RU2081337C1 - Exhaust system of external combustion engine - Google Patents
Exhaust system of external combustion engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2081337C1 RU2081337C1 SU925063530A SU5063530A RU2081337C1 RU 2081337 C1 RU2081337 C1 RU 2081337C1 SU 925063530 A SU925063530 A SU 925063530A SU 5063530 A SU5063530 A SU 5063530A RU 2081337 C1 RU2081337 C1 RU 2081337C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermoelectric generator
- storage battery
- internal combustion
- thermocouples
- combustion engine
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, а именно к глушителям шума двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to mechanical engineering, in particular to engine building, and in particular to silencers of internal combustion engines.
Изобретение позволяет повысить эффективность системы выпуска выхлопных газов и улучшить утилизацию тепла. The invention improves the efficiency of the exhaust system and improves heat recovery.
Известны глушители шума выхлопа для двигателей внутреннего сгорания, содержащие выходную трубу, разветвленную на конце на два участка разной длины, изогнутых в виде тора, имеющего щель для выхода газа [1] (аналог). Known exhaust silencers for internal combustion engines, containing an outlet pipe branched at the end into two sections of different lengths, curved in the form of a torus having a gap for the exit of gas [1] (analog).
Один изогнутый участок тора выполнен длиннее другого, вследствие этого глушение шума осуществляется за счет интерференции волн. Для улучшения эффекта глушения шума в корпусе известного глушителя установлены последовательно три тора один за другим, что сложно и громоздко. One curved section of the torus is made longer than the other; as a result, noise is suppressed due to wave interference. To improve the effect of damping the noise in the body of the known muffler, three tori are installed sequentially one after another, which is difficult and cumbersome.
Известна система выпуска двигателя внутреннего сгорания, содержащая корпус, выполненный в виде цилиндрического газоциклона, впускной и выпускной патрубки и резонансные камеры, сопло Лаваля, установленные соосно корпусу, и соединена с выпускным патрубком цилиндрическим перфорированным экраном, установленным коаксиально в корпусе с образованием кольцевого зазора, кольцевых поперечных перфорированных перегородок, термоэлектрических элементов, образующих термоэлектрогенератор, радиаторами холодных и горячих спаев, установленных соответственно снаружи и изнутри корпуса, причем горячие спаи термоэлементов соединены с перфорированным экраном при помощи теплопередающей связи. Выпускной патрубок и корпус снаружи снабжены термоизолирующими прокладками, а резонансные камеры образованы перфорированным экраном, поперечными перегородками и радиаторами горячих спаев [2] (прототип). A known exhaust system of an internal combustion engine, comprising a housing made in the form of a cylindrical gas cyclone, an inlet and outlet nozzles and resonance chambers, a Laval nozzle mounted coaxially to the housing, and connected to the exhaust pipe by a cylindrical perforated screen mounted coaxially in the housing to form an annular gap, annular transverse perforated partitions, thermoelectric elements forming a thermoelectric generator, radiators of cold and hot junctions installed by respectively inside and outside the housing, the hot junctions of thermocouples are connected with a perforated screen by means of a heat transfer connection. The exhaust pipe and the casing are equipped with heat-insulating gaskets on the outside, and the resonance chambers are formed by a perforated screen, transverse partitions and radiators of hot junctions [2] (prototype).
Этой системе свойственны следующие недостатки: горячие спаи термоэлементов находятся в зоне расширяющихся газов, что снижает температуру горячих спаев и снижает эффективность термоэлектрогенератора, кроме того, горячие спаи соединены с перфорированным экраном при помощи теплопередающей связи, что представляет собою дополнительное тепловое сопротивление (фиг. 1). Поскольку термоэлектрогенератор включен параллельно аккумуляторной батарее без реле обратного тока или обратного диода, то при неработающем двигателе внутреннего сгорания, когда термоэлектрогенератор не работает, аккумуляторная батарея разряжается на термоэлектрогенератор (фиг. 2). This system has the following disadvantages: hot junctions of thermocouples are located in the zone of expanding gases, which reduces the temperature of hot junctions and reduces the efficiency of the thermoelectric generator, in addition, hot junctions are connected to the perforated screen using a heat transfer connection, which represents additional thermal resistance (Fig. 1) . Since the thermoelectric generator is connected in parallel with the battery without the reverse current relay or reverse diode, when the internal combustion engine is not working, when the thermoelectric generator is not working, the battery is discharged to the thermoelectric generator (Fig. 2).
