CZ201367A3

CZ201367A3 - Piston machine with adiabatic expansion space

Info

Publication number: CZ201367A3
Application number: CZ2013-67A
Authority: CZ
Inventors: Vavřinec Korčiš
Original assignee: Vavřinec Korčiš
Priority date: 2013-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2014-04-09
Also published as: WO2014117756A1; CZ304390B6

Abstract

Pístový stroj s adiabatickým expanzním prostorem má expanzní prostor (8), ve kterém probíhá adiabatický termodynamický děj, kdy dochází k tepelné výměně mezi pracovním mediem a okolím pouze v zanedbatelném množství, což znamená zvýšení účinnosti pístového stroje. Základem stroje je sestava (1) válce, složený píst (3) s pístním čepem (4) pro spojení pístu (3) s ojnicí (5) a klikový hřídel (6) ve skříni (11). Složený píst (3) sestává z nosiče (7), z pístu (9) a z vodícího prstence (10). Sestava (1) válce je tvořena pouzdrem (12) a válcem (14). Pouzdro (12) a vodící prstenec (10) tvoří sestavu pro přímočaré vedení pístu (9) ve válci (14) a pro zachycení bočních tlaků mezi nimi. Expanzní prostor (8), tvořený dnem (20) pístu (9) a vnitřním povrchem (19) válce (14), je od pouzdra (12) a od vodícího prstence (10) oddělen tepelnou izolací (16). Pohyb vodícího prstence (10) po stěnách pouzdra (12) je podporován mazivem.The piston machine with an adiabatic expansion space has an expansion space (8) in which an adiabatic thermodynamic process takes place, whereby only a negligible amount of heat is exchanged between the working medium and the environment, which increases the efficiency of the piston machine. The basis of the machine is a cylinder assembly (1), a composite piston (3) with a piston pin (4) for connecting the piston (3) to the connecting rod (5) and the crankshaft (6) in the housing (11). The plunger (3) consists of a support (7), a piston (9) and a guide ring (10). The cylinder assembly (1) is formed by a housing (12) and a cylinder (14). The housing (12) and the guide ring (10) form an assembly for linearly guiding the piston (9) in the cylinder (14) and for retaining side pressures therebetween. The expansion space (8) formed by the bottom (20) of the piston (9) and the inner surface (19) of the cylinder (14) is separated from the housing (12) by a thermal insulation (16). The movement of the guide ring (10) along the walls of the housing (12) is supported by lubricant.

Description

Pístový stroj s adiabatickým expanzním prostoremPiston machine with adiabatic expansion space

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká oblasti pístových strojů, zejména spalovacích motorů vznětových i zážehových, čtyřdobých i dvoudobých, parních strojů, kompresorů, vývěv, čerpadel, hydraulických strojů a katapultů.The invention relates to the field of reciprocating machines, in particular diesel and petrol internal combustion engines, four-stroke and two-stroke engines, steam engines, compressors, vacuum pumps, pumps, hydraulic machines and catapults.

Dosavadní stav technikyState of the art

U známých spalovacích motorů pístových, kde dno pístu a válec tvoří spalovací prostor, jsou píst a válec zatíženy tepelně i mechanicky a při této zátěži současně musí mezi sebou udržovat olejový film pro snížení tření a současně těsnit spalovací a expanzní prostor oproti prostoru klikového mechanizmu. Rovněž u parních strojů pístových a u pístových kompresorů je přítomnost páry nebo stlačovaného media v rozporu s požadavkem na dokonalé mazání mezi válcem a pístem a na těsnění expanzního prostoru. Výše uvedené stroje byly sice zavedením nových technologií a materiálů přivedeny k dokonalosti, takže závady týkající se mazání a těsnění již byly téměř eliminovány, přesto další zvyšování účinnosti u pístových strojů je prakticky nemožné.In known reciprocating internal combustion engines, where the piston bottom and the cylinder form a combustion chamber, the piston and cylinder are thermally and mechanically loaded and at this time must maintain an oil film to reduce friction and seal the combustion and expansion spaces against the crank mechanism space. Also on reciprocating steam engines and reciprocating compressors, the presence of steam or compressed medium runs counter to the requirement for perfect lubrication between the cylinder and the piston and for sealing the expansion space. Although the above-mentioned machines have been perfected by the introduction of new technologies and materials, so that defects in lubrication and sealing have almost been eliminated, further efficiency improvements in reciprocating machines are practically impossible.

