RU101092U1 - HEAT ENGINE - Google Patents
HEAT ENGINE Download PDFInfo
- Publication number
- RU101092U1 RU101092U1 RU2010139977/28U RU2010139977U RU101092U1 RU 101092 U1 RU101092 U1 RU 101092U1 RU 2010139977/28 U RU2010139977/28 U RU 2010139977/28U RU 2010139977 U RU2010139977 U RU 2010139977U RU 101092 U1 RU101092 U1 RU 101092U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- expansion machine
- channel
- air
- compressor
- cooling
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Abstract
1. Тепловой двигатель, характеризующийся тем, что он содержит расширительную машину с устройствами для реализации термодинамического цикла работы двигателя и систему охлаждения, сообщенные с расширительной машиной, систему подготовки компонентов рабочего тела, обычно воздуха, а также топлива, и систему приготовления газотопливной композиции рабочего тела, системы и устройства охлаждения и рекуперации, а также систему отбора мощности, при этом система подготовки воздуха перед подачей последнего в расширительную машину включает последовательно сообщенные каналом заборное устройство и компрессор, который выполнен с трехступенчатой системой устройств компримирования воздуха, а последние состоят из оснащенных поршнями цилиндров с ограждениями, которые сообщены между собой и с расширительной машиной участками канала для подачи в последнюю компримированной смеси, при этом участки канала, попарно сообщающие смежные устройства компримирования смеси компрессора снабжены охлаждающими устройствами, а расширительная машина имеет, по меньшей мере, две камеры сгорания, каждая со смесительной предкамерой и рабочей зоной с ограждениями, снабженными системой охлаждения, а также поршнем, который кинематически связан с системой отбора мощности с возможностью передачи выработанной в расширительной машине механической энергии, кроме того, по меньшей мере, один из упомянутых участков канала смонтирован с возможностью подключения к нему дополнительного канала для промежуточного отбора компримируемого воздуха и подачи последнего в систему охлаждения расширительной машины, а наиболее удаленное от заборного уст� 1. A heat engine, characterized in that it contains an expansion machine with devices for implementing the thermodynamic cycle of the engine and a cooling system in communication with the expansion machine, a system for preparing the components of the working fluid, usually air, and fuel, and a system for preparing the gas-fuel composition of the working fluid , cooling and recovery systems and devices, as well as a power take-off system, while the air preparation system before supplying the latter to the expansion machine includes the last The intake device and compressor, which is made with a three-stage system of air compression devices, communicating well with the channel, and the latter consist of pistons equipped with pistons with guards, which are connected to each other and to the expansion machine by sections of the channel for feeding the last compressed mixture, while the channel sections are paired communicating adjacent compressor mixture compression devices are equipped with cooling devices, and the expansion machine has at least two combustion chambers, each with a mixing chamber and a working area with fences provided with a cooling system, as well as a piston, which is kinematically connected to the power take-off system with the possibility of transmitting the mechanical energy generated in the expansion machine, in addition, at least one of the said sections of the channel is mounted with the possibility of connecting to it an additional channel for intermediate selection of compressed air and supplying the latter to the cooling system of the expansion machine, and the most distant from the intake
Description
Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно, тепловым двигателям, преимущественно, двигателям внутреннего сгорания.The utility model relates to the field of engine building, namely, thermal engines, mainly internal combustion engines.
Известен тепловой двигатель в виде двигателя внутреннего сгорания, содержащего расширительную машину поршневого типа (Большой Энциклопедический словарь, политехнический, науч. изд. «Большая Российская энциклопедия», м. 1998, стр.141-142).A heat engine is known in the form of an internal combustion engine containing a piston-type expansion machine (Big Encyclopedic Dictionary, Polytechnic, Scientific Publishing House "Big Russian Encyclopedia", m. 1998, pp. 141-142).
Известен тепловой двигатель в виде двигателя внутреннего сгорания газотурбинного типа, рабочий процесс которого происходит в воздушном компрессоре, камере сгорания и расширительной машине - газовой турбине (Большой Энциклопедический словарь, политехнический, науч. изд. «Большая Российская энциклопедия», м. 1998, стр.141-142).A heat engine is known in the form of a gas-turbine-type internal combustion engine, the working process of which takes place in an air compressor, a combustion chamber and an expansion machine — a gas turbine (Big Encyclopedic Dictionary, Polytechnic, Scientific Publishing House “Big Russian Encyclopedia”, m. 1998, p. 141-142).
Указанные двигателя подразделяются по роду сжигаемого топлива на газовые двигатели, работающие на газообразном топливе; двигатели, работающие на легком жидком топливе - бензине, керосине, лигроине; двигатели, работающие на тяжелом жидком топливе - дизельном и др. Кроме того, указанные двигатели подразделяют по способу подачи свежего заряда воздуха на двигатели без наддува и двигатели с наддувам, а также по способу подготовки топливо-воздушной среды на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием.These engines are divided by type of fuel burned into gas engines running on gaseous fuel; engines running on light liquid fuels - gasoline, kerosene, naphtha; engines running on heavy liquid fuel - diesel, etc. In addition, these engines are divided by the method of supplying a fresh charge of air to naturally aspirated engines and naturally aspirated engines, as well as by the method of preparing a fuel-air medium for engines with external and internal mixture formation.
Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий расширительную машину с камерой сгорания, клапанами впуска воздуха и выпуска отработавших газов, компрессор для сжатия воздуха до давления наддува, выполненный многоступенчатым с межступенчатым охлаждением для сжатия воздуха до давления, равного рабочему, в камере сгорания, а также регенеративные теплообменники-рекуператоры для подогрева сжатого воздуха и топлива, привод компрессора и систему отбора выработанной в двигателе преобразованной в механическую энергии (RU 2246625 С2, 27.12.2003).A known internal combustion engine comprising an expansion machine with a combustion chamber, air intake and exhaust valves, a compressor for compressing air to boost pressure, made by multi-stage with interstage cooling to compress air to a pressure equal to the working pressure in the combustion chamber, and regenerative heat exchangers - recuperators for heating compressed air and fuel, a compressor drive and a selection system generated in the engine converted to mechanical energy (RU 2246625 C2, 12.27.2003).
Известен тепловой двигатель с воздушным охлаждением камер сгорания расширительной машины (GB, 766703, 13.07.1954).Known heat engine with air cooling of the combustion chambers of the expansion machine (GB, 766703, 13.07.1954).
Недостатком известных двигателей является невысокая эффективная мощность и коэффициент полезного действия вследствие отсутствия или невысокого использования теплоты, вырабатываемой с расширительной машине двигателя и теряемой с выхлопными газами, а также через стенки камер сгорания.A disadvantage of the known engines is the low effective power and efficiency due to the absence or low use of heat generated from the expansion machine of the engine and lost with exhaust gases, as well as through the walls of the combustion chambers.
Задача настоящей полезной модели заключается в повышении эффективной мощности теплового двигателя и коэффициента полезного действия работы двигателя.The objective of this utility model is to increase the effective power of the heat engine and the efficiency of the engine.
Поставленная задача решается за счет того, что тепловой двигатель, согласно полезной модели, содержит расширительную машину с устройствами для реализации термодинамического цикла работы двигателя и систему охлаждения, сообщенные с расширительной машиной, систему подготовки компонентов рабочего тела, обычно, воздуха, а также топлива и систему приготовления газотопливной композиции рабочего тела, системы и устройства охлаждения и рекуперации, а также систему отбора мощности, при этом система подготовки воздуха перед подачей последнего в расширительную машину включает последовательно сообщенные каналом заборное устройство и компрессор, который выполнен с трехступенчатой системой устройств компримирования воздуха, а последние состоят из оснащенных поршнями цилиндров с ограждениями, которые сообщены между собой и с расширительной машиной участками канала для подачи в последнюю компримированной смеси, при этом участки канала, попарно сообщающие смежные устройства компримирования смеси компрессора, снабжены охлаждающими устройствами, а расширительная машина имеет, по меньшей мере, две камеры сгорания, каждая со смесительной предкамерой и рабочей зоной с ограждениями, снабженными системой охлаждения, а также поршнем, который кинематически связан с системой отбора мощности с возможностью передачи выработанной в расширительной машине механической энергии, кроме того, по меньшей мере, один из упомянутых участков канала смонтирован с возможностью подключения к нему дополнительного канала для промежуточного отбора компримируемого воздуха и подачи последнего в систему охлаждения расширительной машины, а наиболее удаленное от заборного устройство компримирования воздуха сообщено по компримированному воздуху с системой приготовления газотопливной композиции рабочего тела в расширительной машине, по меньшей мере, через один рекуператор, при этом каждый рекуператор имеет теплообменный контур для подогрева упомянутого компримированного воздуха, с возможностью регулирования, сообщенный с каналом подачи в него горячих выхлопных газов и, по крайней мере, один рекуператор выполнен с возможностью дополнительной регенерации и возврата в камеры сгорания теплоты, утилизируемой из системы охлаждения расширительной машины.The problem is solved due to the fact that the heat engine, according to the utility model, contains an expansion machine with devices for implementing the thermodynamic cycle of the engine and a cooling system in communication with the expansion machine, a system for preparing the components of the working fluid, usually air, as well as fuel and a system preparation of the gas-fuel composition of the working fluid, the cooling and recovery system and device, as well as the power take-off system, while the air preparation system before supplying the latter the expansion machine includes a sampling device and a compressor sequentially communicated by the channel and a compressor that is made with a three-stage system of air compression devices, and the latter consist of pistons equipped with pistons with guards that are connected to each other and with the expansion machine by sections of the channel for feeding the last compressed mixture, while sections of the channel, pairwise communicating adjacent devices for compressing the mixture of the compressor, equipped with cooling devices, and the expansion machine has at least two combustion chambers, each with a mixing chamber and a working area with fences provided with a cooling system, as well as a piston that is kinematically connected to the power take-off system with the possibility of transmitting mechanical energy generated in the expansion machine, in addition, at least one of the mentioned sections of the channel is mounted with the possibility of connecting an additional channel to it for intermediate selection of compressed air and supplying the latter to the cooling system of the expansion machine the most distant from the intake air compression device is reported via compressed air with a system for preparing the gas-fuel composition of the working fluid in the expansion machine through at least one recuperator, with each recuperator having a heat exchange circuit for heating said compressed air, with the possibility of regulation, communicated with the hot exhaust gas supply channel and at least one recuperator is configured for additional regeneration and return into the combustion chambers of heat utilized from the cooling system of the expansion machine.
При этом ограждения цилиндров компрессора могут быть выполнены охлаждаемыми от системы охлаждения компрессора.In this case, the cylinder guards of the compressor can be made cooled from the compressor cooling system.