Цель изобретения повышение эффективности системы, улучшение утилизации тепла и предотвращение разряда аккумуляторной батареи на термоэлектрогенератор. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the system, improve heat recovery and prevent the discharge of the battery on the thermoelectric generator.
Это достигается тем, что отработанные выхлопные газы подаются в вихревую трубу (трубу Ж. Ранка) [3] при этом часть выхлопных газов охлаждается и подается в расширительный диффузор, закручиваясь в диффузоре в одну сторону в процессе расширения перед выходом в атмосферу. Другая часть выхлопных газов подогревается и подается в кольцевую расширяющуюся трубу, одна сторона которой является радиатором горячих спаев термоэлементов термоэлектрогенератора, при этом этот поток горячих газов закручивается перед выходом в атмосферу в другую (обратную) сторону. Холодные спаи термоэлементов термоэлектрогенератора прижимаются к радиатору холодных спаев, находящихся в кольцевом сопле Лаваля. Термоэлектрогенератор включается параллельно аккумуляторной батарее через обратный диод. This is achieved by the fact that the exhaust exhaust gases are fed into a vortex tube (J. Rank's pipe) [3] while some of the exhaust gases are cooled and fed into the expansion diffuser, spinning in the diffuser in one direction during the expansion process before entering the atmosphere. The other part of the exhaust gases is heated and fed into an expanding annular pipe, one side of which is a radiator of hot junctions of thermoelectric generator thermoelements, while this flow of hot gases is swirled before entering the atmosphere in the other (back) side. Cold junctions of thermoelectric generator thermocouples are pressed against the radiator of cold junctions located in the Laval ring nozzle. The thermoelectric generator is switched on in parallel with the battery through a reverse diode.
Продольный разрез системы выпуска двигателя внутреннего сгорания показан на фиг. 1. Схема включения термоэлементов термоэлектрогенератора, аккумуляторной батареи, обратного диода и нагрузки показана на фиг. 2. A longitudinal section through an exhaust system of an internal combustion engine is shown in FIG. 1. The circuit for switching on thermoelements of a thermoelectric generator, a storage battery, a reverse diode, and a load is shown in FIG. 2.
Система выпуска двигателя внутреннего сгорания состоит из трубы 1 (фиг. 1), по которой выхлопные газы попадают в вихревую трубу 2 (труба Ж. Ранка) [3] Поток газов закручивается, расширяется и разделяется на два потока с различным теплосодержанием. Один из потоков, назовем его охлажденный 3, через отверстие на оси диафрагмы вихревой трубы 2 поступает в центральную выхлопную трубу 4. В трубе 4 находятся направляющие 5, которые размещены на половине диаметра выхлопной трубы 4. Перед выходом в атмосферу охлажденный поток закручивается и несколько расширяется. Второй поток, назовем его подогретый 6, поступает в кольцевую выхлопную трубу 7. Он закручивается в противоположную сторону с помощью винтообразных направляющих с отверстиями 8, образующими резонансные камеры и несколько расширяется. Регулировочный конус 9 изменяет расходы и температуры подогретого и охлажденного газовых потоков. Привод 10 регулирует положение регулировочного конуса 9 и ширину его кольцевой щели. На большем диаметре кольцевой выхлопной трубы 7, находятся ребра 11 радиаторов горячих спаев термоэлементов 12 термоэлектрогенератора, к которым они примыкают [4-8] С другой стороны холодные спаи термоэлементов 12 примыкают к радиаторам холодных спаев, ребра которых 13 в движущихся двигателях внутреннего сгорания охлаждаются набегающим потоком воздуха 14, который формируется соплом Лаваля 15. Сопло Лаваля 15 служит также в качестве наружного корпуса и окружает систему выпуска двигателя внутреннего сгорания. В стационарных двигателях внутреннего сгорания ребра 13 радиаторов холодных спаев имеют жидкостное охлаждение, например, водяное. Выход охлаждающего воздуха (или охлаждающей жидкости) осуществляется через кольцевой зазор 16, образованный соплом Лаваля (корпус) 15 и радиаторами холодных спаев термоэлементов 13. The exhaust system of an internal combustion engine consists of a pipe 1 (Fig. 1), through which exhaust gases enter the vortex pipe 2 (J. Rank's pipe) [3] The gas flow is twisted, expanded and divided into two flows with different heat contents. One of the flows, let's call it cooled 3, through a hole on the axis of the diaphragm of the