Oblast technikyField of technology

Technické řešení se týká oblasti pístových strojů, zejména spalovacích motorů vznětových i zážehových, čtyřdobých i dvoudobých, parních strojů, kompresorů, vývěv, čerpadel, hydraulických strojů a katapultů.The technical solution concerns the area of piston machines, especially internal combustion engines, diesel and petrol, four-stroke and two-stroke, steam engines, compressors, vacuum pumps, pumps, hydraulic machines and catapults.

Dosavadní stav technikyState of the art

U známých spalovacích motorů pístových, kde dno pístu a válec tvoří spalovací prostor, jsou píst a válec zatíženy tepelně i mechanicky a při této zátěži současně musí mezi sebou udržovat olejový film pro snížení tření a současně těsnit spalovací a expanzní prostor oproti prostoru klikového mechanizmu. Rovněž u parních strojů pístových a u pistových kompresorů je přítomnost páry nebo stlačovaného media v rozporu s požadavkem na dokonalé mazání mezi válcem a pístem a na těsnění expanzního prostoru. Výše uvedené stroje byly sice zavedením nových technologií a materiálu přivedeny k dokonalosti, takže závady týkající se mazání a těsnění již byly téměř eliminovány, přesto další zvyšování účinnosti u pístových strojů je prakticky nemožné.In known reciprocating internal combustion engines, where the piston bottom and the cylinder form a combustion chamber, the piston and cylinder are thermally and mechanically loaded and at this time must maintain an oil film to reduce friction and seal the combustion and expansion spaces against the crank mechanism space. Also on reciprocating steam engines and reciprocating compressors, the presence of steam or compressed medium is at odds with the requirement for perfect lubrication between the cylinder and the piston and for sealing the expansion space. Although the above-mentioned machines have been perfected by the introduction of new technologies and materials, so that defects in lubrication and sealing have almost been eliminated, further efficiency improvements in reciprocating machines are practically impossible.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Nevýhody uvedených kategorií pístových strojů do značné míry odstraňuje předkládaný vynález - pístový stroj s adiabatickým expanzním prostorem. Vynález vychází ze známých konstrukcí, kde základem je válec opatřený zařízením pro vstup a výstup pracovního media, zpravidla se jedná o sací a výfukové kanály, ventilové rozvody, šoupátka, vstřikovací zařízení a jiná konstrukční uspořádání. Ve válci se pohybuje píst opatřený pístním čepem, spojujícím píst s ojnicí. Ta spolu s klikovým hřídelem převádí přímočarý pohyb pístu na pohyb rotační a opačně a vynález předpokládá stejný způsob změny pohybu.The disadvantages of the above categories of piston machines are largely eliminated by the present invention - a piston machine with an adiabatic expansion space. The invention is based on known constructions, where the basis is a cylinder provided with a device for inlet and outlet of the working medium, usually intake and exhaust ducts, valve distributions, gate valves, injection devices and other constructional arrangements. A piston provided with a piston pin connecting the piston to the connecting rod moves in the cylinder. This, together with the crankshaft, converts the rectilinear movement of the piston into a rotary movement and vice versa, and the invention envisages the same way of changing the movement.

