Электронная обвеска ДВС с генерацией электричества в цилиндре, В чём неразрешимые сложности ? Опции

[san822]

Попалась мне статейка "Поршень на свободе: Двигатель со свободным поршнем", которая напомнила мне о давно витающей в голове идее бензогенератора, в котором электроэнергия вырабатывалась бы прямо в цилиндре.

Его конструкция могла бы быть примерно такой, как на этом рисунке:

http://img-fotki.yandex.ru/get/15536/10333...0f2c4e_orig.jpg

Примечания к рисунку:

1) Размеры взяты "на глазок";
2) Радиаторы, крепления, ГРМ и устройства поджига смеси и другие мелочи не нарисованы;
3) Пружины должны быть максимально мягкими, чтобы не понижать КПД. Их главная цель - не давать сильно болтаться и биться о дно поршням в выключенном режиме;
4) Управление ГРМ, впрыском и поджигом полностью контролируется электроникой, что позволяет создать любые циклы работы цилиндров;
5) Частота колебания магнита не планируется большой для долговечности конструкции и снижения требований к управляющим механизмам и электронике, речь о 20 000 циклах, как в статье выше не идёт.

Преимущества такой конструкции очевидны по сравнению с классической конструкцией бензогенераторов - меньшее число трущихся деталей, меньшая материалоёмкость и компактность.


Хотелось бы поинтересоваться у уважаемой публики - почему при очевидных плюсах и относительно простоте, такие ДВС вообще невозможно встретить нигде ? Ни на транспорте, ни в индустрии производства электроэнергии...

Я ожидаю ответов в профессиональном тоне, поэтому создал тему в этом разделе, а не в разделе "Общение". Просьба не захламлять разговор предположениями типа "Ну, если до сих пор не сделано, значит это невозможно" или "Это всё сговор производителей бензина, они заинтересованы в низком КПД применяемых ДВС" и т. д. Давайте сосредоточимся на технических проблемах в этой теме.

[Егоров]

Его конструкция могла бы быть примерно такой, как на этом рисунке:

Хотелось бы поинтересоваться у уважаемой публики - почему при очевидных плюсах и относительно простоте, такие ДВС вообще невозможно встретить нигде ?

Такой двигатель реализован. Еще лет десять назад были публикации. Но простота схемы обернулась дополнительными сложностями в реализации.
Прежде всего, линейный генератор не удается сделать приемлемого качества.
Ведь в обычном двигателе бесполезно туда-сюда гоняется масса легкого поршня и шатуна. А тут приходится ускорять-тормозить большую массу якоря генератора. Передать всю его кинетическую энергию в электрику не получается.
Если бы результаты были получше или хоть обнадеживающие, то за десяток лет были бы подвижки. Любая работоспособная идея не заглохнет просто так.

[san822]

Такой двигатель реализован. Еще лет десять назад были публикации. Но простота схемы обернулась дополнительными сложностями в реализации.
Прежде всего, линейный генератор не удается сделать приемлемого качества.

Вот было бы хорошо, если бы Вы ознакомили аудиторию с этим двигателем, чтобы было о чём конкретно говорить.

Ведь в обычном двигателе бесполезно туда-сюда гоняется масса легкого поршня и шатуна. А тут приходится ускорять-тормозить большую массу якоря генератора. Передать всю его кинетическую энергию в электрику не получается.
Если бы результаты были получше или хоть обнадеживающие, то за десяток лет были бы подвижки. Любая работоспособная идея не заглохнет просто так.

В чём именно проблема ? В дизель-молотах бабы имеют массу измеряемую десятками тонн и работают ведь !

До последнего времени видимо была проблема в размагничивании ниодимовых магнитов на высоких температурах и ухудшении параметров железа.
Один сбой в системе охлаждения и весь мотор на капремонт.

Судя по открытым источникам, эта проблема решаема.

Редкоземельные магниты SmCo (Самарий-Кобальт)
Изготавливаются методом порошковой металлургии из композиционного сплава SmCo5/Sm2Co17 и характеризуются высокими магнитными свойствами, отличной коррозионной устойчивостью и хорошей стабильностью параметров при температурах до 350 °C, что обеспечивает им преимущества на высоких температурах перед магнитами NdFeB

Магниты Альнико (российское название ЮНДК)
Изготавливаются основе сплава Al-Ni-Co-Fe. К их преимуществам можно отнести высокую температурную стабильность в интервале температур до 550 °C, высокую временну́ю стабильность параметров в сочетании с большой величиной коэрцитивной силы, хорошую коррозионную устойчивость. Важным фактором в пользу их выбора может являться значительно меньшая стоимость по сравнению с магнитами из Sm-Co.

Кроме того, двигатель можно сконструировать так, чтобы зона с катушкой не сильно нагревалась. Ведь поршни до той зоны всё равно не доходят, нагрузки на неё меньше, и её можно сделать, например, из спецкерамики. Не зря у меня на рисунке была условно выделена "Холодная зона".

http://img-fotki.yandex.ru/get/15536/10333...0f2c4e_orig.jpg

Потом характер нагрузки.
Она резко нелинейная.
В точке прохождения через середину катушки возникает максимальное сопротивление.
А в краевых положениях минимальное.
Чтобы симулировать нагрузку как в обычном движке думаю нужно цепью катушки активно управлять как в солнечных батареях в поисках точки максимальной отдачи энергии но с гораздо большей частотой.
Скажем микроконтроллер от Freescale типа MK70 на 150 МГц такое бы уже не потянул если задачу как принято начнут решать на размытой нейрологике и распознавании образов.

Да, с катушки оптимально снимать напряжение через умный инвертор. Желательно выпрямитель ставить с управляемыми ключами (но это уже оптимизация на будущее), конденсатор побольше(чтобы пики потребления конечного потребителя не слишком влияли на ДВС) и т. д. По поводу сопротивления поршням - не забываем, что ГРМ, впрыск и поджиг у нас по идее полностью управляемые электроникой и тут тоже есть возможности оптимизации.

Что касается контроллеров, то полагаю, что лидеры современного двигателестроения за каждый процент повышения КПД готовы ставить по Freescale типа MK70 на 150 МГц, так как механические доработки часто стоят заметно дороже.