RU2234615C2

RU2234615C2 - Method of operation of piston heat engine

Info

Publication number: RU2234615C2
Application number: RU2001115459/06A
Authority: RU
Inventors: В.А. Казанцев (RU); В.А. Казанцев
Original assignee: Казанцев Виктор Андреевич
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2004-08-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; engines.

SUBSTANCE: according to proposed method of operation of piston heat engine air is compressed to final pressure, fuel is introduced into air and mixed with air and then mixture is combustion in combustion chamber at final pressure after which working medium is expanded and its energy is converted into mechanical work. Air is compressed in compressor and is delivered into external combustion chamber, fuel is introduction also into external combustion chamber, combustion products are accumulated and cooled by liquid warmed by heat from engine cooling system within the limits of maximum combustion temperature and temperature set by engine operator. Pressure of cooled working medium is maintained within the limits of maximum approximation to final air compression pressure, and cooling liquid is transformed into steam of high pressure and high temperature. Heat of working medium discharge from piston cylinders is used at steam generation, and hot surfaces of engine are protected by heat insulation from cooling.

EFFECT: increased efficiency of heat engine.

9 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к тепловым двигателям различного назначения, в частности к автотракторным двигателям.The invention relates to heat engines for various purposes, in particular to automotive engines.

Известен способ работы поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС), который состоит в том, что топливовоздушную рабочую среду вводят в поршневой цилиндр, где ее сжимают до 4 МПа, не более, воспламеняют, расширяют и преобразуют энергию продуктов сгорания в механическую работу. При этом горячие стенки поршневых цилиндров охлаждают атмосферным воздухом. Недостаток этого способа состоит в том, что низкое давление сжатия и отвод тепла от стенок цилиндров в атмосферу обуславливают низкий КПД ДВС, который составляет не более 30%, а также в том, что воздушное охлаждение не надежно (1).A known method of operation of a piston internal combustion engine (ICE), which consists in the fact that the air-fuel working medium is introduced into the piston cylinder, where it is compressed to 4 MPa, not more, ignite, expand and transform the energy of the combustion products into mechanical work. In this case, the hot walls of the piston cylinders are cooled with atmospheric air. The disadvantage of this method is that low compression pressure and heat removal from the cylinder walls to the atmosphere cause a low ICE efficiency, which is no more than 30%, and also that air cooling is not reliable (1).

Известен способ работы поршневого ДВС, где в поршневой цилиндр вводят воздух и сжимают, затем вводят топливо, которое от высокой температуры сжатия самовоспламеняется. После чего продукты сгорания расширяют, а их энергию преобразуют в механическую работу. При этом горячие стенки поршневых цилиндров омывают, а саму жидкость охлаждают атмосферным воздухом. Этот способ позволяет повысить давление сжатия до 8 МПа и выше и повысить надежность системы охлаждения ДВС.A known method of operation of a piston internal combustion engine, where air is introduced into a piston cylinder and compressed, fuel is then introduced, which self-ignites from a high compression temperature. Then the combustion products are expanded, and their energy is converted into mechanical work. In this case, the hot walls of the piston cylinders are washed, and the liquid itself is cooled with atmospheric air. This method allows to increase the compression pressure to 8 MPa and above and to increase the reliability of the engine cooling system.

Недостаток этого способа работы теплового двигателя заключатся в том, что более 50% тепла отводится из двигателя не рационально. То есть около 30% тепла уносится в атмосферу охлаждающей жидкостью и около 20% тепла выбрасывается в атмосферу с отработавшими продуктами сгорания. КПД этого двигателя не превышает 40% (2 - прототип).The disadvantage of this method of operation of a heat engine is that more than 50% of the heat removed from the engine is not rational. That is, about 30% of the heat is carried into the atmosphere by the coolant and about 20% of the heat is released into the atmosphere with the exhaust products of combustion. The efficiency of this engine does not exceed 40% (2 - prototype).