На фиг. 2 показана электрическая схема включения термоэлементов 12, собранных из отрицательных 17 и положительных 18 термоэлементов термоэлектрогенератора 19. Для получения необходимого напряжения отдельные термоэлементы включаются между собою последовательно в ветвь термоэлементов 12. Для получения необходимого тока отдельные ветви термоэлементов 12 включаются между собою параллельно, образуя термоэлектрогенератор 19. Параллельно термоэлектрогенератору 19 включается аккумуляторная батарея 20, куда термоэлектрогенератор отдает свою электрическую энергию, подзаряжая аккумуляторную батарею. Между термоэлектрогенератором 19 и аккумуляторной батареей 20 включен обратный диод 21. In FIG. 2 shows the electrical circuit for switching on
Работает система выпуска двигателя внутреннего сгорания следующим образом. Отработанные выхлопные газы из выходной трубы 1 подаются в вихревую трубу 2 (труба Ж. Ранка), где поток газов закручивается, расширяется и разделяется на два потока, один из которых охлажденный 3 через отверстие на оси диафрагмы вихревой трубы поступает в центральную выхлопную трубу 4, расширяется и закручивается в одну сторону с помощью винтовых направляющих 5 на половине диаметра центральной выхлопной трубы 4. Второй поток газов, подогретый 6, поступает в кольцевую выхлопную трубу 7, закручивается в противоположную сторону с помощью винтообразных направляющих с отверстиями 8, которые образуют резонансные камеры. Поток несколько расширяется. Регулировочный конус 9 изменяет расходы и температуру подогретого и охлажденного газовых потоков. Положение регулировочного конуса 9, ширина его кольцевой щели устанавливается с помощью привода 10. На большем диаметре кольцевой выхлопной трубы 7 находятся ребра 11 радиаторов горячих спаев термоэлементов ветвей 12, к которым они прилегают. С другой стороны холодные спаи термоэлементов ветвей 12 примыкают к радиаторам холодных спаев, ребра которых 13 в движущихся двигателях внутреннего сгорания охлаждаются набегающим потоком воздуха 14, который формируется кольцевым соплом Лаваля 15 и одновременно служит корпусом, окружая систему выпуска двигателя внутреннего сгорания. На судовых двигателях внутреннего сгорания ребра радиаторов холодных спаев 13 имеют жидкостное охлаждение, например, пресной или морской водой. В стационартных двигателях внутреннего сгорания ребра радиаторов холодных спаев 13 имеют жидкостное охлаждение, например, водяное. Выход охлаждающего воздуха осуществляется через кольцевой зазор 16, образованный кольцевым соплом Лаваля (корпус) 15 и холодными радиаторами 13 спаев термоэлементов ветвей 12. Поскольку потоки закручены в разные стороны, то на выходе они гасят друг друга. С помощью вихревой трубы 2 (труба Ж. Ранка) выхлопные газы, которые в входной трубе 1 имеют температуру порядка 540.630oC, подразделяются на два потока газов. Один поток понижает свое теплосодержание и становится "холоднее", другой повышает свое теплосодержание и становится "горячее", что используется для нагрева горячих спаев термоэлементов ветвей 12 термоэлектрогенератора, это повышает КПД преобразования тепловой энергии в электрическую. Холодные спаи термоэлементов охлаждаются потоком набегающего воздуха (или жидкостью, на судах и стационарных установках). Чем больше разность температур между горячими и холодными спаями термоэлементов ветвей 12, тем больше ЭДС, напряжение термоэлектрогенератора и его мощность. Для получения необходимого напряжения отдельные термоэлементы включаются между собою последовательно в ветвь термоэлементов 12. Для получения необходимого тока и мощности отдельные ветви включаются между собою параллельно, образуя термоэлектрогенератор 19, который включается параллельно аккумуляторной батарее 20. Обратный диод 21 необходим для того, чтобы исключить разряд аккумуляторной батареи 20 на термоэлектрогенератор 19, когда двигатель внутреннего сгорания не работает или ЭДС термоэлектрогенератора меньше ЭДС аккумуляторной батареи. При работающем двигателе внутреннего сгорания термоэлектрогенератор отдает свою электрическую энергию аккумуляторной батарее, подзаряжая ее.The exhaust system of an internal combustion engine operates as follows. Exhaust exhaust gases from the