Наиболее удаленный от заборного устройства цилиндр компрессора может быть сообщен на выходе через ресивер и рекуператор с предкамерой каждой из камер сгорания расширительной машины, а рекуператор запитан с выходным каналом камер сгорания с возможностью подачи в него продуктов сгорания для подогрева подаваемого в расширительную машину компримированного воздуха.The compressor cylinder farthest from the intake device can be communicated at the outlet through the receiver and recuperator with a pre-chamber of each of the combustion chambers of the expansion machine, and the recuperator is fed with the output channel of the combustion chambers with the possibility of supplying combustion products to it to heat the compressed air supplied to the expansion machine.
Система рекуперации может включать не менее двух рекуператоров, закоммутированных с возможностью регулируемой подачи в них горячих продуктов сгорания - выхлопных газов с последующим отводом продуктов сгорания во внешнюю среду.The recuperation system may include at least two recuperators, switched with the possibility of controlled supply of hot combustion products - exhaust gases, followed by removal of the combustion products into the external environment.
Канал с компримированным воздухом в компрессоре на одном из участков между цилиндрами, преимущественно, после второго цилиндра может быть сообщен дополнительным каналом с системой охлаждения ограждений камер сгорания и подключен к указанной системе на входе, а последние на выходе сообщена, по меньшей мере, с одним из рекуператоров двигателя с возможностью двойной утилизации - теплоты продуктов сгорания и теплоты охлаждения камер сгорания, причем упомянутый рекуператор, в свою очередь, одним из выходов сообщен с рабочей зоной каждой камеры сгорания с возможностью подачи в них промежуточно компримированного воздуха, подогретого в системе охлаждения камер сгорания и в рекуператоре.A channel with compressed air in the compressor in one of the sections between the cylinders, mainly after the second cylinder, can be communicated with an additional channel with a cooling system for the fencing of the combustion chambers and connected to the specified system at the input, and the latter are communicated with at least one of engine recuperators with the possibility of double utilization - the heat of the combustion products and the heat of cooling of the combustion chambers, the aforementioned recuperator, in turn, communicating with the working zone of each chamber through one of the outputs ry combustion to supply them intermediately compressed air preheated in the cooling system of the combustion chamber and in the regenerator.
Тепловой двигатель может быть снабжен, по меньшей мере, двумя компрессорами, один из которых закоммутирован по каналу подачи охлаждаемого в процессе компримирования воздуха, с, по меньшей мере, одной камерой сгорания расширительной машины через ресивер и рекуператор, обогреваемый продуктами сгорания, а другой компрессор выполнен для реализации автономного вторичного цикла подготовки компримированного воздуха, снабжен не менее, чем двумя устройствами компримирования, преимущественно, цилиндрами с поршнями и системой охлаждения в виде, по меньшей мере, двух охлаждающих устройств, смонтированных на канале подачи упомянутого воздуха после выхода канала из каждого, но не менее, чем из двух последовательно сообщенных цилиндров, снабженных также системой охлаждения ограждений, при этом второй компрессор сообщен напрямую с системой охлаждения камеры сгорания.The heat engine can be equipped with at least two compressors, one of which is switched through the supply channel of the air cooled during compression, with at least one combustion chamber of the expansion machine through a receiver and a heat exchanger heated by the combustion products, and the other compressor is made for the implementation of an autonomous secondary cycle for preparing compressed air, it is equipped with at least two compression devices, mainly cylinders with pistons and a cooling system in the form of, at least two cooling devices mounted on the supply channel of the aforementioned air after the channel exits from each, but not less than two successively connected cylinders, also equipped with a fencing cooling system, the second compressor communicating directly with the combustion chamber cooling system.
Смесительная предкамера каждой камеры сгорания может быть сообщена также с каналом подачи в нее под давлением топлива, например, сжатого природного газа.The mixing pre-chamber of each combustion chamber can also be in communication with the supply channel to it under pressure of fuel, for example, compressed natural gas.
Заборное устройство воздуха, установленное перед компрессором, может быть снабжено на входе не менее, чем одним фильтром.An air intake device installed in front of the compressor may be provided with at least one filter at the inlet.
Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, заключается в повышении эффективной мощности двигателя и повышении коэффициента полезного действия за счет рекуперативного введения в работу двигателя теплоты продуктов сгорания - выхлопных газов, в том числе с включением в указанный процесс теплоты охлаждения камер сгорания расширительной машины теплового двигателя.The technical result achieved by the above set of features is to increase the effective engine power and increase the efficiency due to the regenerative introduction of the heat of the combustion products - exhaust gases into the engine, including the inclusion of the heat of cooling of the combustion chambers of the expansion machine of the heat engine into the specified process.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, гдеThe essence of the utility model is illustrated by drawings, where
на фиг.1 представлена общее устройство теплового двигателя с расширительной машиной, рекуператорами и многоступенчатым компрессором основного цикла;figure 1 presents the General structure of a heat engine with an expansion machine, recuperators and a multistage compressor of the main cycle;
на фиг.2 - тоже, с дополнительным компрессором вторичного цикла.figure 2 - also, with an additional compressor of the secondary cycle.
на фиг.3 - принципиальная схема работы предлагаемого теплового двигателя;figure 3 is a schematic diagram of the proposed heat engine;
на фиг.4 - термодинамические циклы основной и вторичной работы предлагаемого двигателя.figure 4 - thermodynamic cycles of the primary and secondary operation of the proposed engine.