Известен способ работы комбинированного ДВС, включающего цилиндропоршневой и турбинный двигатели. Суть способа состоит в том, что в цилиндропоршневом двигателе эффективно преобразуют в механическую работу малые объемы продуктов сгорания при высоких давлениях, затем продукты сгорания передают в турбину, где эффективно преобразуют в механическую работу большие объемы продуктов сгорания при низких давлениях. При этом мощность, снимаемую с вала турбины, используют в компрессоре наддува, которым нагнетают воздух в поршневые цилиндры, на такте впуска, с давлением до 0,5 МПа. Горячие стенки здесь также омывают охлаждающей жидкостью, а эту жидкость охлаждают атмосферным воздухом. Этот способ позволяет поднять давление сжатия до 12 МПа и выше и расширить нижний предел использования давления продуктов сгорания. Однако и этот способ не позволяет поднять КПД использования тепла продуктов сгорания выше 50% (3).A known method of operation of a combined internal combustion engine, including a cylinder piston and turbine engines. The essence of the method is that small volumes of combustion products at high pressures are effectively converted into mechanical work in a piston engine, then the combustion products are transferred to a turbine, where large volumes of combustion products at low pressures are effectively converted to mechanical work. At the same time, the power taken from the turbine shaft is used in a boost compressor, which pumps air into the piston cylinders, at the intake stroke, with a pressure of up to 0.5 MPa. Hot walls here are also washed with coolant, and this fluid is cooled with atmospheric air. This method allows you to raise the compression pressure to 12 MPa and above and to expand the lower limit of the use of pressure of the products of combustion. However, this method does not allow to raise the efficiency of use of heat of combustion products above 50% (3).

Целью изобретения является повышение КПД двигателя за счет более полного использования тепла продуктов сгорания.The aim of the invention is to increase engine efficiency due to a more complete use of heat of combustion products.

Эта цель достигается благодаря тому, что воздух сжимают до конечного давления в компрессоре, после чего его нагнетают во внешнюю камеру сгорания конечного давления сжатия, топливо вводят также во внешнюю камеру сгорания, где его смешивают со сжатым воздухом и сжигают при конечном давлении и максимальной температуре, после чего продукты сгорания накапливают (аккумулируют) и охлаждают жидкостью в пределах от максимальной температуры сгорания до температуры, назначаемой оператором двигателя, при этом давление охлажденного рабочего тела удерживают в пределах, максимально приближенных к конечному давлению сжатия воздуха, а охлаждающую жидкость преобразуют в пар высокого давления и высокой температуры в пределах, установленных оператором двигателя, после чего рабочее тело нагнетают в поршневые цилиндры двигателя, в начале такта “Рабочий ход”, где его расширяют и преобразуют в механическую работу. Кроме того, тепло рабочего тела, выпускаемого из поршневых цилиндров, используют при генерации пара. Продукты сгорания аккумулируют в объеме не менее двадцати цикловых объемов. Горячие поверхности двигателя защищают от выхолаживания тепловой изоляцией. Продукты сгорания и пар смешивают друг с другом, а затем используют в поршневых цилиндрах. Пар генерируют и используют отдельно от продуктов сгорания. Часть топлива сжигают внутри поршневых цилиндров. Пар используют в непоршневом двигателе. Температуру рабочего тела, подаваемого в поршневые цилиндры, удерживают в пределах от 1000 до 1700°С. Охлаждающую жидклсть перед введением в парогенератор подогревают теплом из системы охлаждения двигателя. Предлагаемая последовательность работы поршневого двигателя в известных аналогах не обнаружена. Таким образом предложенное техническое решение соответствует критерию “Новизна”.This goal is achieved due to the fact that the air is compressed to a final pressure in the compressor, after which it is pumped into the external combustion chamber of the final compression pressure, the fuel is also introduced into the external combustion chamber, where it is mixed with compressed air and burned at the final pressure and maximum temperature, after which the combustion products accumulate (accumulate) and are cooled by liquid in the range from the maximum combustion temperature to the temperature set by the engine operator, while the pressure of the cooled working fluid keep within the limits as close as possible to the final pressure of air compression, and the coolant is converted into high pressure and high temperature steam within the limits established by the engine operator, after which the working fluid is pumped into the piston cylinders of the engine, at the beginning of the “Travel” stroke, where it expand and transform into mechanical work. In addition, the heat of the working fluid discharged from the piston cylinders is used to generate steam. Combustion products accumulate in a volume of at least twenty cyclic volumes. Hot engine surfaces protect against cooling by thermal insulation. Combustion products and steam are mixed with each other, and then used in piston cylinders. Steam is generated and used separately from the products of combustion. Part of the fuel is burned inside the piston cylinders. Steam is used in a non-piston engine. The temperature of the working fluid supplied to the piston cylinders is kept in the range from 1000 to 1700 ° C. The coolant is heated with heat from the engine cooling system before being introduced into the steam generator. The proposed sequence of the piston engine in the known analogues is not found. Thus, the proposed technical solution meets the criterion of “Novelty”.