Обоснованием электрической мощности термоэлектрогенератора являются следующие соображения [4 8]
Двигатель внутреннего сгорания, например, автомобиля ВАЗ-21013 имеет полезную мощность 62 л.с. или 45,6 кВт. Только 20.35% топлива, сгоревшего в цилиндрах двигателя превращается в механическую работу, остальная энергия выбрасывается в выхлопную трубу и затрачивается на работу трения. Считая КПД 30% получим мощность, которая выделяется при сгорании топлива 45,6/0,3=152 кВт. Предположим, что используем половину мощности, выделенной при сгорании топлива, получим 152/2=76 кВт. Принимая КПД термоэлектрогенератора 1% получим возможную электрическую мощность термоэлектрогенератора 76•0,01=0,76 кВт или 760 Вт, это почти лошадиная сила.The rationale for the electric power of a thermoelectric generator are the following considerations [4 8]
An internal combustion engine, for example, a VAZ-21013 car has a net power of 62 hp or 45.6 kW. Only 20.35% of the fuel burned in the engine cylinders is converted into mechanical work, the rest of the energy is emitted into the exhaust pipe and spent on friction. Assuming an efficiency of 30%, we get the power that is released when the fuel is burned up 45.6 / 0.3 = 152 kW. Suppose that we use half the power allocated during fuel combustion, we get 152/2 = 76 kW. Taking the efficiency of the
Генератор автомобиля ВАЗ-21013 типа Г-221 рассчитан на максимальный ток 42 А при пределе зарядного напряжения аккумуляторной батареи 14,3 В, определяемом настройкой реле регулятора напряжения. Максимальная мощность, развиваемая генератором типа Г-221, будет 42•14,3=601 Вт. The generator of the VAZ-21013 type G-221 is designed for a maximum current of 42 A with a battery charging voltage limit of 14.3 V, determined by the voltage regulator relay setting. The maximum power developed by the G-221 type generator will be 42 • 14.3 = 601 W.
Таким образом мощность, развиваемая термоэлектрогенератором 760 Вт, больше максимальной мощности генератора Г-221, который потребляет полезную механическую мощность с вала двигателя внутреннего сгорания. Thus, the power developed by the 760 W thermoelectric generator is greater than the maximum power of the G-221 generator, which consumes useful mechanical power from the shaft of the internal combustion engine.
В термоэлектрогенераторе могут быть использованы термоэлементы ZnSb-константан, имеющих 240. 260 мкВ/oC;ZnSb-CoSb3-360 мкВ/oC; ZnSb-PbTe-390 мкВ/oC; Bi2 Te3 (p-типа) Bi Te (n-типа) 470 мкВ/oC и др.In a thermoelectric generator, thermocouples of ZnSb-constantan having 240. 260 μV / o C; ZnSb-CoSb 3 -360 μV / o C can be used; ZnSb-PbTe-390 μV / o C; Bi 2 Te 3 (p-type) Bi Te (n-type) 470 μV / o C, etc.
Максимальный КПД термоэлектрогенератора 3,5.4% Максимальная температура горячих спаев термоэлементов 500oC, холодных спаев 100oC. Разница температур между концами термоэлементов Δt=500-100=400oC.The maximum efficiency of a thermoelectric generator is 3.5.4%. The maximum temperature of hot junctions of thermoelements is 500 o C, cold junctions of 100 o C. The temperature difference between the ends of thermoelements is Δt = 500-100 = 400 o C.
Число термоэлементов, включенных последовательно в одну ветвь (термоэлектрогенератор работает в режиме максимальной мощности. БЕЗ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ НЕ ВКЛЮЧАТЬ!) порядка 300 шт (для термоэлементов ZnSb - константан). The number of thermocouples connected in series in one branch (the thermoelectric generator operates in the maximum power mode. DO NOT INCLUDE THE BATTERY BATTERY!) Is about 300 pcs (for ZnSb thermocouples it is constant).