Тепловой двигатель содержит расширительную машину 1 с устройствами для реализации термодинамического цикла работы двигателя и систему охлаждения, сообщенные с расширительной машиной 1, систему подготовки компонентов рабочего тела, обычно, воздуха, а также топлива и систему приготовления газотопливной композиции рабочего тела, системы и устройства охлаждения и рекуперации, а также систему 2 отбора мощности.The heat engine comprises an expansion machine 1 with devices for implementing the thermodynamic cycle of the engine and a cooling system in communication with the expansion machine 1, a system for preparing the components of the working fluid, usually air, as well as fuel and a system for preparing the gas-fuel composition of the working fluid, cooling system and device, and recovery, as well as a power take-off system 2.
Система подготовки воздуха перед подачей последнего в расширительную машину 1 включает последовательно сообщенные каналом 3 заборное устройство 4 и компрессор 5, который выполнен с трехступенчатой системой устройств 6, 7, 8 компримирования воздуха. Устройства компримирования 6, 7, 8 состоят из оснащенных поршнями 9 цилиндров с ограждениями 10, которые сообщены между собой и с расширительной машиной 1 участками канала для подачи в последнюю компримированной смеси. Участки канала 3, попарно сообщающие смежные устройства 6 и 7, 7 и 8 компримирования смеси компрессора 5, снабжены охлаждающими устройствами 11.The air preparation system before feeding the latter to the expansion machine 1 includes sequentially communicated by the channel 3 intake device 4 and a compressor 5, which is made with a three-stage system of devices 6, 7, 8 of air compression. Compression devices 6, 7, 8 consist of pistons equipped with pistons 9 with guards 10, which are connected to each other and to the expansion machine 1 by sections of the channel for feeding into the last compressed mixture. The sections of the channel 3, pairwise communicating adjacent devices 6 and 7, 7 and 8 of the compression mixture of the compressor 5, are equipped with cooling devices 11.
Расширительная машина 1 имеет, по меньшей мере, две камеры 12 сгорания (на чертежах условно показана одна камера сгорания). Каждая камера сгорания выполнена со смесительной предкамерой 13 и рабочей зоной с ограждениями 14, снабженными системой 15 охлаждения, а также поршнем 16, который кинематически связан с системой 2 отбора мощности с возможностью передачи выработанной в расширительной машине 1 механической энергии.The expansion machine 1 has at least two combustion chambers 12 (one combustion chamber is conventionally shown in the drawings). Each combustion chamber is made with a mixing chamber 13 and a working area with fences 14 provided with a cooling system 15, as well as a piston 16, which is kinematically connected to the power take-off system 2 with the possibility of transferring the mechanical energy generated in the expansion machine 1.
По меньшей мере, один из упомянутых участков канала 3 смонтирован с возможностью подключения к нему дополнительного канала 17 для промежуточного отбора компримируемого воздуха и подачи последнего в систему 15 охлаждения расширительной машины 1.At least one of the mentioned sections of the channel 3 is mounted with the possibility of connecting to it an additional channel 17 for intermediate selection of compressed air and supplying the latter to the cooling system 15 of the expansion machine 1.
Наиболее удаленное от заборного устройства 4 устройство 8 компримирования воздуха сообщено по компримированному воздуху с системой приготовления газотопливной композиции рабочего тела в расширительной машине 1, по меньшей мере, через один рекуператор 18, 19. Каждый рекуператор 18, 19 имеет теплообменный контур для подогрева упомянутого компримированного воздуха, с возможностью регулирования, сообщенный с каналом 20 подачи в него горячих выхлопных газов и, по крайней мере, один рекуператор 19 выполнен с возможностью дополнительной регенерации и возврата в камеры 12 сгорания теплоты, утилизируемой из системы 15 охлаждения расширительной машины 1.The air compression device 8 that is farthest from the intake device 4 is communicated via compressed air to the system for preparing the gas-fuel composition of the working fluid in the expansion machine 1 through at least one recuperator 18, 19. Each recuperator 18, 19 has a heat exchange circuit for heating said compressed air , with the possibility of regulation, communicated with the channel 20 for supplying hot exhaust gases and at least one recuperator 19 is made with the possibility of additional regeneration and return to the combustion chamber 12 of heat, recoverable from cooling system 15 of the expansion machine 1.
Ограждения 10 цилиндров компрессора 5 выполнены охлаждаемыми от системы охлаждения компрессора.The fencing 10 of the compressor cylinder 5 is made cooled by the compressor cooling system.
Наиболее удаленный от заборного устройства 4 цилиндр компрессора 5 сообщен на выходе через ресивер 21 и рекуператор 18 с предкамерой 13 каждой из камер 12 сгорания расширительной машины 1. Рекуператор 18 запитан с выходным каналом камер 12 сгорания с возможностью подачи в него продуктов сгорания для подогрева подаваемого в расширительную машину 1 компримированного воздуха.The compressor cylinder 5, which is farthest from the intake device 4, is communicated at the outlet through the receiver 21 and a recuperator 18 with a pre-chamber 13 of each of the combustion chambers 12 of the expansion machine 1. The recuperator 18 is supplied with an output channel of the combustion chambers 12 with the possibility of supplying combustion products to it for heating supplied to expansion machine 1 compressed air.
Система рекуперации включает не менее двух рекуператоров 18. 19, закоммутированных с возможностью регулируемой подачи в них горячих продуктов сгорания - выхлопных газов с последующим отводом продуктов сгорания во внешнюю среду.The recuperation system includes at least two recuperators 18. 19, switched with the possibility of controlled supply of hot combustion products - exhaust gases, followed by removal of combustion products into the external environment.