Анализ известных технических решений в области поршневых двигателей позволяет сделать вывод о том, что предлагаемое техническое решение позволяет полнее использовать тепло продуктов сгорания и на этой основе повысить КПД двигателя и сократить выброс в атмосферу продуктов сгорания на 25-30%. Это представляет собой определенный шаг в развитии техники, т.е. обуславливает техническому решению соответствие критерию “ Изобретательский уровень”An analysis of the known technical solutions in the field of piston engines allows us to conclude that the proposed technical solution makes better use of the heat of combustion products and, on this basis, increase the efficiency of the engine and reduce the emission of combustion products into the atmosphere by 25-30%. This represents a definite step in the development of technology, i.e. determines the technical solution meets the criterion of "Inventive step"

На фиг.1 и 5 представлены графические изображения цикла работы поршневого двигателя в системе координат (p - давление, V - объем) - вариант 1, где в качестве рабочего тела применяют газопаровую среду.Figures 1 and 5 are graphical representations of the piston engine cycle in the coordinate system (p - pressure, V - volume) - option 1, where a gas-vapor medium is used as a working medium.

На фиг.2 и 6 - схемы поршневого двигателя для реализации способа на фиг.1 и 5.Figure 2 and 6 are diagrams of a piston engine for implementing the method of figures 1 and 5.

На фиг.3 - то же, что и на фиг.1 в варианте 2, когда в качестве рабочего тела цилиндропоршневой части двигателя применяют продукты сгорания, а парообразное рабочее тело используют в паровом двигателе.In Fig.3 - the same as in Fig.1 in option 2, when combustion products are used as the working fluid of the cylinder-piston part of the engine, and the vaporous working fluid is used in the steam engine.

На фиг.4 - схема поршневого двигателя для реализации способа на фиг.3.In Fig.4 is a diagram of a piston engine for implementing the method of Fig.3.

Вариант 1. Атмосферный воздух вводят в компрессор 1 низкого давления (фиг.2 и 6) по линии ab на диаграмме (фиг.1 и 5), сжимают по линии bc и нагнетают его по линии ССр в охладитель воздуха 2, которым интенсивно отводят тепло qox1 от сжимаемого воздуха. Процесс сжатия приближен к изотермическому. Из охладителя 2 воздух нагнетают в компрессор 3 высокого давления по линии CCp, которым его адиабатически сжимают по линии cd до максимального давления сжатия pd и изобарически нагнетают во внешнюю камеру сгорания 4 по линии de. Работы нагнетания, отрицательная CCpaCvC и положительная CpCCvaCp компенсируют друг друга. Горячие стенки компрессора 3 охлаждают, а тепло qox2 используют. Вводят по каналу 5 во внешнюю камеру сгорания 4 топливо qт1, смешивают его со сжатым воздухом и сжигают в объеме aeff’a. Камеру 4 свободно соединяют каналом 7 с парогенератором 8, тем самым обеспечивают одинаковое давление в камере 4 и парогенераторе 8. Температуру продуктов сгорания в камере 4 поддерживают на высоком уровне, чем обеспечивают высокий термический КПД. В парогенератор 8 впрыскивают по каналу 9 предварительно подогретую в системе охлаждения 10 жидкость qox. Эту жидкость (воду) смешивают с продуктами сгорания и превращают в пар, выравнивают их давления и температуры. Конкретную величину температуры парогазового рабочего тела удерживают (в пределах, задаваемых оператором двигателя) путем увеличения или уменьшения количества вводимой в парогенератор 8 воды. Эта температура может колебаться в широких пределах в зависимости от факторов: технических (жаростойкость металла), экономических (расход топлива) и атмосферных (тепло, холод). 35% воды от массы воздуха позволяет снизить температуру газа на 1300°С. Охлажденное рабочее тело накапливают в парогенераторе 8 от 20 до 100 и более цикловых объемов. Сто цикловых объемов рабочего тела удерживают колебания давлений в парогенераторе 8 и, следовательно, во внешней камере сгорания 4 в пределах 1%. В свою очередь снижение амплитуды колебаний давления во внешней камере сгорания 4 обуславливает снижение потерь работы компрессора 3 на нагнетание в нее воздуха.Option 1. Atmospheric air is introduced into the low-pressure compressor 1 (FIGS. 2 and 6) along the ab line in the diagram (FIGS. 1 and 5), is compressed along the bc line and pumped through the CCr line into the air cooler 2, which heat is intensively removed qox1 from compressed air. The compression process is close to isothermal. From cooler 2, air is pumped into the high-pressure compressor 3 via the CCp line, by which it is adiabatically compressed along the cd line to the maximum compression pressure pd and isobarically injected into the external combustion chamber 4 via the de line. The injection work, negative CCpaCvC and positive CpCCvaCp cancel each other out. The hot walls of compressor 3 are cooled and the heat qox2 is used. Fuel qt1 is introduced through channel 5 into the external combustion chamber 4, mixed with compressed air and burned in aeff’a volume. The chamber 4 is freely connected by channel 7 to the steam generator 8, thereby ensuring the same pressure in the chamber 4 and the steam generator 8. The temperature of the combustion products in the chamber 4 is maintained at a high level, which ensures high thermal efficiency. In the steam generator 8, qox liquid preheated in the cooling system 10 is injected through the channel 9. This liquid (water) is mixed with the combustion products and converted into steam, equalize their pressure and temperature. The specific temperature of the gas-vapor working fluid is kept (within the limits set by the engine operator) by increasing or decreasing the amount of water introduced into the steam generator 8. This temperature can vary widely depending on factors: technical (heat resistance of the metal), economic (fuel consumption) and atmospheric (heat, cold). 35% of water by mass of air allows reducing the gas temperature by 1300 ° С. Cooled working fluid is accumulated in the steam generator 8 from 20 to 100 or more cyclic volumes. One hundred cyclic volumes of the working fluid keep the pressure fluctuations in the steam generator 8 and, therefore, in the external combustion chamber 4 within 1%. In turn, a decrease in the amplitude of the pressure fluctuations in the external combustion chamber 4 causes a decrease in the loss of operation of the compressor 3 for pumping air into it.