Podstatou vynálezu je použití adiabatického expanzního prostoru pro pístový stroj. Jedná se o expanzní prostor, ve kterém probíhá adiabatický termodynamický děj, kdy dochází k tepelné výměně mezi pracovním mediem a okolím pouze v zanedbatelném množství. Děj probíhá při dokonalé tepelné izolaci, takže soustava téměř žádné teplo do chladicího media či do okolí stroje nevydává, což znamená zvýšení účinnosti pístového stroje. Základem stroje je sestava válce, opatřená plnícím a výfukovým zařízením pro vstup a výstup pracovního media a složený píst, suvně uložený v sestavě válce. Složený píst sestává z nosiče spojeného s pístem a s vodícím prstencem. Sestava válce je složena z pouzdra opatřeného chladicími dutinami a z válce. Složený píst je opatřený pístním čepem pro spojení složeného pístu s ojnicí. Opačná strana ojnice je spojena s klikovým hřídelem uloženým ve skříni a spolu působí změnu přímočarého pohybu na pohyb rotační a opačně. Pouzdro a vodící prstenec jsou určeny pro přímočaré vedení pístu ve válci a pro zachycení bočních tlaku mezi pístem a válcem. Expanzní prostor je vymezený dnem pístu a vnitřním povrchem válce . Expanzní prostor je od pouzdra a od vodícího prstence oddělen tepelnou izolací. Ta se při pohybu složeného pístu zasouvá do meziprostoru mezi sestavou válce a mezi složeným pístem.The essence of the invention is the use of an adiabatic expansion space for a piston machine. It is an expansion space in which an adiabatic thermodynamic process takes place, where there is only a negligible amount of heat exchange between the working medium and the environment. The process takes place with perfect thermal insulation, so the system does not emit almost any heat to the cooling medium or to the surroundings of the machine, which means an increase in the efficiency of the piston machine. The basis of the machine is a cylinder assembly, equipped with a filling and exhaust device for the input and output of the working medium and a folded piston, slidably mounted in the cylinder assembly. The compound piston consists of a carrier connected to the piston and to a guide ring. The cylinder assembly consists of a housing provided with cooling cavities and a cylinder. The compound piston is provided with a piston pin for connecting the compound piston to the connecting rod. The opposite side of the connecting rod is connected to the crankshaft housed in the housing and together they cause a change in rectilinear motion to rotational motion and vice versa. The sleeve and guide ring are designed to guide the piston in a straight line in the cylinder and to absorb lateral pressures between the piston and the cylinder. The expansion space is defined by the bottom of the piston and the inner surface of the cylinder. The expansion space is separated from the housing and the guide ring by thermal insulation. When the folded piston moves, it slides into the space between the cylinder assembly and the folded piston.

Pro odstranění vibrací, pro zabezpečení vzájemné souososti po sobě vzájemně se pohybujících součástí sestavy válce a složeného pístu a pro zlepšení tepelné izolace je výhodné, když nosič je pružným spojem se stanovenou volností spojen s pístem, nebo když pouzdro a válec jsou vzájemně spojeny pružným volným spojem, případně je-li použito obojí. Pružné uložení válce a pístu umožňuje vytvoření volně lícované sestavy, ve které je dosaženo vysoké těsnosti bez pístních kroužků a která nepotřebuje mazání a tím ani chlazení. Pohyb vodícího prstence po stěnách pouzdra není ovlivněn degradací mazací vrstvy u spalovacích motorů nebo chemickými vlivy stlačované látky u kompresorů, kde naopak medium není ovlivňováno mazivem. Adiabatický expanzní prostor podle tohoto technického řešení je vytvořen pístem a válcem a je od pouzdra a od vodícího prstence oddělen tepelnou izolací. Tepelná izolace pro zabezpečení adiabatického termodynamického děje je vložena s výhodou do meziprostoru mezi válcem a mezi pouzdrem. Zajišťuje tepelné oddělení expanzního prostoru, tvořeného pístem a válcem od pouzdra a od vodícího prstence. Vodící prstenec a pouzdro zajišťují přímočaré vedení a zachycení bočních tlaků. Mezi nimi je vysoce zatížený mazivový film a tepelná zátěž je zde nežádoucí.To eliminate vibrations, to ensure the coaxiality of the moving parts of the cylinder and compound piston assembly and to improve the thermal insulation, it is advantageous if the carrier is connected to the piston by a resilient joint with a specified freedom, or when the housing and the cylinder are connected to each other by a resilient free joint , or if both are used. The flexible mounting of the cylinder and piston allows the creation of a loosely fitting assembly in which a high tightness is achieved without piston rings and which does not require lubrication and thus no cooling. The movement of the guide ring along the housing walls is not affected by the degradation of the lubricating layer in internal combustion engines or by the chemical effects of the compressed substance in compressors, where, on the contrary, the medium is not affected by the lubricant. The adiabatic expansion space according to this technical solution is formed by a piston and a cylinder and is separated from the housing and the guide ring by thermal insulation. The thermal insulation to ensure the adiabatic thermodynamic process is preferably inserted in the space between the cylinder and the housing. It ensures thermal separation of the expansion space, formed by the piston and the cylinder, from the housing and from the guide ring. The guide ring and bushing ensure straight guidance and absorb side pressures. Among them is a highly loaded lubricant film and heat loading is undesirable here.