Канал 3 с компримированным воздухом в компрессоре 5 на одном из участков между цилиндрами, преимущественно, после второго цилиндра 7 сообщен дополнительным каналом 17 с системой 15 охлаждения ограждений камер 12 сгорания и подключен к указанной системе на входе, а последние на выходе сообщена, по меньшей мере, с одним из рекуператоров 19 двигателя с возможностью двойной утилизации - теплоты продуктов сгорания и теплоты охлаждения камер 12 сгорания. Упомянутый рекуператор 19, в свою очередь, одним из выходов сообщен с рабочей зоной каждой камеры 12 сгорания с возможностью подачи в них промежуточно компримированного воздуха, подогретого в системе 15 охлаждения камер 12 сгорания и в рекуператоре 19.Channel 3 with compressed air in the compressor 5 on one of the sections between the cylinders, mainly after the second cylinder 7 is communicated by an additional channel 17 with the cooling system 15 of the fencing of the combustion chambers 12 and is connected to the specified system at the input, and the latter are communicated at least , with one of the recuperators 19 of the engine with the possibility of double utilization - the heat of the combustion products and the heat of cooling of the combustion chambers 12. Said recuperator 19, in turn, is connected with one of the outputs to the working area of each combustion chamber 12 with the possibility of supplying intermediate compressed air to them, heated in the cooling system 15 of the combustion chambers 12 and in the recuperator 19.
Тепловой двигатель снабжен, по меньшей мере, двумя компрессорами 5 и 22, один из которых 5 закоммутирован по каналу 3 подачи охлаждаемого в процессе компримирования воздуха, с, по меньшей мере, одной камерой 12 сгорания расширительной машины 1 через ресивер 21 и рекуператор 18, обогреваемый продуктами сгорания. Другой компрессор 22 выполнен для реализации автономного вторичного цикла подготовки компримированного воздуха, снабжен не менее, чем двумя устройствами компримирования 23, 24, преимущественно, цилиндрами с поршнями 9 и системой охлаждения в виде, по меньшей мере, двух охлаждающих устройств 25, 26, смонтированных на канале 27 подачи упомянутого воздуха после выхода канала из каждого, но не менее, чем из двух последовательно сообщенных цилиндров, снабженных также системой охлаждения ограждений. Второй компрессор 22 сообщен каналом 28 напрямую с системой 15 охлаждения камеры 12 сгорания.The heat engine is equipped with at least two compressors 5 and 22, one of which 5 is switched through the supply channel 3 of the air cooled during compression, with at least one combustion chamber 12 of the expansion machine 1 through the receiver 21 and the heat exchanger 18, heated combustion products. Another compressor 22 is designed to implement an autonomous secondary cycle for preparing compressed air, equipped with at least two compression devices 23, 24, mainly cylinders with pistons 9 and a cooling system in the form of at least two cooling devices 25, 26 mounted on channel 27 for supplying said air after the channel exits from each, but not less than, from two successively connected cylinders, also equipped with a cooling system for the fences. The second compressor 22 is communicated by channel 28 directly to the cooling system 15 of the combustion chamber 12.
Смесительная предкамера 13 каждой камеры 12 сгорания сообщена также с каналом подачи в нее под давлением топлива, например, сжатого природного газа.The mixing pre-chamber 13 of each combustion chamber 12 is also in communication with the feed channel therein under pressure of fuel, for example, compressed natural gas.
Заборное устройство 4 воздуха, установленное перед компрессором 5, снабжено на входе не менее, чем одним фильтром для очистки от загрязнений, содержащихся в подаваемом в компрессор 3 указанном компоненте топливно-газовой смеси.The air intake device 4, installed in front of the compressor 5, is provided at the inlet with at least one filter for cleaning from contaminants contained in the specified component of the fuel-gas mixture supplied to the compressor 3.
Примеры работы двигателя.Examples of engine operation.
Пример 1.Example 1
Воздух из окружающей среды через впускной патрубок заборного устройства 4 всасывается в первую ступень поршневого охлаждаемого компрессора 5 основного цикла. Ступень работает по 2-х тактному циклу. На 1-м такте воздух через открытый впускной клапан 30 всасывается в цилиндр. На втором такте при движении поршня вверх клапан 30 закрыт, воздух сжимается до давления 0,32 МПа с повышением температуры до 399 К и ближе к верхней мертвой точке (ВМТ) открывается выпускной клапан 31, через который сжатый воздух вытесняется в охладитель 32, где охлаждается до температуры 322 К и направляется во вторую ступень компрессора 5, работающую аналогично первой ступени. После второй ступени воздух с давлением 1,03 МПа и температурой 438 К поступает в охладитель 33, где охлаждается до температуры 326 К и далее сжимается в третьей ступени компрессора 5 до давления 3,3 МПа с температурой 443 К. Воздух из компрессора 5 основного цикла идет на сгорание топлива в расширительной машине 1. Прежде чем попасть в расширительную машину 1 воздух проходит рессивер 21 и далее в рекуператоре 18 нагревается за счет тепла продуктов сгорания. Для подогрева воздуха используется 0,15 часть продуктов сгорания, имеющих температуру около 810 К. В результате прохождения через рекуператор 18 воздух нагревается до температуры 516 К.Air from the environment through the inlet pipe of the intake device 4 is sucked into the first stage of the piston cooled compressor 5 of the main cycle. The stage operates on a 2-cycle cycle. At the 1st stroke, air is drawn into the cylinder through the open intake valve 30. At the second stroke, when the piston moves upward, the valve 30 is closed, the air is compressed to a pressure of 0.32 MPa with increasing temperature to 399 K and closer to the top dead center (TDC), the exhaust valve 31 opens, through which the compressed air is forced into the cooler 32, where it is cooled to a temperature of 322 K and is sent to the second stage of the compressor 5, which works similarly to the first stage. After the second stage, air with a pressure of 1.03 MPa and a temperature of 438 K enters cooler 33, where it is cooled to a temperature of 326 K and then compressed in the third stage of compressor 5 to a pressure of 3.3 MPa with a temperature of 443 K. Air from the compressor 5 of the main cycle goes to the combustion of fuel in expansion machine 1. Before you get into the expansion machine 1, the air passes the receiver 21 and then in the recuperator 18 is heated due to the heat of the combustion products. To heat the air, 0.15 part of the combustion products is used, having a temperature of about 810 K. As a result of passing through the recuperator 18, the air is heated to a temperature of 516 K.
