RU156745U1

RU156745U1 - POWER UNIT WITH SEPARATE COMPRESSION AND EXPANSION PROCESSES

Info

Publication number: RU156745U1
Application number: RU2015105473/06U
Authority: RU
Inventors: Владимир Самойлович Кукис; Максим Игоревич Куколев; Андрей Викторович Романов; Дмитрий Станиславович Агапов
Priority date: 2015-02-17
Filing date: 2015-02-17
Publication date: 2015-11-20

Abstract

Силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения, содержащая расширительную машину с поршнем, кривошипно-шатунным механизмом, впускным и выпускным клапанами в одноименных патрубках и форсункой между ними, топливный бак, соединенный топливопроводом с форсункой, двигатель Стерлинга с полостью для прохода отработавших газов, соединенной с выпускным патрубком, компрессор, соединенный трубопроводом с ресивером, отличающаяся тем, что расширительная машина дополнительно содержит свечу зажигания, установленную рядом с форсункой, ресивер окружен полостью охлаждения, силовая установка дополнительно содержит вихревую трубу Ранка-Хилша, вход в которую соединен трубопроводом с компрессором, а выходы с полостью охлаждения ресивера и с выпускным патрубком расширительной машины.A power plant with separated compression and expansion processes, containing an expansion machine with a piston, a crank mechanism, inlet and outlet valves in the pipes of the same name and an injector between them, a fuel tank connected by a fuel line to an injector, a Sterling engine with a cavity for the passage of exhaust gases connected with an outlet pipe, a compressor connected by a pipeline to a receiver, characterized in that the expansion machine additionally contains a spark plug installed next to the nozzle, the receiver is surrounded by a cooling cavity, the power plant additionally contains a Rank-Hilsch vortex tube, the entrance to which is connected by a pipeline to the compressor, and the outputs with the receiver cooling cavity and the outlet of the expansion machine.

Description

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использована для повышения мощности силовой установки.The utility model relates to mechanical engineering, namely to engine building and can be used to increase the power of the power plant.

Известна силовая установка с разделенными процессами сжатия и расширения (RU 52938, F02G 5/02, опубл. 27.04.2006), содержащая поршневую расширительную машину с кривошипно-шатунным механизмом, поршнем, впускным и выпускным клапанами, выпускным патрубком и форсункой; топливный бак с топливопроводом; двигатель Стерлинга с полостью для прохода отработавших газов; компрессор, соединенный трубопроводом с ресивером.A known power plant with separate compression and expansion processes (RU 52938, F02G 5/02, publ. 04/27/2006), containing a piston expansion machine with a crank mechanism, a piston, inlet and outlet valves, exhaust pipe and nozzle; fuel tank with fuel line; Stirling engine with a cavity for the passage of exhaust gases; compressor connected to the receiver by piping.

Недостатками этой силовой установки является то, что сжатый воздух, поступающий из ресивера в цилиндр расширительной машины, имеет высокую температуру, что обусловливает его малую плотность, а значит, и меньшую массу воздушного заряда в цилиндре (меньший коэффициент наполнения). Последнее ограничивает количество топлива, которое может быть сожжено в цилиндре и, соответственно, мощность, вырабатываемую силовой установкой.The disadvantages of this power plant is that the compressed air coming from the receiver into the cylinder of the expansion machine has a high temperature, which causes its low density, and hence a smaller mass of air charge in the cylinder (lower filling ratio). The latter limits the amount of fuel that can be burned in the cylinder and, accordingly, the power generated by the power plant.

Полезная модель решает задачу повышения мощности, вырабатываемой силовой установкой за счет обеспечения возможности сжигания большего количества топлива в цилиндре расширительной машины.The utility model solves the problem of increasing the power generated by the power plant by providing the ability to burn more fuel in the cylinder of the expansion machine.