Výhodnou alternativou tepelné izolace je zvýšení objemu hmoty po sobě posuvných součástí tvořících expanzní prostor. Tepelnou izolací je potom hmota válce a hmota pístu. Vlastností této hmoty je nízký koeficient prostupu tepla a nízký koeficient tření. V tomto případě je meziprostor hmotou zcela vyplněn. Jako výhodné se jeví provedení uvedených součástí z keramické či kompozitní hmoty. Výhodná je rovněž kombinace takto provedených součástí s níže uvedenou alternativou izolace.An advantageous alternative to thermal insulation is to increase the volume of mass of the sliding parts forming the expansion space. The thermal insulation is then the cylinder mass and the piston mass. The properties of this material are a low heat transfer coefficient and a low coefficient of friction. In this case, the interspace is completely filled with mass. An embodiment of said ceramic or composite components appears to be advantageous. A combination of the components thus made with the insulation alternative listed below is also advantageous.

Touto další alternativou tepelné izolace je vytvoření lamelového labyrintu, kdy tepelnou izolaci vytvářejí do meziprostoru soustředně vložené lamely tvaru tenkostěnného válce, připevněné střídavě jednak k sestavě válci, jednak ke složenému pístu.This further alternative to thermal insulation is the formation of a lamellar labyrinth, in which the thermal insulation is formed by lamellae in the shape of a thin-walled cylinder concentrically inserted into the interspace, fastened alternately to both the cylinder assembly and the compound piston.

Pro snížení stavební výšky pístového stroje a pro snížení torzních kmitů klikového hřídele je výhodné, když vodící prstenec je posuvný svým vnitřním povrchem po vnějším povrchu vnějšího pouzdra, a je-li na svém vnějším povrchu vodící prstenec opatřen dvěma protilehlými pístními čepy v úhlové vzdálenosti 180°, pro uchycení ojnic. Na klikovém hřídeli jsou potom pro každou sestavu válce dva ojniční čepy. Toto uspořádání má další výhodu v tom, že vodící prstenec s nosičem a pouzdro nahradí funkci křižáku obvyklého u velkých strojů.In order to reduce the overall height of the piston machine and to reduce the torsional vibrations of the crankshaft, it is advantageous for the guide ring to slide with its inner surface over the outer surface of the outer housing and for the guide ring to be provided on its outer surface with two opposite piston pins at an angular distance of 180 °. , for connecting rods. There are then two connecting rod pins on the crankshaft for each cylinder assembly. This arrangement has the further advantage that the guide ring with the carrier and the housing replace the crosshead function common on large machines.

- ' . 4* ' i * « . + if » I ? 4 * r ti ’ ’St i ti * ri· 4 « i» » t » t i- '. 4 * 'i * «. + if »I? 4 * r ti ’’ St i ti * ri · 4 «i» »t» t i

Kompaktní sestavy pístového stroje podle tohoto technického řešení lze docílit tak, že součástí pouzdra je jeho nástavec který přechází z pouzdra do tvaru trubky a je orientovaný do vnitřního prostoru sestavy válce. Osa nástavce je shodná s osou sestavy válce a složeného pístu. Po nástavci se posouvá vodící prstenec. Větší průměr nástavce je menší než vnější průměr vodícího prstence a menší průměr nástavce je větší než vnitřní průměr vodícího prstence. Pro posun vodícího prstence po nástavci je ve vodícím prstenci vytvořena vodící dutina. Tato vodící dutina je jednostranně otevřená a má negativní tvar nástavce. Pro vyrovnání tlaků je dutina odvětrána odvětrávacím otvorem, stejně jako všechny meziprostory a dutiny mezi válcem a pístem, kde by při chodu stroje docházelo k nežádoucí změně tlaků.Compact piston machine assemblies according to this technical solution can be achieved in such a way that a part of the housing is its extension which changes from the housing into the shape of a tube and is oriented into the inner space of the cylinder assembly. The axis of the attachment is the same as the axis of the cylinder and compound piston assembly. The guide ring slides along the attachment. The larger diameter of the bit is smaller than the outer diameter of the guide ring and the smaller diameter of the bit is larger than the inner diameter of the guide ring. A guide cavity is formed in the guide ring to move the guide ring along the extension. This guide cavity is open on one side and has a negative extension shape. To equalize the pressures, the cavity is vented through a vent hole, as are all the interstices and cavities between the cylinder and the piston, where there would be an undesired change in pressure while the machine is running.

