SK6053Y1 - Device to increase the efficiency of reciprocating internal combustion engines - Google Patents

Abstract

Equipment to increase efficiency reciprocating internal combustion engines is made of internal combustion piston engine (1) with an exhaust pipe (2) with adjustable exhaust valve (4) guiding the exhaust as needed to power the exhaust manifold (5) leading to the turbocharger and the exhaust pipe (6) leading to the turbine generator producing electricity from the energy of exhaust gases.

Description

Technické riešenie sa týka zariadenia na zvýšenie účinnosti piestových spaľovacích motorov. Tieto motory využívajú približne len jednu tretinu energie obsiahnutej v palive na mechanickú prácu (32 %). Zvyšok je ako stratové teplo odvádzaný vo výfukových plynoch a teplo odvádzané chladením.The technical solution relates to a device for increasing the efficiency of reciprocating internal combustion engines. These engines use only about one third of the energy contained in the fuel for mechanical work (32%). The remainder is dissipated in the exhaust gas as heat loss and the heat dissipated by cooling.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Doteraz dochádzalo k sporadickým pokusom na využitie odpadového tepla z výfuku piestových spaľovacích motorov. Napr. využitím tepelnej energie výfukových plynov na ohrev tepelného média, ktoré bolo privádzané do expandéra a vykonávalo tam užitočnú prácu. Ďalším návrhom bolo zariadenie, ktoré výfukové plyny hnalo do turbíny, ktorá bola prevodom spojená s kľukovým hriadeľom motora a tým vykonávala užitočnú prácu. Išlo o zariadenia využívajúce iba malú časť energie výfukových plynov.So far, sporadic attempts have been made to utilize the waste heat from the exhaust of piston combustion engines. E.g. utilizing the thermal energy of the exhaust gases to heat the thermal medium that was fed to the expander for useful work there. Another suggestion was a device that propelled the exhaust gases to a turbine which was connected to the engine crankshaft by a transmission and thus performed useful work. These were devices using only a small part of the exhaust energy.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky a malé percento využitia tepla výfukových plynov do značnej miery odstraňuje opísané riešenie. Základ zariadenia tvorí piestový spaľovací motor (zážihový alebo vznetový). Vo výfukovom potrubí motora, za miestom, kde opúšťajú posledný valec, je umiestnená dýza na externý prívod tekutiny. Výfukové potrubie motora je predelené na dve samostatné potrubia. Regulovateľná výfuková klapka rozdeľuje prúd výfukových plynov do dvoch vetiev výfukového potrubia. V prvej vetve je umiestnená turbína, ktorá poháňa dúchadlo, ktorým sa preplňuje motor. V druhej vetve je umiestnená turbína, ktorá poháňa zotrvačník s generátorom elektrického prúdu. Regulovateľná výfuková klapka zmenou svojej polohy uzatvára celkom alebo čiastočne vstup do jednej z vetiev výfukového potrubia. Tým dokáže usmerniť väčší objem výfukových plynov do tej turbíny, ktorá ho momentálne v závislosti od potreby výkonu motora potrebuje. Buď viac pre dúchadlo, alebo pre generátor elektrického prúdu, prípadne pre oba rovnako. Týmto riešením sa dosiahne maximálne využitie energie výfukových plynov.The above-mentioned drawbacks and a small percentage of exhaust heat utilization largely eliminate the described solution. The basis of the device is a piston internal combustion engine (positive ignition or compression ignition). A nozzle for an external fluid supply is located in the engine exhaust pipe, after the point where they leave the last cylinder. The engine exhaust pipe is divided into two separate pipes. The adjustable exhaust flap divides the exhaust stream into two branches of the exhaust manifold. In the first branch there is a turbine that drives the blower, which overfills the engine. In the second branch there is a turbine that drives the flywheel with the electric current generator. The adjustable exhaust flap closes, in whole or in part, one of the branches of the exhaust pipe by changing its position. In this way, it can direct a larger volume of exhaust gas to the turbine that currently needs it, depending on the engine power requirement. Either more for the blower or for the electric generator, or both for both. This solution achieves maximum utilization of exhaust energy.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Technické riešenie je bližšie objasnené pomocou výkresu. Obr. 1 znázorňuje celú funkciu zariadenia, vrátane jednotlivých jeho segmentov. Obr. 2 znázorňuje detail zariadenia, regulovateľnú výfukovú klapku uzatvárajúcu výfukové potrubie smerujúce k turbogenerátoru. Obr. 3 znázorňuje regulovateľnú výfukovú klapku uzatvárajúcu výfukové potrubie smerujúce k turbodúchadiu.The technical solution is explained in more detail by means of a drawing. Fig. 1 shows the whole function of the device, including its individual segments. Fig. 2 shows a detail of the device, an adjustable exhaust flap closing the exhaust pipe towards the turbine generator. Fig. 3 shows an adjustable exhaust flap closing the exhaust manifold towards the turbocharger.