В компрессоре 22 вторичного цикла, работающему аналогично компрессору 5 основного цикла воздух сжимается в первой ступени до давления 0,33 МПа с температурой 402 К, далее охлаждается в охладителе до температуры 322 К. Окончательное сжатие происходит во второй ступени до давления 1,1 МПа с температурой 442 К. В зависимости от загрузки двигателя воздух охлаждается до разного уровня температур. При полной загрузке температура воздуха снижается до 326 К. Далее воздух направляется в охлаждающие каналы 34 расширительной машины 1 и нагревается от более нагретых поверхностей цилиндра и головки. На выходе из головки температура воздуха повышается до 548 К. После выхода из головки воздух поступает в рекуператор 19, где нагревается 0,85 частью продуктов сгорания до температуры 779 К. Далее воздух попадает в канал и клапан 35 для впуска вторичного воздуха в расширительную машину 1.In the compressor 22 of the secondary cycle, operating similarly to the compressor 5 of the main cycle, air is compressed in the first stage to a pressure of 0.33 MPa with a temperature of 402 K, then it is cooled in a cooler to a temperature of 322 K. The final compression occurs in the second stage to a pressure of 1.1 MPa s temperature 442 K. Depending on engine load, the air is cooled to different temperature levels. When fully loaded, the air temperature drops to 326 K. Then the air is sent to the cooling channels 34 of the expansion machine 1 and is heated from the warmer surfaces of the cylinder and head. At the outlet of the head, the air temperature rises to 548 K. After leaving the head, the air enters the recuperator 19, where it is heated by 0.85 of the combustion products to a temperature of 779 K. Then the air enters the channel and valve 35 for the intake of secondary air into the expansion machine 1 .
Отношение расхода воздуха через компрессор 5 основного цикла к расходу воздуха через компрессор 22 вторичного цикла составляет 0,75-0,8.The ratio of air flow through the compressor 5 of the main cycle to the air flow through the compressor 22 of the secondary cycle is 0.75-0.8.
Расширительная машина 1 работает по четырехтактному циклу (весь цикл совершается за 720 градусов поворота коленчатого вала).Expansion machine 1 operates on a four-cycle cycle (the entire cycle is completed in 720 degrees of crankshaft rotation).
На 1 такте поршень 16 движется от верхней мертвой точки (ВМТ) вниз. В окрестности ВМТ открывается впускной клапан 35 вторичного цикла. К моменту открытия клапана 35 давление в цилиндре около 0,136 МПа, а температура 393 К. Через клапан 35 поступает воздух вторичного цикла с давлением 1,1 МПа и температурой 779 К, расширяясь в цилиндре воздух совершает положительную работу. Примерно через 60-70 градусов п.к.в. после ВМТ клапан 35 закрывается, а воздух, имеющий еще достаточно высокое давление, продолжает совершать полезную работу. Примерно за 60-70 градусов п.к.в. до нижней мертвой точки (НМТ) открывается выпускной воздушный клапан 36 и газы из цилиндра уходят в атмосферу. В момент открытия клапана 36 давление и температура газов в цилиндре составляют соответственно около 0,3 МПа и 600 К.At 1 beat, piston 16 moves down from top dead center (TDC). In the vicinity of the TDC, the inlet valve 35 of the secondary cycle opens. By the time the valve 35 is opened, the pressure in the cylinder is about 0.136 MPa, and the temperature is 393 K. Secondary air with a pressure of 1.1 MPa and a temperature of 779 K enters through the valve 35, expanding in the cylinder air does a positive job. After about 60-70 degrees p.c. after TDC, the valve 35 closes, and the air, still having a sufficiently high pressure, continues to do useful work. About 60-70 degrees p.c.v. to the bottom dead center (BDC), the exhaust air valve 36 opens and gases from the cylinder escape into the atmosphere. At the time of opening of the valve 36, the pressure and temperature of the gases in the cylinder are respectively about 0.3 MPa and 600 K.
На 2 такте поршень 16 от НМТ поступательно движется вверх. Клапан 36 максимально открыт, а далее начинает плавно закрываться. Полное закрытие происходит примерно через 154 градуса после НМТ. В момент закрытия клапана 36 давление и температура газов в цилиндре составляют соответственно около 0,42 МПа и 456 К. В момент закрытия клапана 36 одновременно открываются клапаны 37 и 38. Через клапан 37 в предкамеру 13 поступает воздух основного цикла с давлением 3,3 МПа и температурой 516 К. Через клапан 38 подается топливный газ под давлением 3,5 МПа. Продолжительность открытия клапанов 37 и 38 около 10 градусов п.к.в. После закрытия клапанов подается искра на свечу зажигания 39 и примерно за 2-7 градусов до ВМТ начинается сгорание, достигая максимальной скорости в окрестности ВМТ.At the 2nd stroke, the piston 16 from the BDC progressively moves up. Valve 36 is maximally open, and then begins to close smoothly. Full closure occurs approximately 154 degrees after BDC. At the moment of closing of valve 36, the pressure and temperature of gases in the cylinder are respectively 0.42 MPa and 456 K. At the time of closing of valve 36, valves 37 and 38 are simultaneously opened. Through valve 37, main cycle air with a pressure of 3.3 MPa enters chamber 3. and a temperature of 516 K. Through valve 38, fuel gas is supplied under a pressure of 3.5 MPa. The duration of the opening of valves 37 and 38 is about 10 degrees p.v. After closing the valves, a spark is supplied to spark plug 39, and approximately 2-7 degrees before TDC, combustion begins, reaching maximum speed in the vicinity of TDC.