Работа цилиндропоршневой группы может выполняться тремя вариантами.Work cylinder-piston group can be performed in three ways.

Вариант 1a - когда в цилиндр 11 поступает парогазовое рабочее тело только по каналу 17, т.е. когда цилиндр 11 работает как двигатель внешнего сгорания, как пневматический или как паровой двигатель.Option 1a - when the gas-vapor working fluid enters the cylinder 11 only through the channel 17, i.e. when the cylinder 11 operates as an external combustion engine, as a pneumatic or as a steam engine.

Вариант 1б - когда в цилиндр 11 поступает рабочее тело только по каналам 12 и 15, т.е. когда цилиндр 11 работает как самостоятельный двигатель внутреннего сгорания.Option 1b - when the working fluid enters the cylinder 11 only through channels 12 and 15, i.e. when the cylinder 11 operates as an independent internal combustion engine.

Вариант 1в - когда в цилиндр 11 подают рабочее тело как по каналу 17, так и по каналам 12 и 15, то есть когда цилиндр 11 работает в комбинированном режиме - как двигатель внутреннего и внешнего сгорания.Option 1B - when the working fluid is supplied to the cylinder 11 both through the channel 17 and along the channels 12 and 15, that is, when the cylinder 11 operates in a combined mode - as an internal and external combustion engine.

Работу цилиндра 11 в основном варианте 1а применяют, когда необходимо обеспечить наибольший КПД. Работу цилиндра 11 по варианту 1б применяют в случае отсутствия воды и перед длительной остановкой работы цилиндра 11, с целью предотвращения его ржавления. Однако с этой целью может обойтись и работа цилиндра 11 по варианту 1а. Для чего давление во внешней камере сгорания 4 и, естественно, в парогенераторе 8 снижают в 2-4 раза и ниже, а подачу воды в парогенератор прекращают. Работу цилиндра 11 в варианте 1в осуществляют с целью повышения мощности.The operation of the cylinder 11 in the main embodiment 1a is used when it is necessary to provide the highest efficiency. The operation of the cylinder 11 according to option 1b is used in the absence of water and before a long stop of the operation of the cylinder 11, in order to prevent its rusting. However, for this purpose, the operation of the cylinder 11 according to embodiment 1a can also be dispensed with. Why pressure in the external combustion chamber 4 and, of course, in the steam generator 8 is reduced by 2-4 times or less, and the water supply to the steam generator is stopped. The operation of the cylinder 11 in option 1B is carried out in order to increase power.

