RU52938U1 - POWER UNIT WITH SEPARATE COMPRESSION AND EXPANSION PROCESSES - Google Patents

Abstract

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу. Предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения содержит: поршневую расширительную машину 1 с кривошипно-шатунным механизмом 2, поршнем 3, впускным 4, выпускным 5 клапанами, выпускным патрубком 6 и форсункой 7; топливный бак 8 с топливопроводом 9; двигатель Стирлинга 10 с полостью для прохода отработавших газов 11; компрессор 12, соединенный трубопроводом 13 с ресивером 14.The proposal relates to mechanical engineering, namely to engine building and can be used to increase the efficiency of the conversion of thermochemical energy of combusted fuel into mechanical work. The proposed power plant with separate compression and expansion processes comprises: a piston expansion machine 1 with a crank mechanism 2, a piston 3, an inlet 4, an outlet 5 valves, an outlet pipe 6 and a nozzle 7; fuel tank 8 with fuel line 9; Stirling engine 10 with a cavity for the passage of exhaust gases 11; a compressor 12 connected by a pipe 13 to the receiver 14.

Description

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроении и может быть использовано для повышения эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу.The proposal relates to mechanical engineering, namely to engine building and can be used to increase the efficiency of the conversion of thermochemical energy of combusted fuel into mechanical work.

Известны силовые установки с разделенными процессами сжатия и расширения.Power plants with separate compression and expansion processes are known.

Известен двигатель с разделенными процессами сжатия и расширения (Сухов А. Выхлоп чище воздуха // За рулем. - 2001. №4.), который содержит два цилиндра разного диаметра с клапанами. Эти цилиндры расположены V-образно и соединены каналами со сферической камерой, находящейся между ними и имеющей впускной и выпускной клапаны. Когда поршень в малом цилиндре движется вниз, в надпоршневое пространство засасывая наружный воздух. Затем, при движении вверх, поршень сжимает воздух (впускной клапан цилиндра закрыт, впускной клапан сферической камеры открыт, выпускной - закрыт). В конце такта сжатия давление поднимается до 20 бар. Впускной клапан сферической камеры закрывается, а в камеру подается Known engine with separate processes of compression and expansion (Sukhov A. Exhaust cleaner air // Driving. - 2001. No. 4.), which contains two cylinders of different diameters with valves. These cylinders are V-shaped and connected by channels to a spherical chamber located between them and having inlet and outlet valves. When the piston in the small cylinder moves downward, it sucks in outside air into the over-piston space. Then, when moving upward, the piston compresses the air (cylinder inlet valve is closed, spherical chamber inlet valve is open, exhaust valve is closed). At the end of the compression stroke, the pressure rises to 20 bar. The inlet valve of the spherical chamber closes, and the chamber is fed

топливо. Затем, выпускной клапан сферической камеры открывается, и продукты сгорания направляются в большой цилиндр, где происходит расширение. После расширения открывается выпускной клапан большого цилиндра, и отработавшие газы выходят в атмосферу. Недостатками описанной конструкции являются:fuel. Then, the exhaust valve of the spherical chamber opens, and the combustion products are sent to a large cylinder, where expansion occurs. After expansion, the exhaust valve of the large cylinder opens and the exhaust gases escape into the atmosphere. The disadvantages of the described design are:

1. Невозможность полного расширения (до атмосферного давления) продуктов сгорания в большом цилиндре, так как поршни и большого и малого цилиндра с помощью шатунов соединены с общим кривошипом.1. The inability to fully expand (to atmospheric pressure) the combustion products in a large cylinder, since the pistons and the large and small cylinders are connected to the common crank by connecting rods.

2. Расходование части энергии, произведенной при расширении в большом цилиндре, на сжатие воздуха в малом цилиндре.2. The expenditure of part of the energy produced during expansion in the large cylinder, on the compression of air in the small cylinder.

Известен также двухтактный двигатель внутреннего сгорания с разделенными процессами сжатия и расширения (Перельштейн Б.Х Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания: Патент RU 2136920, 6 F 02 В 41/04. Опубл. 10.09.99. Бюл. №25), содержащий два цилиндра, оборудованные клапанами, с поршнями, которые приводятся в действие от общего коленчатого вала, и ресивер. Тыльная сторона поршня при его движении вниз в одном из цилиндров обеспечивает сжатие воздуха и нагнетание его в ресивер. Из ресивера сжатый воздух поступает в два цилиндра, где осуществляется сгорание подаваемого туда топлива и расширение продуктов сгорания практически до атмосферного Also known is a two-stroke internal combustion engine with separate compression and expansion processes (Perelstein B.X. Method of operation of a two-stroke internal combustion engine: Patent RU 2136920, 6 F 02 B 41/04. Publ. 10.09.99. Bull. No. 25), containing two cylinders equipped with valves, with pistons that are driven by a common crankshaft, and a receiver. The back of the piston when it moves down in one of the cylinders provides compression of the air and forcing it into the receiver. Compressed air flows from the receiver into two cylinders, where the fuel supplied there is burned and the combustion products expand almost to atmospheric

давления за счет в два раза большего объема расширения по сравнению с объемом сжатия.pressure due to twice the expansion volume compared to the compression volume.

Недостатками этого двигателя является расходование части энергии, произведенной при расширении, на сжатие воздуха.The disadvantages of this engine is the expenditure of a part of the energy produced during expansion on air compression.

