RU167335U1 - Pneumatic piston engine for the utilization of the heat of exhaust gas from an internal combustion engine - Google Patents

Abstract

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для получения дополнительной мощности без увеличения расхода топлива. Техническая задача предложения направлена на повышение надежности, снижение массогабаритных характеристик пневматического утилизационного двигателя за счет упрощения конструкции. Пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС содержит картер 1 и цилиндр 2, наружная часть которого окружена полостью 3 с теплоаккумулирующим материалом и рубашкой 4 для прохода отработавших газов ДВС. В цилиндре 2 расположен поршень 5, соединенный с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом 6. В подпоршневой (нижней) части цилиндра 2 расположены впускной клапан 7 и нагнетательный клапан 8, в крышке цилиндра размещен выпускной клапан 9. Нижняя полость цилиндра 2 через нагнетательный клапан 8, нагнетательный трубопровод 10, на выходе которого установлена вихревая труба 11, имеющая дроссель 12, соединена с ресивером 13. Ресивер 13 сообщается с пневматической форсункой 14, расположенной в крышке цилиндра 2 и оборудованной электромагнитным клапаном 15, с помощью воздухопровода 16. 1 н.п., 1 илл.The proposal relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used to obtain additional power without increasing fuel consumption. The technical task of the proposal is aimed at improving reliability, reducing the overall dimensions of the pneumatic utilization engine by simplifying the design. The pneumatic piston engine for utilizing the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine contains a crankcase 1 and a cylinder 2, the outer part of which is surrounded by a cavity 3 with heat-accumulating material and a jacket 4 for the passage of exhaust gases of the internal combustion engine. A piston 5 is located in the cylinder 2, connected to the crosshead crank mechanism 6. In the piston (lower) part of the cylinder 2 there is an inlet valve 7 and a pressure valve 8, an exhaust valve 9 is located in the cylinder cover. The lower cavity of the cylinder 2 through the pressure valve 8, a discharge pipe 10, at the outlet of which a vortex tube 11 having a throttle 12 is installed, is connected to the receiver 13. The receiver 13 communicates with a pneumatic nozzle 14 located in the cylinder cover 2 and equipped with an electromagnetic valve 15, using an air duct 16. 1 n.p., 1 ill.

Description

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для получения дополнительной мощности без увеличения расхода топлива.The proposal relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used to obtain additional power without increasing fuel consumption.

Известен пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов двигателя внутреннего сгорания (далее по тексту ДВС) с воздушным охлаждением сжатого воздуха (Патент на полезную модель РФ №92480, МПК F02G 5/02, опубл. 20.03.10), который содержит картер и цилиндр, наружная часть которого окружена полостью с теплоаккумулирующим материалом и рубашкой для прохода отработавших газов ДВС. В цилиндре расположен поршень, соединенный с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом. В нижней части цилиндра расположены впускной и нагнетательный клапаны, в крышке цилиндра размещен выпускной клапан. Выпускной клапан соединен нагнетательным трубопроводом с ресивером, охлаждаемым воздухом. Ресивер сообщается с пневматической форсункой, расположенной в крышке цилиндра и оборудованной электромагнитным клапаном, с помощью воздухопровода.Known pneumatic piston engine for utilization of the heat of exhaust gases of an internal combustion engine (hereinafter referred to as ICE) with air cooling of compressed air (Utility Model Patent of the Russian Federation No. 92480, IPC F02G 5/02, publ. 20.03.10), which contains a crankcase and cylinder , the outer part of which is surrounded by a cavity with heat-accumulating material and a jacket for the passage of exhaust gases of the internal combustion engine. In the cylinder there is a piston connected to a crosshead crank mechanism. Inlet and discharge valves are located at the bottom of the cylinder, and an exhaust valve is located in the cylinder cover. The exhaust valve is connected by a discharge pipe to a receiver cooled by air. The receiver communicates with a pneumatic nozzle located in the cylinder cover and equipped with a solenoid valve using an air duct.

Недостатком этого пневматического утилизационного двигателя является сложность конструкции, обусловленная наличием турбины, нагнетателя воздуха и ресивера с рубашкой для прохода охлаждающего воздуха, а также повышенные металлоемкость и стоимость пневматического утилизационного двигателя.The disadvantage of this pneumatic utilization engine is the design complexity due to the presence of a turbine, an air blower and a receiver with a jacket for the passage of cooling air, as well as increased metal consumption and cost of the pneumatic utilization engine.

Данная конструкции пневматического утилизационного двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.This design of the pneumatic utilization engine is the closest to the proposed technical essence and adopted as a prototype.

Техническая задача предложения направлена на повышение надежности, снижение массогабаритных характеристик пневматического утилизационного двигателя за счет упрощения конструкции.The technical task of the proposal is aimed at improving reliability, reducing the overall dimensions of the pneumatic utilization engine by simplifying the design.

Пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС содержит картер, цилиндр с полостью с теплоаккумулирующим материалом и рубашкой для прохода отработавших газов ДВС, поршень с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом, впускной, выпускной и нагнетательный клапаны, пневматическую форсунку с электромагнитным клапаном, трубопроводы и ресивер. На выходе нагнетательного трубопровода установлена вихревая труба с дросселем, соединенная с ресивером.The pneumatic piston engine for utilizing the heat of the internal combustion engine exhaust contains a crankcase, a cylinder with a cavity with heat-retaining material and a jacket for the passage of exhaust gas of the internal combustion engine, a piston with a crosshead crank mechanism, an inlet, outlet and discharge valve, a pneumatic nozzle with an electromagnetic valve, . A vortex tube with a throttle connected to the receiver is installed at the outlet of the discharge pipeline.

Решение поставленной задачи достигается тем, что сжатый в подпоршневой (нижней) части цилиндра и горячий воздух направляется в вихревую трубу, где разделяется на два потока: основной холодный, направляющийся в ресивер, и теплый, который выбрасываемый в атмосферу. Поскольку вихревая труба представляет собой простое и сравнительно дешевое устройство (Суслов, А.Д. Вихревые аппараты / А.Д. Суслов, Иванов, А.В. Мурашкин, Ю.В. Чижиков. - М.: Машиностроение, 1985. - 256 с.), ее использование позволяет существенно упростить конструкцию пневматического утилизационного двигателя, обеспечить повышение его надежности, снижение его массогабаритных и стоимостных характеристик.The solution to this problem is achieved by the fact that the compressed air in the piston (lower) part of the cylinder and hot air is directed into a vortex tube, where it is divided into two streams: the main cold, sent to the receiver, and warm, which is released into the atmosphere. Since the vortex tube is a simple and relatively cheap device (Suslov, A.D. Vortex devices / A.D. Suslov, Ivanov, A.V. Murashkin, Yu.V. Chizhikov. - M.: Mechanical Engineering, 1985. - 256 sec.), its use can significantly simplify the design of a pneumatic utilization engine, provide an increase in its reliability, a decrease in its overall dimensions and cost characteristics.

Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.An analysis of the proposed solution and the known ones allows us to conclude that it meets the patentability conditions of the utility model.

Предложение поясняется рисунком, где изображено принципиальное устройство пневматического поршневого двигателя для утилизации теплоты отработавших газов ДВС.The proposal is illustrated in the figure, which shows the basic structure of a pneumatic piston engine for utilizing the heat of exhaust gases of an internal combustion engine.

Пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС содержит картер 1 и цилиндр 2, наружная часть которого окружена полостью 3 с теплоаккумулирующим материалом и рубашкой 4 для прохода отработавших газов ДВС. В цилиндре 2 расположен поршень 5, соединенный с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом 6. В подпоршневой (нижней) части цилиндра 2 расположены впускной клапан 7 и нагнетательный клапан 8, в крышке цилиндра размещен выпускной клапан 9. Нижняя полость цилиндра 2 через нагнетательный клапан 8, нагнетательный трубопровод 10, на выходе которого установлена вихревая труба 11, имеющая дроссель 12, соединена с ресивером 13. Ресивер 13 сообщается с пневматической форсункой 14, расположенной в крышке цилиндра 2 и оборудованной электромагнитным клапаном 15, с помощью воздухопровода 16.The pneumatic piston engine for utilizing the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine contains a crankcase 1 and a cylinder 2, the outer part of which is surrounded by a cavity 3 with heat-accumulating material and a jacket 4 for the passage of exhaust gases of the internal combustion engine. A piston 5 is located in the cylinder 2, connected to the crosshead crank mechanism 6. In the piston (lower) part of the cylinder 2 there is an inlet valve 7 and a pressure valve 8, an exhaust valve 9 is located in the cylinder cover. The lower cavity of the cylinder 2 through the pressure valve 8, a discharge pipe 10, at the outlet of which a vortex tube 11 having a throttle 12 is installed, is connected to the receiver 13. The receiver 13 communicates with a pneumatic nozzle 14 located in the cylinder cover 2 and equipped with an electromagnetic valve 15, using the air duct 16.

Предлагаемый пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС работает следующим образом.The proposed pneumatic piston engine for utilizing the heat of exhaust gases of the internal combustion engine operates as follows.