Пример осуществления работы цилиндра 11 по варианту 1в. В поршневой цилиндр 11 вводят по каналу 12, линия kl на диаграмме фиг.1, атмосферный воздух, которым вытесняют (продувка) из цилиндра 11 по каналу 16 использованное ранее рабочее тело. Оставшийся свежий заряд воздуха адиабатически сжимают в цилиндре 11 поршнем 14 по линии lm до давления в 2-4 раза меньшего, чем давление во внешней камере сгорания 4. При подходе к верхней мертвой точке поршня 14 в цилиндр 11 подают по каналу 15 топливо qт2, смешивают его со сжатым воздухом и сжигают, линия mn. Этот процесс соответствует варианту 1б, если дополнить его процессом расширения. В описываемом случае варианта 1в, одновременно, при начале хода поршня 14 в сторону нижней мертвой точки, в цилиндр 11 нагнетают изобарически по линии hnr из парогенератора 8 по каналу 17 рабочее тело qпг (парогазовая среда), давление которого в 2-4 раза выше давления продуктов qт2, сжигаемых внутри цилиндра 11. После чего суммарное рабочее тело, qпг плюс qт2, адиабатически расширяют по линии rs в цилиндре 11, а по линии sl вытесняют из цилиндра 11 по каналу 16 продувочным воздухом, вдуваемым в цилиндр 11 в районе нижней мертвой точки поршня 14, по каналу 12, линия kl на фиг.1. Цикл повторяют.An example of the operation of the cylinder 11 according to option 1B. Into the piston cylinder 11 is introduced through the channel 12, the line kl in the diagram of FIG. 1, atmospheric air, which is used to displace (purge) from the cylinder 11 through the channel 16 the previously used working fluid. The remaining fresh air charge is adiabatically compressed in the cylinder 11 by the piston 14 along the lm line to a pressure 2-4 times lower than the pressure in the external combustion chamber 4. When approaching the top dead center of the piston 14, fuel qt2 is fed through the channel 15 to the cylinder 11, mix him with compressed air and burned, line mn. This process corresponds to option 1b, if supplemented with an expansion process. In the described case of option 1c, at the same time, when the piston 14 starts to move toward the bottom dead center, the cylinder 11 is isobarically injected from the steam generator 8 through channel 17 through the hnr line through a channel 17 working medium qпг (vapor-gas medium), the pressure of which is 2-4 times higher than the pressure qt2 products burned inside cylinder 11. After that, the total working fluid, qпг plus qт2, is adiabatically expanded along the rs line in cylinder 11, and along the sl line, it is forced out of cylinder 11 through channel 16 by purge air blown into cylinder 11 near bottom dead center piston 14, channel 12, line kl in figure 1. The cycle is repeated.

Вышеописанное соответствует работе двухтактного двигателя. Однако двигатель может работать и в четырехтактном режиме. Это зависит от конструкции системы распределения. Работа четырехтактного двигателя в данном описании не приводится. Запуск двигателя может осуществляться различными способами. Первичный запуск осуществляют стартерным приводом от аккумуляторной батареи либо от рукоятки заводной. Вторичный запуск, когда произведено аккумулирование рабочего тела в парогенераторе, выгодно осуществляют с помощью конденсаторного привода, т.к. необходимо лишь преодолеть мертвую зону до начала впуска в цилиндр 11 порции рабочего тела из парогенератора, аккумулирующего от 20 и более цикловых объемов сжатого тела. Вторичный запуск двигателя, состоящего из 8 и более цилиндров, осуществляют путем открытия канала 17. Это обусловлено тем, что если зона впуска рабочего тела qпг по каналу 17, линия hnr, в цилиндре 11 составляет 45° и более, =(360/45=8 цилиндрам), то один из них будет обязательно соединен с парогенератором 8 каналом 17. Таким образом при 8 и более цилиндрах двигатель, аккумулирующий более 20 цикловых объемов рабочего тела, не нуждается в стартерной системе пуска и не имеет потребности в холостых оборотах. Это, при эксплуатации его на транспортных средствах, эксплуатируемых в населенных пунктах, позволит получить дополнительную экономию топлива, по расчетам специалистов, до 10%.The above corresponds to the operation of a two-stroke engine. However, the engine can operate in four-stroke mode. It depends on the design of the distribution system. The operation of a four-stroke engine is not given in this description. Starting the engine can be carried out in various ways. Initial start-up is carried out by a starter drive from the battery or from the crank. Secondary start-up, when the accumulation of the working fluid in the steam generator, is advantageously carried out using a capacitor drive, because it is only necessary to overcome the dead zone before the start of the intake of 11 portions of the working fluid from the steam generator into the cylinder 11, accumulating from 20 or more cyclic volumes of the compressed body. The secondary start of the engine, consisting of 8 or more cylinders, is carried out by opening the channel 17. This is because if the intake zone of the working fluid qпг on channel 17, the hnr line in cylinder 11 is 45 ° or more, = (360/45 = 8 cylinders), then one of them will be necessarily connected to the steam generator by channel 8 17. Thus, with 8 or more cylinders, an engine accumulating more than 20 cyclic volumes of the working fluid does not need a starter starting system and does not need idle speed. This, when operating it on vehicles operated in settlements, will provide additional fuel savings, according to experts, up to 10%.