Přehled obrázků na výkresechOverview of figures in the drawings

Na obr. 1 až obr. 4 jsou znázorněny příklady provedení pístového stroje s adiabatickým expanzním prostorem. Obr. 1 znázorňuje pístový stroj s adiabatickým expanzním prostorem, kde tepelnou izolací je hmota válce a hmota pístu a navíc hmota silnostěnné trubky obepínající válec. Obr. 2 znázorňuje pístový stroj s adiabatickým expanzním prostorem, kde tepelnou izolací jsou lamely tvaru tenkostěnného válce, soustředně uspořádané v meziprostoru. Obr 3. znázorňuje pístový stroj s adiabatickým expanzním prostorem, kde vodící prstenec obkračuje pouzdro, takže je svým vnitřním povrchem posuvný po vnějším povrchu pouzdra, vodící prstenec je na vnějším povrchu opatřen dvěma protilehlými pístními čepy pro uchycení ojnic. Obr 4. znázorňuje pístový stroj s adiabatickým expanzním prostorem, kde s pouzdrem je spojen nástavec přecházející do tvaru trubky určené pro vedení vodícího prstence ve kterém je pro tento nástavec vytvořena vodící dutina.Figures 1 to 4 show exemplary embodiments of a piston machine with an adiabatic expansion space. Giant. 1 shows a piston machine with an adiabatic expansion space, where the thermal insulation is the mass of the cylinder and the mass of the piston, and in addition the mass of the thick-walled tube surrounding the cylinder. Giant. 2 shows a piston machine with an adiabatic expansion space, where the thermally insulated are lamellae in the shape of a thin-walled cylinder, concentrically arranged in the intermediate space. Fig. 3 shows a piston machine with an adiabatic expansion space, where the guide ring surrounds the housing so that its inner surface slides along the outer surface of the housing, the guide ring being provided on the outer surface with two opposite piston pins for holding the connecting rods. Fig. 4 shows a piston machine with an adiabatic expansion space, where an extension merging into the shape of a tube intended for guiding a guide ring in which a guide cavity is formed for this extension is connected to the housing.