В 3 такте поршень 16 движется вниз. В начале такта давление и температура газов достигают максимума и составляют соответственно 9-10 МПа и 1815-1850 К. Горение топлива продолжается в течении примерно 60-80 градусов п.к.в. Продукты сгорания вместе с избыточным воздухом расширяясь совершают положительную работу. Примерно за 30 градусов до НМТ начинает открываться выпускной клапан 40 продуктов сгорания, через который отработавшие газы покидают цилиндр и направляются в рекуператоры 18, 19. К моменту выпуска давление и температура продуктов сгорания составляют 0,44 МПа и 1072 К.In the 3rd stroke, the piston 16 moves down. At the beginning of the cycle, the pressure and temperature of the gases reach a maximum and are respectively 9-10 MPa and 1815-1850 K. Fuel combustion continues for about 60-80 degrees p.v. Combustion products together with excess air expanding do a positive job. About 30 degrees before the BDC, the exhaust valve 40 of the combustion products begins to open, through which the exhaust gases leave the cylinder and are sent to recuperators 18, 19. By the time of release, the pressure and temperature of the combustion products are 0.44 MPa and 1072 K.
В 4 такте поршень 16 движется вверх осуществляя принудительную очистку цилиндров от продуктов сгорания. После закрытия клапана 40 за 2 град до ВМТ открывается впускной клапан 35 вторичного цикла и далее описанный цикл работы расширительной машины 1 повторяется.In cycle 4, the piston 16 moves upward forcing the cylinders to be cleaned of combustion products. After closing the valve 40 for 2 degrees to the TDC, the inlet valve 35 of the secondary cycle opens and the cycle of expansion machine 1 described below is repeated.
Пример 2.Example 2
В отличие от работы описанной в примере 1 воздух из окружающей среды через впускной патрубок 40 подается в смеситель 41, где топливный газ смешивается с воздухом. В примере работы 2 в компрессоре 5 основного цикла сжимается не воздух, а топливно-воздушная смесь. Кроме этого, в расширительной машине 1 отсутствует клапан подачи топливного газа. По остальным параметрам работа в примере 2 аналогична работе в примере 1.In contrast to the operation described in example 1, air from the environment through the inlet pipe 40 is supplied to the mixer 41, where the fuel gas is mixed with air. In the example of operation 2, the air-fuel mixture is not compressed in the compressor 5 of the main cycle. In addition, in the expansion machine 1 there is no fuel gas valve. For other parameters, the work in example 2 is similar to the work in example 1.
Пример 3.Example 3
В отличие от работы описанной в примере 1 в расширительной машине 1 отсутствует клапан подачи топливного газа который заменяется на устройство подачи жидкого топлива (например, форсунку). В этом примере в расширительной машине 1 может отсутствовать свеча зажигания. По остальным параметрам работа в примере 3 аналогична работе в примере 1.In contrast to the operation described in example 1, in the expansion machine 1 there is no fuel gas supply valve which is replaced by a liquid fuel supply device (for example, a nozzle). In this example, an expansion spark plug 1 may be missing. For other parameters, the work in example 3 is similar to the work in example 1.
Описание термодинамического цикла.Description of the thermodynamic cycle.
Термодинамический цикл усовершенствованного двигателя состоит из двух взаимосвязанных циклов: основного цикла и вторичного цикла (фиг.4).The thermodynamic cycle of an improved engine consists of two interconnected cycles: the main cycle and the secondary cycle (figure 4).