Это достигается тем, что в силовой установке с разделенными процессами сжатия и расширения, содержащей расширительную машину с поршнем, кривошипно-шатунным механизмом, впускным и выпускным клапанами в одноименных патрубках и форсункой между ними, топливный бак, соединенный топливопроводом с форсункой, двигатель Стерлинга с полостью для прохода отработавших газов, соединенной с выпускным патрубком, компрессор, соединенный трубопроводом с ресивером, согласно полезной модели расширительная машина дополнительно содержит свечу зажигания, установленную рядом с форсункой, ресивер окружен полостью охлаждения, силовая установка дополнительно содержит вихревую трубу Ранка-Хилша, вход в которую соединен трубопроводом с компрессором, а выходы с полостью охлаждения ресивера и с выпускным патрубком расширительной машины.This is achieved by the fact that in a power plant with separate compression and expansion processes, containing an expansion machine with a piston, a crank mechanism, intake and exhaust valves in the pipes of the same name and an injector between them, a fuel tank connected by a fuel line to the nozzle, a Sterling engine with a cavity for the passage of exhaust gases connected to the exhaust pipe, the compressor connected by a pipe to the receiver, according to a utility model, the expansion machine further comprises a spark plug installed next to the nozzle, the receiver is surrounded by a cooling cavity, the power unit additionally contains a Rank-Hillsch vortex tube, the inlet of which is connected by a pipeline to the compressor, and the outputs with the cooling cavity of the receiver and the exhaust pipe of the expansion machine.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображено принципиальное устройство силовой установки.The utility model is illustrated by the drawing, which shows the basic structure of the power plant.