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solutions

Obrázek 1 znázorňuje technické řešení, pístový stroj s adiabatickým expanzním prostorem. Pro daný příklad byl zvolen vznětový čtyřtaktní motor. V hlavě sestavy 1 válce je plnící a výfukové zařízení 2, pro vstup a výstup pracovního media, což u vznětového čtyřtaktního motoru představuje vstřikovací zařízení a ventilový rozvod. Složený píst 3 v sestavě 1 válce vytváří při pohybu proměnlivý expanzní prostor 8, vymezený dnem 20 pístu 9 a vnitřním povrchem 19 válce 14. Složený píst je opatřený pístním čepem 4 spojujícím jej s ojnicí 5. Její opačná strana je spojená s ojničním ložiskem klikového hřídelem 6, který je uložen v ložiskách ve skříni 11. Složený píst 3 je sestavený z nosiče 7, spojeného přes pružný spoj 17 s pístem 9 a pevně spojeného s vodícím prstencem 10. Sestava válce 1 sestává z pouzdra 12 a s ním spojeného válce 14 přes pružné spojení 27. V pouzdru 12 jsou chladicí dutiny 13 pro chladící medium. Meziprostor 15 mezi válcem 14 a mezi pouzdrem 12 je odvětrán odvětrávacím otvorem 26. Do meziprostoru 15 je vložena tepelná izolace 16. Ta tepelně izoluje expanzní prostor 8 od pouzdra 12 a od vodícího prstence 10. Tepelnou izolací 16 je v daném provedení i zvětšená hmota pístu 9. Vlastností této keramické hmoty, ze které je vyroben i válec 14, je nízký koeficient prostupu tepla a nízký koeficient tření. Pouzdro 12 a vodící prstenec 10 tvoří spolu sestavu pro přímočaré vedení složeného pístu 3 v sestavě válce 1 a pro zachycení bočních tlaků mezi nimi. Znamená to vyloučení bočních tlaků mezi pístem 9 a válcem 14, takže při pružném uložení válce 14 a pístu 9 je vytvořena volně lícovaná sestava, kde je dosaženo těsnosti bez pístních kroužků a kde není třeba mazání ani chlazení. Pohyb vodícího prstence 10 po stěnách pouzdra 12 je podporován mazivem, které v daném provedení nepodléhá degradaci vlivem tepla nebo chemického působení paliva a spalin vznětového motoru.Figure 1 shows a technical solution, a piston machine with an adiabatic expansion space. A four-stroke diesel engine was chosen for this example. In the head of the cylinder assembly 1 there is a filling and exhaust device 2 for the inlet and outlet of the working medium, which in the case of a diesel four-stroke engine represents an injection device and a valve train. The compound piston 3 in the cylinder assembly 1 forms a variable expansion space 8, defined by the bottom 20 of the piston 9 and the inner surface 19 of the cylinder 14. The compound piston is provided with a piston pin 4 connecting it to the connecting rod 5. Its opposite side is connected to the connecting rod bearing by a crankshaft 6, which is housed in bearings in a housing 11. The composite piston 3 is composed of a carrier 7 connected via a resilient joint 17 to the piston 9 and rigidly connected to a guide ring 10. The cylinder assembly 1 consists of a housing 12 and a cylinder 14 connected thereto via resilient connection 27. In the housing 12 there are cooling cavities 13 for the cooling medium. The intermediate space 15 between the cylinder 14 and the housing 12 is ventilated through a vent hole 26. A thermal insulation 16 is inserted into the intermediate space 15. This thermally insulates the expansion space 8 from the housing 12 and the guide ring 10. The thermal insulation 16 is also an enlarged piston mass. 9. The properties of this ceramic material, from which the cylinder 14 is also made, are a low heat transfer coefficient and a low coefficient of friction. The housing 12 and the guide ring 10 together form an assembly for rectilinearly guiding the folded piston 3 in the cylinder assembly 1 and for absorbing lateral pressures therebetween. This means that lateral pressures between the piston 9 and the cylinder 14 are eliminated, so that when the cylinder 14 and the piston 9 are resiliently mounted, a loose assembly is formed where tightness is achieved without piston rings and where no lubrication or cooling is required. The movement of the guide ring 10 along the walls of the housing 12 is supported by a lubricant which, in a given embodiment, is not subject to degradation due to heat or chemical action of the diesel fuel and flue gases.

Na obrázku 2 je znázorněn pístový stroj s adiabatickým expanzním prostorem v podstatě shodný s předchozím, ale tepelnou izolací 16 je navíc zvětšená hmota válce 14 a jako tepelná izolace 16 v meziprostoru 15, působí pevné lamely 18a a pohyblivé lamely 18b, obojí tvaru tenkostěnného válce. Dvě pevné lamely 18a, soustředně uspořádané v meziprostoru 15 jsou spojené s pouzdrem 12. Proti nim je soustředně ustavena a s nosičem 7 spojena pohyblivá lamela 18b. Pružným spojem 17 je zde spojen pouze píst 9 se nosičem _7. Meziprostor 15 mezi vnitřním válcem 14 a mezi vnějším válcem 12 je odvětrán odvětrávacím otvorem 26.Figure 2 shows a piston machine with an adiabatic expansion space substantially identical to the previous one, but the thermal insulation 16 also increases the mass of the cylinder 14 and acts as a thermal insulation 16 in the intermediate space 15. Two fixed lamellae 18a, concentrically arranged in the intermediate space 15, are connected to the housing 12. Against them, a movable lamellae 18b is concentrically arranged and connected to the carrier 7. Here, only the piston 9 is connected to the carrier 7 by a resilient connection 17. The intermediate space 15 between the inner cylinder 14 and the outer cylinder 12 is vented by a vent hole 26.