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

Задачей предложения является повышение эффективности преобразования термохимической энергии сжигаемого топлива в механическую работу.The objective of the proposal is to increase the efficiency of the conversion of thermochemical energy of combusted fuel into mechanical work.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в предлагаемой силовой установке с разделенными процессами сжатия и расширения процесс сжатия воздуха осуществляется в компрессоре с приводом от двигателя Стирлинга (Ридер Г., Хупер Ч. Двигатели Стирлинга. - М.: Мир, 1986. - 464 с.), который работает за счет теплоты отработавших газов, выбрасываемых из поршневой расширительной машины, где осуществляется расширение сжатого в компрессоре воздуха, сопровождающееся сгоранием топлива.The solution of this problem is achieved by the fact that in the proposed power plant with separate compression and expansion processes, the air compression process is carried out in a compressor driven by a Stirling engine (Reader G., Hooper C. Stirling Engines. - M .: Mir, 1986. - 464 s .), which works due to the heat of the exhaust gases emitted from the piston expansion machine, where the compressed air in the compressor is expanded, accompanied by fuel combustion.

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 (фиг.1), где изображено принципиальное устройство силовой установки с разделенными процессами The proposal is illustrated in the figure (figure 1), which shows the basic structure of the power plant with separate processes

сжатия и расширения.compression and expansion.

Предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения содержит: поршневую расширительную машину 1 с кривошипно-шатунным механизмом 2, поршнем 3, впускным 4, выпускным 5 клапанами, выпускным патрубком 6 и форсункой 7; топливный бак 8 с топливопроводом 9; двигатель Стирлинга 10 с полостью для прохода отработавших газов 11; компрессор 12, соединенный трубопроводом 13с ресивером 14.The proposed power plant with separate compression and expansion processes comprises: a piston expansion machine 1 with a crank mechanism 2, a piston 3, an inlet 4, an outlet 5 valves, an outlet pipe 6 and a nozzle 7; fuel tank 8 with fuel line 9; Stirling engine 10 with a cavity for the passage of exhaust gases 11; a compressor 12 connected by a pipe 13 with a receiver 14.

Предлагаемая силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения работает следующим образом.The proposed power plant with separate compression and expansion processes works as follows.

После завершения очередного рабочего цикла, отработавшие газы из расширительной машины 1 через выпускной клапан 4 по выпускному патрубку 6 поступают в полость 11, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 10. Мощность, вырабатываемая двигателем Стирлинга, используется для сжатия воздуха в компрессоре 12. Сжатый воздух по трубопроводу 13 подается в ресивер 14, откуда через впускной клапан 5 поступает в цилиндр расширительной машины 1 в момент, когда поршень 3 начинает перемещаться от верхней мертвой точки к нижней. В это же время в цилиндр расширительной машины 1 через форсунку 7 впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 9 из топливного бака 8. Поступившее в цилиндр топливо воспламеняется и происходит расширение продуктов сгорания, сопровождающееся производством работы по перемещению поршня 3. Через кривошипно-шатунный механизм 2 эта работа передается на выход из расширительной машины 1 и может быть полезно использована.After the completion of the next working cycle, the exhaust gases from the expansion machine 1 through the exhaust valve 4 through the exhaust pipe 6 enter the cavity 11 surrounding the heater of the Stirling engine 10. The power generated by the Stirling engine is used to compress the air in the compressor 12. Compressed air through the pipe 13 is fed into the receiver 14, from where through the inlet valve 5 it enters the cylinder of the expansion machine 1 at the moment when the piston 3 begins to move from the top dead center to the bottom. At the same time, fuel is injected into the cylinder of the expansion machine 1 through the nozzle 7, coming through the fuel line 9 from the fuel tank 8. The fuel entering the cylinder is ignited and the combustion products expand, accompanied by the work of moving the piston 3. Through the crank mechanism 2 this the work is transferred to the exit of the expansion machine 1 and can be useful.

По сравнению с прототипом предлагаемая силовая установка не имеет механической связи между компрессором и расширительной машиной, что позволяет осуществлять в ней полное расширение (до давления окружающей среды), а осуществление привода компрессора за счет теплоты отработавших газов исключает затраты части энергии, вырабатываемой в расширительной машине, на получение сжатого воздуха.Compared with the prototype, the proposed power plant does not have a mechanical connection between the compressor and the expansion machine, which allows it to fully expand (to ambient pressure), and the compressor drive due to the heat of the exhaust gases eliminates the cost of part of the energy generated in the expansion machine, to receive compressed air.

Claims (1)

Силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения, включающая компрессор, расширительную машину, снабженную впускным, выпускным клапанами и форсункой, ресивер и топливный бак, отличающаяся тем, что она содержит двигатель Стирлинга, работающий за счет теплоты отработавших газов расширительной машины и приводящий в действие компрессор, причем нагреватель двигателя Стирлинга оборудован полостью для прохода отработавших газов.

A power plant with separate compression and expansion processes, including a compressor, an expansion machine equipped with inlet, outlet valves and an injector, a receiver and a fuel tank, characterized in that it contains a Stirling engine operating due to the heat of the exhaust gases of the expansion machine and driving the compressor moreover, the Stirling engine heater is equipped with a cavity for the passage of exhaust gases.