В основном цикле процесс сжатия 1-2 осуществляется трехступенчато. В первой ступени 1-1'1 воздух сжимается до давления корень в 1/3 степени от общей степени повышения давления, определяемой отношением давлений в точках диаграммы 2 и 1. Процесс сжатия в первой ступени политропный с отводом тепла от сжимаемого рабочего тела. После сжатия в первой ступени рабочее тело в изобарном процессе 1'1-1'1 охлаждается с уменьшением удельного объема. Далее сжатие происходит во второй ступени до давления составляющего 2/3 степени от общей степени повышения давления. Рабочее тело далее охлаждается в процессе 1'2-1”2 и поступает на завершающее политропное сжатие 1”2-2. В результате трехступенчатого сжатия с двумя ступенями промежуточного охлаждения рабочее тело сжимается до требуемого давления с двумя ступенями промежуточного охлаждения рабочее тело сжимается до требуемого давления с существенно меньшими затратами энергии на сжатие по сравнению с одноступенчатым сжатием рабочего тела до такого же уровня давления. Однако, в результате охлаждения потеряно определенное количество тепла приведшее к снижению температуры рабочего тела. Это тепло может быть компенсировано и даже увеличено за счет частичного использования (примерно на 2/3) тепла отводимого от цикла в изохорном процессе 3'-4 и изобарном 4-1. Подвод этого тепла к рабочему телу происходит изобарно в процессе 2-2'. Температура в этом процессе может быть увеличена до температуры в точке 4. Далее в изохорном процессе 2'-2” и изобарном 2”-3 к рабочему телу подводится тепло эквивалентное теплу, выделяющемуся при сгорании топлива. После подвода тепла происходит политропное расширение с отводом тепла qохл, которое используется во вторичном цикле для нагрева рабочего тела в изобарном процессе 2-2' и догревается в процессе 2-3' за счет примерно 1/3 части тепла qпр отводимого в основном цикле. Во вторичном цикле общая степень повышения давления в процессе сжатия примерно в 4 раза ниже чем в основном. При сжатии 1-2 используется только одна ступень промежуточного охлаждения. Остальные процессы расширения, отвода тепла аналогичны процессам в основном цикле.In the main cycle, the compression process 1-2 is carried out in three stages. In the first stage 1-1 ' 1, air is compressed to a root pressure of 1/3 of the total pressure increase, determined by the ratio of pressures at points in diagrams 2 and 1. The compression process in the first stage is polytropic with heat removed from the compressible working fluid. After compression in the first stage, the working fluid in the isobaric process 1 ' 1 -1' 1 is cooled with a decrease in specific volume. Further, compression occurs in the second stage to a pressure of 2/3 of the total degree of pressure increase. The working fluid is further cooled in the process of 1 ' 2 -1 ” 2 and enters the final polytropic compression 1” 2 -2. As a result of a three-stage compression with two stages of intermediate cooling, the working fluid is compressed to the required pressure; with two stages of intermediate cooling, the working fluid is compressed to the required pressure with significantly lower energy consumption for compression compared to single-stage compression of the working fluid to the same pressure level. However, as a result of cooling, a certain amount of heat is lost leading to a decrease in the temperature of the working fluid. This heat can be compensated and even increased due to the partial use (by about 2/3) of the heat removed from the cycle in the isochoric process 3'-4 and isobaric 4-1. The supply of this heat to the working fluid occurs isobarically in the 2-2 'process. The temperature in this process can be increased to a temperature at point 4. Then, in the isochoric process 2'-2 ”and isobaric 2” -3, heat equivalent to the heat generated during fuel combustion is supplied to the working fluid. After heat input occurs polytropic expansion with heat removal q OHL, which is used in a secondary circuit for heating the working fluid in the isobaric process 2-2 'and reheated in the process 2-3' due to approximately 1/3 portion of heat q direct exhaust in the main loop . In the secondary cycle, the overall degree of pressure increase during compression is about 4 times lower than in the main. In compression 1-2, only one intermediate cooling stage is used. The remaining processes of expansion, heat removal are similar to processes in the main cycle.
Таким образом, совместное действие основного и вторичного цикла позволяют получить более высокий КПД за счет снижения затрат в процессе сжатия и более полного превращения тепла в полезную работу.Thus, the combined action of the main and secondary cycle allows to obtain higher efficiency by reducing costs in the compression process and more complete conversion of heat into useful work.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010139977/28U RU101092U1 (en) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | HEAT ENGINE |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010139977/28U RU101092U1 (en) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | HEAT ENGINE |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU101092U1 true RU101092U1 (en) | 2011-01-10 |
Family
ID=44054998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010139977/28U RU101092U1 (en) | 2010-09-30 | 2010-09-30 | HEAT ENGINE |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU101092U1 (en) |
-
2010
- 2010-09-30 RU RU2010139977/28U patent/RU101092U1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN201560839U (en) | Internal combustion stirling engine | |
| US6340004B1 (en) | Internal combustion engine with regenerator and hot air ignition | |
| US20070221145A1 (en) | System and method for split-cycle engine waste heat recovery | |
| CN101432511A (en) | External compression type two-stroke engine | |
| CN109139248B (en) | High-supercharging double-cylinder four-piston three-crankshaft straight line completely symmetrical two-stroke engine | |
| US20020078907A1 (en) | Adiabatic internal combustion engine with regenerator and hot air ignition | |
| US7004115B2 (en) | Internal combustion engine with regenerator, hot air ignition, and supercharger-based engine control | |
| WO2016114683A1 (en) | Internal combustion engine and operating method therefor | |
| WO2016000400A1 (en) | Efficient thermal energy power device and work-doing method therefor | |
| RU2440499C1 (en) | Thermal engine and operating method of thermal engine | |
| CN104963784B (en) | A kind of Stirling engine based on piston heat supply repeatedly | |
| US3143850A (en) | Supercharged integral compression engine | |
| RU101092U1 (en) | HEAT ENGINE | |
| RU2432474C2 (en) | Reciprocating internal combustion engine operation method | |
| CN101253316A (en) | Steam enhanced double piston cycle engine | |
| CN208564759U (en) | Pump fills the pressure power gasoline alcohol two of leaping high of formula two and uses engine | |
| CN210239871U (en) | Pressurizing device for improving EGR rate | |
| RU2449138C2 (en) | Internal combustion engine | |
| US20180149079A1 (en) | Spark-ignition engine with subsequent cylinders | |
| CN101482056A (en) | Heat absorption and energy recovery type internal combustion engine | |
| RU2246625C2 (en) | Method of operation of internal combustion engine and device for implementing the method | |
| CN107035517A (en) | A kind of new work engine | |
| RU2477375C2 (en) | Method of piston engine cycling and piston engine | |
| RU2800787C1 (en) | Piston engine of two-cylinder design | |
| RU2055997C1 (en) | Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20111001 |