Obrázek 3 znázorňuje pístový stroj s adiabatickým expanzním prostorem, vznětový čtyřtaktní motor, v principu shodný s předchozími příklady. Sestava 1 válce je složena z pouzdra 12 a válce 14. V pouzdru 12 jsou chladicí dutiny 13 pro cirkulaci chladicího media. Meziprostor 15 mezi válcem 14 a mezi pouzdrem 12 je odvětrán odvětrávacím otvorem 26. V hlavě sestavy 1 válce je zařízení 2 pro vstup a výstup pracovního media, což znamená vstřikovací zařízení a ventilový rozvod. Složený píst 3 je sestavený z nosiče 7, spojeného přes pružný spoj 17 s pístem 9 a pevně spojeného s vodícím prstencem 10. Vodící prstenec 10 obkračuje pouzdroFigure 3 shows a piston machine with an adiabatic expansion space, a four-stroke diesel engine, identical in principle to the previous examples. The cylinder assembly 1 is composed of a housing 12 and a cylinder 14. In the housing 12 there are cooling cavities 13 for circulating the cooling medium. The intermediate space 15 between the cylinder 14 and the housing 12 is vented by a vent hole 26. In the head of the cylinder assembly 1 there is a device 2 for the entry and exit of the working medium, which means an injection device and a valve train. The folded piston 3 is composed of a carrier 7, connected via a resilient connection 17 to the piston 9 and firmly connected to a guide ring 10. The guide ring 10 surrounds the housing

12, takže je svým vnitřním povrchem 22 posuvný po vnějším povrchu 21 pouzdra 12. Vodící prstenec 10 je na vnějším povrchu 23 opatřen dvěma protilehlými pístními čepy 4 pro uchycení dvou ojnic 5, spojených s ojničními čepy klikového hřídele 6, uloženého v hlavních ložiskách motoru, ve skříni 11. Tepelnou izolaci 16 v daném provedení tvoří zvětšená hmota pístu 9 a válce 14.Toto provedení má výhodu ve snížení stavební výšky pístového stroje a pro snížení torzních kmitů klikového hřídele.12, so that its inner surface 22 is slidable on the outer surface 21 of the housing 12. The guide ring 10 is provided on the outer surface 23 with two opposite piston pins 4 for holding two connecting rods 5 connected to the connecting rod pins of the crankshaft 6 mounted in the main engine bearings. in the housing 11. The thermal insulation 16 in this embodiment consists of an increased mass of the piston 9 and the cylinder 14. This embodiment has the advantage of reducing the overall height of the piston machine and of reducing the torsional vibrations of the crankshaft.

Na shodném principu, ale v odlišném provedení, je na obrázku 4 znázorněný pístový stroj s adiabatickým expanzním prostorem, spalovací čtyřtaktní motor. Složený píst 3 je sestavený z nosiče 7, pevně spojeného s vodícím prstencem 10, spojeného přes pružný spoj 17 s pístem 9. S pouzdrem 12 je zde spojen nástavec 24 přecházející do tvaru trubky, situovaný do vnitřního prostoru stroje. Jeho osa je shodná s osou sestavy 1 válce a složeného pístu 3. Větší průměr nástavce 4 je menší než vnější průměr vodícího pístu 10 a menší průměr nástavce 24 je větší než vnitřní průměr vodícího prstence 10, ve kterém je pro nástavec 24 vytvořena vodící dutina 25, soustředná s jeho povrchem. Dutina 25 má negativní tvar nástavce 24, je jednostranně otevřená a její průřez má tvar mezikruží. Pro vyrovnání tlaků je vodící dutina 25 odvětrána odvětrávacím otvorem 26. Tepelnou izolací 16 je v daném provedení zvětšená hmota pístu 9 i válce 14. Vlastností této keramické hmoty, ze které je píst 9 i válec 14 vyroben, je nízký koeficient prostupu tepla a nízký koeficient tření. Popsaným provedením lze docílit kompaktní sestavy pístového stroje.On the same principle, but in a different embodiment, Figure 4 shows a piston machine with an adiabatic expansion space, a four-stroke internal combustion engine. The folded piston 3 is composed of a carrier 7, firmly connected to a guide ring 10, connected to the piston 9 via a resilient joint 17. Here, a tubular extension 24 is connected to the housing 12, situated in the interior of the machine. Its axis coincides with the axis of the cylinder and composite piston assembly 1. The larger diameter of the extension 4 is smaller than the outer diameter of the guide piston 10 and the smaller diameter of the extension 24 is larger than the inner diameter of the guide ring 10 in which the guide cavity 25 is formed for the extension 24. , concentric with its surface. The cavity 25 has the negative shape of the extension 24, is open on one side and its cross-section has the shape of an annulus. To equalize the pressures, the guide cavity 25 is vented through a vent hole 26. The thermal insulation 16 in this embodiment increases the mass of the piston 9 and the cylinder 14. This ceramic material from which the piston 9 and the cylinder 14 are made is low heat transfer coefficient and low coefficient friction. With the described design, compact piston machine assemblies can be achieved.