При перемещении поршня 5 вверх в результате возникающего в подпоршневом пространстве цилиндра 2 разрежения в него через впускной клапан 7 поступает воздух из атмосферы. После достижения поршнем 4 крайнего верхнего положения впускной клапан 7 закрывается и начинается движение поршня 5 вниз, которое сопровождается сжатием находящегося под ним воздуха. При приближении поршня 5 к крайнему нижнему положению открывается нагнетательный клапан 8 и сжатый воздух по нагнетательному трубопроводу 10 поступает в вихревую трубу 11, где он разделяется на два потока - холодный и теплый. Температура холодного и горячего потоков, а также соотношение количества воздуха в них воздуха в них устанавливаются с помощью дросселя 12. Из вихревой трубы 11 холодный поток воздуха поступает в ресивер 13, а теплый выбрасывается в атмосферу. Сжатый и холодный воздух из ресивера 13 по воздухопроводу 16 подводится к пневматической форсунке 14. В момент, когда поршень 5, за счет работы крейцкопфного кривошипно-шатунного механизма 6, приблизится к крайнему верхнему положению, электромагнитный клапан 15 открывает сопловое отверстие пневматической форсунки 14 и сжатый воздух поступает в надпоршневую (верхнюю) полость цилиндра 2.When the piston 5 is moved upward as a result of the rarefaction of the cylinder 2 in the sub-piston space, air enters from the atmosphere through the inlet valve 7. After reaching the extreme upper position by the piston 4, the inlet valve 7 closes and the piston 5 begins to move down, which is accompanied by compression of the air below it. When the piston 5 approaches the extreme lower position, the discharge valve 8 opens and the compressed air enters the vortex tube 11 through the discharge pipe 10, where it is divided into two streams - cold and warm. The temperature of the cold and hot flows, as well as the ratio of the amount of air in them, the air in them is set using the throttle 12. From the vortex tube 11, the cold air stream enters the receiver 13, and the warm air is released into the atmosphere. Compressed and cold air from the receiver 13 through the air duct 16 is supplied to the pneumatic nozzle 14. At the moment when the piston 5, due to the work of the crosshead crank mechanism 6, approaches its extreme upper position, the solenoid valve 15 opens the nozzle hole of the pneumatic nozzle 14 and is compressed air enters the piston (upper) cavity of the cylinder 2.

Здесь он расширяется в условиях нагрева от теплоаккумулирующего материала, находящийся в полости 3 и получающего теплоту от отработавших газов ДВС, проходящих через рубашку 4, и совершает работу по перемещению поршня 5 вниз. Часть этой работы затрачивается на сжатие воздуха в подпоршневой полости цилиндра 2 для обеспечения реализации следующего рабочего цикла пневматического двигателя, а оставшаяся часть может быть полезно использована в результате чего общая мощность силовой установки, состоящей из двигателя внутреннего сгорания и пневматического поршневого двигателя для утилизации теплоты его отработавших газов, увеличивается без расхода дополнительного топлива.Here it expands under conditions of heating from a heat-accumulating material located in the cavity 3 and receiving heat from the exhaust gases of the internal combustion engine passing through the jacket 4, and does the work of moving the piston 5 down. Part of this work is spent on compressing air in the sub-piston cavity of cylinder 2 to ensure the implementation of the next working cycle of the pneumatic engine, and the remaining part can be used as a result of which the total power of the power plant, consisting of an internal combustion engine and a pneumatic piston engine, to utilize the heat of its exhaust gases increases without the consumption of additional fuel.

При приближении поршня 5 к крайнему нижнему положению открывается нагнетательный клапан 8, сжатый воздух по нагнетательному трубопроводу 10 через вихревую трубу 12, разделяется на два потока, холодный поток поступает в ресивер 13 и цикл рабочий цикл повторяется.When the piston 5 approaches its extreme lower position, the discharge valve 8 opens, the compressed air through the discharge pipe 10 through the vortex tube 12 is divided into two flows, the cold stream enters the receiver 13 and the cycle repeats.

По сравнению с прототипом в предлагаемом пневматическом поршневом двигателе для утилизации теплоты отработавших газов ДВС в связи с отсутствием газовой турбины и нагнетателя воздуха обеспечивается существенное упрощение конструкции, повышение надежности, а также снижение его массогабаритных и стоимостных характеристик, т.е. полное отсутствие недостатков, характерных для прототипа.Compared with the prototype in the proposed pneumatic piston engine for utilizing the heat of the exhaust gas of the internal combustion engine due to the absence of a gas turbine and air blower, a significant simplification of the design, increased reliability, as well as a reduction in its overall dimensions and cost characteristics, i.e. the complete absence of disadvantages characteristic of the prototype.

Claims (1)

Пневматический поршневой двигатель для утилизации теплоты отработавших газов ДВС, содержащий картер, цилиндр с полостью с теплоаккумулирующим материалом и рубашкой для прохода отработавших газов ДВС, поршень с крейцкопфным кривошипно-шатунным механизмом, впускной, выпускной и нагнетательный клапаны, пневматическую форсунку с электромагнитным клапаном, трубопроводы и ресивер, отличающийся тем, что на выходе нагнетательного трубопровода установлена вихревая труба с дросселем, соединенная с ресивером.A pneumatic piston engine for recovering the heat of the internal combustion engine exhaust gas, comprising a crankcase, a cylinder with a cavity with heat-retaining material and an exhaust gas jacket for the internal combustion engine, a piston with a crosshead crank mechanism, an intake, exhaust and discharge valve, a pneumatic nozzle with a solenoid valve receiver, characterized in that at the outlet of the discharge pipe is installed a vortex tube with a throttle connected to the receiver.