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU925063530A RU2081337C1 (en) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | Exhaust system of external combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU925063530A RU2081337C1 (en) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | Exhaust system of external combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2081337C1 true RU2081337C1 (en) | 1997-06-10 |
Family
ID=21613916
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU925063530A RU2081337C1 (en) | 1992-09-28 | 1992-09-28 | Exhaust system of external combustion engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2081337C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008020918A1 (en) * | 2006-08-07 | 2008-02-21 | Illinois Tool Works Inc. | Electric power generator |
RU2519529C2 (en) * | 2008-05-16 | 2014-06-10 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Electric power generator exploiting offgas heat |
RU2521533C2 (en) * | 2008-12-17 | 2014-06-27 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Electric energy generating device using waste-gas heat |
RU2563305C1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Thermoelectric automotive alternator |
RU2569128C2 (en) * | 2011-04-13 | 2015-11-20 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Devices with heat exchanger for thermoelectric generator of car |
RU2607963C1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | Акционерное Общество "Научно-Производственный Центр "Промэлектроника" | Device of autonomous power supply of railway car equipment |
-
1992
- 1992-09-28 RU SU925063530A patent/RU2081337C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Патент Японии N 50-25097, кл. F 01 N 1/06, 1975. 2. Авторское свидетельство СССР N 1343056, кл. F 01 N 5/02, 1986. 3. Бродянский В.М. Вечный двигатель - прежде и теперь. - М.: Энергоатомиздат, 1989. 4. Воронин А.Н. Полупроводниковые термоэлектрогенераторы. - Л.: Ленинградский дом научно-технической пропаганды, 1956. 5. Иоффе А.Ф. Полупроводниковые термоэлементы. - М.-Л.: Изд. АН СССР, 1960. 6. Даниель-Бек В.С., Рогинская Н.С. Термоэлектрогенераторы. - М.: Связьиздат, 1961. 7. Бурштейн А.И. Физические основы расчета полупроводниковых термоэлектрических устройств. - М.: Физматиздат, 1962, с. 135. 8. Фурсов С.П. Зарядные устройства. - Кишинев: Штиинца, 1985, с. 208 - 214. * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008020918A1 (en) * | 2006-08-07 | 2008-02-21 | Illinois Tool Works Inc. | Electric power generator |
US8134066B2 (en) | 2006-08-07 | 2012-03-13 | Illinois Tool Works Inc. | Electric power generator |
RU2519529C2 (en) * | 2008-05-16 | 2014-06-10 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Electric power generator exploiting offgas heat |
RU2521533C2 (en) * | 2008-12-17 | 2014-06-27 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Electric energy generating device using waste-gas heat |
RU2569128C2 (en) * | 2011-04-13 | 2015-11-20 | Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх | Devices with heat exchanger for thermoelectric generator of car |
US9279623B2 (en) | 2011-04-13 | 2016-03-08 | Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Mbh | Device having a heat exchanger for a thermoelectric generator of a motor vehicle and motor vehicle having the device |
RU2563305C1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-09-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Thermoelectric automotive alternator |
RU2607963C1 (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | Акционерное Общество "Научно-Производственный Центр "Промэлектроника" | Device of autonomous power supply of railway car equipment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4639542A (en) | Modular thermoelectric conversion system | |
US5968456A (en) | Thermoelectric catalytic power generator with preheat | |
US8739521B2 (en) | Cogeneration apparatus | |
US5964087A (en) | External combustion engine | |
JP2002122020A (en) | Exhaust heat energy recovering device for internal combustion engine | |
RU2224133C2 (en) | Improved nozzle of stirling engine | |
RU2000112648A (en) | METHOD AND DEVICE FOR REGULATING THE RANGE OF TEMPERATURES OF NOX-STORAGE IN THE SYSTEM OF EXHAUST GASES OF THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE | |
KR20130133056A (en) | Device having a heat exchanger for a thermoelectric generator of a motor vehicle | |
JP2012512359A (en) | A device that generates electrical energy from exhaust gas | |
RU2081337C1 (en) | Exhaust system of external combustion engine | |
US3352106A (en) | Combustion chamber with whirling slots | |
US6314925B1 (en) | Two-stroke internal combustion engine with recuperator in cylinder head | |
JP2013093466A (en) | Thermoelectric generator | |
US4318887A (en) | Heat exchange afterburner and muffler apparatus for engine exhaust gases | |
EP0710324B1 (en) | Exhaust collector with primary tube | |
RU2191447C2 (en) | Thermoelectric generator | |
JPH0679168U (en) | Exhaust heat power generator | |
US4429537A (en) | Heat pipes to reduce engine exhaust emissions | |
KR20120008896A (en) | Thermoelectric generator system having muffler | |
KR20150000305A (en) | Thermoelectric generator using of waste heat of exhaust gas of engine | |
JP5691999B2 (en) | Thermoelectric generator | |
WO2003046347A1 (en) | Two-stroke recuperative engine | |
RU2183760C2 (en) | Liquid-propellant thruster | |
RU2196242C1 (en) | Internal combustion engine | |
RU182334U1 (en) | Autonomous heating and ventilation installation |