Claims

Patent claims

A piston machine with an adiabatic expansion space, the basis of which is a cylinder assembly (1), provided with a filling and exhaust device (2), for the inlet and outlet of the working medium and a folded piston (3) slidably mounted in the cylinder assembly (1), the compound piston (3) is provided with a piston pin (4) for connecting the compound piston (3) to the connecting rod (5), the opposite side of which is connected to the crankshaft (6) mounted in the crankshaft (6) housing (11), characterized in that the folded piston (3) consists of a carrier (7) connected to the piston (9) and to a guide ring (10), the cylinder assembly (1) being composed of a housing (12) provided with cooling cavities (13) and from the cylinder (14), the housing (12) and the guide ring (10) being designed to guide the piston (9) in a straight line in the cylinder (14) and to absorb lateral pressures between the piston (9) and the cylinder (14). , wherein the expansion space (8) defined by the bottom (20) of the piston (9) and the inner surface (19) of the cylinder (14) is separated from the housing (12) and from the guide ring (10) by heat insulation (16) for which a gap (15) is defined between the cylinder assembly (1) and the folded piston (3).

Piston machine with adiabatic expansion space according to Claim 1, characterized in that the carrier (7) is connected to the piston (9) by a resilient connection (17) and is rigidly connected to the guide ring (10).

Piston machine with adiabatic expansion space according to Claims 1 and 2, characterized in that the housing (12) and the cylinder (14) are connected to one another by a flexible connection (27).

Piston machine with adiabatic expansion space according to protection claims 1 to 3, characterized in that a thick-walled tube ( 28) enclosing cylinder (14).

Piston machine with adiabatic expansion space according to Claims 1 to 4, characterized in that the thermal insulation (16) is fixed lamellae 8 (18a) and movable lamellae (18b), both in the shape of a thin-walled cylinder, arranged concentrically in of the intermediate space (15), wherein the fixed lamellae (18a) are connected to the cylinder assembly (1) and the movable lamellae (18b) are connected to the folded piston (3);

Piston machine with adiabatic expansion space according to Claims 1 to 5, characterized in that the thermal insulation (16) is a cylinder material (14) and a piston material (9).

Piston machine with adiabatic expansion space according to Claims 1 to 6, characterized in that the guide ring (10) is displaceable by its inner surface (22) along the outer surface (21) of the housing (12).

Piston machine with adiabatic expansion space according to claim 7, characterized in that the guide ring (10) is provided on the outer surface (23) with two opposite piston pins (4) for holding two connecting rods (5), which is an inner surface (22) slidable along the outer surface (21) of the housing (12).

Piston machine with adiabatic expansion space according to Claims 1, 3 to 6, characterized in that the housing (12) comprises an extension (24) which changes into a tube shape and is oriented into the interior of the cylinder assembly (1), its axis is identical to the axis of the cylinder and composite piston assembly (1), wherein the larger diameter of the extension (24) is smaller than the outer diameter of the guide ring (10) and the smaller diameter of the extension (24) is larger than the inner diameter of the guide ring (10) , for the movement of the guide ring (10) along the extension (24) a guide cavity (25) is formed for the extension (24) in the guide ring (10), which has a negative shape of the extension (24), is open on one side and is ventilated through the vent (26).