удвоенное значение, по сравнению с обычным двигателем, для любых скоростей. Все конструктивные элементы, их конструкция и взаимное расположение, а также системы регулирования при необходимости могут быть изменены и доработаны. Например, магниты 2 (Фиг. 1 и 2) могут быть установлены не на вилке 6, а на цилиндрической опоре, размещенной на той же самой оси поршня и связанной с ним с помощью других элементов, которые устроены подобно тому, как это уже описано для двигателя Джарретте (Jarrett). Этот случай на фигурах не показан. Таким образом, описанные и иллюстрируемые конструкции являются предпочтительными примерами, которые не ограничивают данное изобретение. 8 41405 Фиг. 1 Фиг. 2 9 41405 Фиг. 3 Фиг. 4 10 41405 Фиг. 5 Фиг. 6 11 41405 Фиг. 7 Фиг. 8 12 41405 Фиг. 9 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 13