Príklady uskutočneniaEXAMPLES

Zariadenie pozostáva z piestového spaľovacieho motora 1, z ktorého sú odvádzané výfukové plyny výfukovým potrubím 2 motora. V ňom je umiestnená dýza 3 na externý prívod tekutiny a regulovateľná výfuková klapka 4, ktorá svojou polohou usmerňuje výfukové plyny do dvoch samostatných potrubí. Do výfukového potrubia 5 smerujúceho k turbodúchadlu a výfukového potrubia 6 smerujúceho k turbogenerátoru. Vo výfukovom potrubí 5 smerujúcom k turbodúchadlu je umiestnený rotor 7 prvej turbíny, ktorá poháňa dúchadlo 8 prepínajúce spaľovací motor 1. Vo výfukovom potrubí 6 smerujúcom k turbogenerátoru je umiestnený rotor 9 druhej turbíny, ktorá poháňa zotrvačník 10 a generátor 11 elektrického prúdu. Výfukové plyny, ktoré odovzdali energiu, idú do potrubia 12 na odvod výfukových plynov.The apparatus consists of a piston internal combustion engine 1 from which exhaust gases are discharged through the engine exhaust pipe 2. In it is located a nozzle 3 for external fluid supply and an adjustable exhaust flap 4, which by its position directs the exhaust gases into two separate pipes. In the exhaust pipe 5 directed to the turbocharger and the exhaust pipe 6 directed to the turbo generator. In the exhaust manifold 5 directed to the turbocharger there is a rotor 7 of the first turbine which drives the blower 8 switching the internal combustion engine 1. In the exhaust manifold 6 directed to the turbo generator there is a rotor 9 of the second turbine which drives the flywheel 10 and electric generator 11. The exhaust gases that transmitted the energy go to the exhaust gas duct 12.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Zariadenie môže byť použité všade tam, kde je potrebný spaľovací motor s výrobou dodatočnej elektrickej energie napr. kogeneračnej jednotky, spaľovacie motory pre hybridné vozidlá, elektromobily so spaľovacím motorom na palube ako predlžovačom dojazdu prípadne lodné motory a pod.The device can be used wherever there is a need for an internal combustion engine with production of additional electric energy, e.g. cogeneration units, internal combustion engines for hybrid vehicles, electric vehicles with an internal combustion engine on board as an extension of the range or marine engines, etc.

Claims (1)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS 1. Zariadenie na zvýšenie účinnosti piestových spaľovacích motorov tvorené piestovým spaľovacím motorom (1), vyznačujúce sa tým, že vo výfukovom potrubí (2) je umiestnená regulovateľná 5 výfuková klapka (4) na usmernenie prúdu výfukových plynov podľa potreby výkonu a to do výfukového potrubia (5) smerujúceho k turbodúchadlu, v ktorom je umiestnený rotor (7) prvej turbíny poháňajúci dúchadlo (8) alebo výfukového potrubia (6) smerujúceho k turbogenerátoru, v ktorom je umiestnený rotor (9) druhej turbíny poháňajúci zotrvačník (10) a generátor (11) elektrického prúdu.An apparatus for increasing the efficiency of a piston internal combustion engine comprising a piston internal combustion engine (1), characterized in that an adjustable 5 exhaust flap (4) is arranged in the exhaust pipe (2) to direct the exhaust gas flow according to power output into the exhaust pipe. (5) facing a turbocharger, in which a rotor (7) of a first turbine driving a blower (8) or an exhaust manifold (6) facing a turbo generator is located, wherein a rotor (9) of a second turbine driving a flywheel (10) and a generator ( 11) electric current.