Устройство содержит поршневую расширительную машину 1 с кривошипно-шатунным механизмом 2, поршнем 3, выпускным 4 и впускным 5 клапанами, выпускным патрубком 6, форсункой 7 и свечой зажигания 8, топливный бак 9 с топливопроводом 10, двигатель Стерлинга 11 с полостью для прохода отработавших газов 12, компрессор 13, соединенный трубопроводом 14 с ресивером 15 и трубопроводом 16 с вихревой трубой Ранка-Хилша 17, которая трубопроводом 18 соединена с выпускным патрубком 6 и трубопроводом 19 с полостью охлаждения 20 ресивера 15. Ресивер 15 посредством впускного коллектора 21 соединен с поршневой расширительной машиной 1.The device comprises a piston expansion machine 1 with a crank mechanism 2, a piston 3, an exhaust 4 and an inlet 5 valve, an exhaust pipe 6, a nozzle 7 and an spark plug 8, a fuel tank 9 with a fuel pipe 10, a Sterling engine 11 with an exhaust gas passage 12, a compressor 13 connected by a pipe 14 to a receiver 15 and a pipe 16 with a Rank-Hills vortex pipe 17, which is connected by a pipe 18 to an exhaust pipe 6 and a pipe 19 with a cooling cavity 20 of the receiver 15. The receiver 15 by means of an inlet the manifold 21 is connected to the piston expansion machine 1.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После завершения очередного рабочего цикла, отработавшие газы из расширительной машины 1 через выпускной клапан 4 по выпускному патрубку 6 поступают в полость 12, окружающую нагреватель двигателя Стирлинга 11 и обеспечивают его работу. Мощность, вырабатываемая двигателем Стирлинга 11, используется для сжатия воздуха в компрессоре 13. Основная часть сжатого воздуха по трубопроводу 14 подается в ресивер 15, откуда через впускной клапан 5 поступает в цилиндр расширительной машины 1 в момент, когда поршень 3 начинает перемещаться от верхней мертвой точки к нижней. Другая часть сжатого в компрессоре 13 воздуха по трубопроводу 16 направляется в вихревую трубу Ранка-Хилша 17, в которой поток воздуха разделяется на два: холодный и нагретый. Холодный поток по трубопроводу 19 направляется в полость охлаждения 20 ресивера 15 и затем выходит в атмосферу, а нагретый по трубопроводу 18 попадает в выпускной патрубок 6 и смешивается с отработавшими газами. Холодный поток воздуха, проходящий через полость охлаждения 20, понижает температуру сжатого воздуха в ресивере 15, в результате чего плотность сжатого воздуха увеличивается и в надпоршневое пространство расширительной машины 1 попадает большее его количество. В это же время в цилиндр расширительной машины 1 через форсунку 7 впрыскивается топливо, поступающее по топливопроводу 10 из топливного бака 9. Поступившее в цилиндр топливо первоначально воспламеняется с помощью свечи зажигания 8 и в дальнейшем горит по мере поступления его в надпоршневое пространство. Наличие в цилиндре расширительной машины 1 большего количества воздуха в связи с его повышенной плотностью (в сравнении с прототипом), обеспечивает возможность сжигания большего количества топлива и соответствующее повышение мощности, вырабатываемой силовой установкой (по данным работы: Берестнев Г.А. Оценка влияния температуры наддувочного воздуха на мощностные, экономические показатели дизеля ЯМ3-8424 и особенности протекания его рабочего цикла // Ползуновский вестник. - №4. - Барнаул, 2006. - С. 84-91, рис. 1, понижение температуры воздуха, поступающего в цилиндр дизеля, на каждые 10 К приводит к повышению мощности на 3.3%).After the completion of the next working cycle, the exhaust gases from the expansion machine 1 through the exhaust valve 4 through the exhaust pipe 6 enter the cavity 12 surrounding the heater of the Stirling engine 11 and ensure its operation. The power generated by the Stirling engine 11 is used to compress the air in the compressor 13. The main part of the compressed air through a pipe 14 is supplied to the receiver 15, from where through the inlet valve 5 it enters the cylinder of the expansion machine 1 at the moment when the piston 3 begins to move from top dead center to the bottom. Another part of the compressed air in the compressor 13 through the pipe 16 is sent to the Rank-Hills vortex tube 17, in which the air flow is divided into two: cold and heated. The cold stream through the pipe 19 is directed to the cooling cavity 20 of the receiver 15 and then goes into the atmosphere, and the heated through the pipe 18 enters the exhaust pipe 6 and mixes with the exhaust gases. The cold air stream passing through the cooling cavity 20 lowers the temperature of the compressed air in the receiver 15, as a result of which the density of the compressed air increases and a larger amount of it enters the supra-piston space of the expansion machine 1. At the same time, fuel is injected into the cylinder of the expansion machine 1 through the nozzle 7, which enters the fuel line 10 from the fuel tank 9. The fuel entering the cylinder is initially ignited with the help of the spark plug 8 and then burns as it enters the over-piston space. The presence of a larger amount of air in the cylinder of the expansion machine 1 due to its increased density (in comparison with the prototype) provides the possibility of burning more fuel and a corresponding increase in the power generated by the power plant (according to the work: G. Berestnev. Assessing the effect of the charge-air temperature air power, economic indicators of the YaM3-8424 diesel engine and features of its working cycle // Polzunovsky Bulletin - No. 4. - Barnaul, 2006. - P. 84-91, Fig. 1, lowering the air temperature, post dipping into the cylinder of the cylinder, for every 10 K leads to an increase in power by 3.3%).

Claims

A power plant with separate compression and expansion processes, comprising an expansion machine with a piston, a crank mechanism, intake and exhaust valves in the pipes of the same name and an injector between them, a fuel tank connected by a fuel line to the nozzle, a Stirling engine with an exhaust gas passage connected to with an exhaust pipe, a compressor connected by a pipe to the receiver, characterized in that the expansion machine further comprises a spark plug mounted next to the nozzles Coy, the receiver is surrounded by a cooling cavity, the power plant additionally contains a Rank-Hills vortex tube, the inlet of which is connected by a pipeline to the compressor, and the outputs with the cooling cavity of the receiver and with the exhaust pipe of the expansion machine.