Вариант 2. Атмосферный воздух вводят в компрессор 3 (фиг.4) по линии a на диаграмме (фиг.3), сжимают по линии bd и нагнетают во внешнюю камеру сгорания 4 по линии dе через охладитель воздуха 2, которым интенсивно отводят тепло qox1 от сжимаемого воздуха. После чего по каналу 5 вводят во внешнюю камеру сгорания 4 топливо qт, смешивают его со сжатым воздухом и сжигают в объеме aeff’a камеры сгорания 4. Затем продукты сгорания аккумулируют в объеме ff’hh’f’ камеры 6, который свободно соединен с камерой 4, а потому образует с ней общий объем aefhh’f’a, равный не менее 20 цикловых объемов продуктов сгорания. Аккумулирующую большой объем продуктов сгорания камеру 6 размещают внутри парогенератора 8, в который по каналу 9 из системы охлаждения 10 вводят охлаждающую жидкость (воду) qox, распыляют ее на стенки камеры 6 и испаряют. Таким образом в варианте 2 создают два раздельных рабочих тела: газообразное - продукты сгорания qг в объеме aefhh’f’a’ и парообразное qп в объеме h’tukh’.Option 2. Atmospheric air is introduced into the compressor 3 (Fig. 4) along line a in the diagram (Fig. 3), is compressed along line bd and injected into the external combustion chamber 4 along line de through air cooler 2, which intensively remove heat qox1 from compressed air. Then, qt fuel is introduced into the external combustion chamber 4 through channel 5, it is mixed with compressed air and burned in the volume aeff'a of the combustion chamber 4. Then, the combustion products are accumulated in the volume ff'hh'f 'of the chamber 6, which is freely connected to the chamber 4, and therefore forms with it the total volume aefhh'f'a, equal to at least 20 cyclic volumes of combustion products. The chamber 6, which accumulates a large volume of combustion products, is placed inside the steam generator 8, into which coolant (water) qox is introduced through the channel 9 from the cooling system 10, sprayed onto the walls of the chamber 6 and evaporated. Thus, in option 2, two separate working fluids are created: gaseous - combustion products qg in the volume aefhh’f’a ’and vaporous qп in the volume h’tukh’.

Продукты сгорания qг объема ff’hh’f’ нагнетают по каналу 17 в поршневой цилиндр 11, линия кr, изобарически и по линии rs расширяют в цилиндре 11 адиабатически, т.к. тепло, затраченное на нагрев охлаждающей воды qox2, используется в парогенераторе, стрелка qox, где qox=Σqox1+qox2+qox3+qв1 - есть утилизированное в двигателе тепло, которое в прототипе безвозмездно теряется на нагрев атмосферы. С целью сохранения тепла горячие стенки элементов двигателя защищены от выхолаживания тепловой изоляцией 18. Тепло qв1, отработанных в результате расширения продуктов сгорания в цилиндре 11 выводят из него по линии sк на диаграмме и используют вторично в парогенераторе 8, стрелка qox_. Тепло qп, генерированное парогенератором 8 в объеме h’tuкh’, используют в дополнительном паровом двигателе 19. Температура и давление пара в парогенераторе 8 имеют прямую зависимость от интенсивности работы внешней камеры сгорания 4. Однако температура и давление в аккумулирующей камере 6 имеют обратную зависимость от количества воды, введенной в парогенератор 8. Таким образом температурным режимом газообразного рабочего тела qг, вводимого в цилиндр 11, управляют путем изменения количества воды, вводимой в парогенератор 8. То есть, чем больше воды qox вводят в парогенератор 8, тем больше тепла qoкc отводят стенки камеры 6 от продуктов сгорания, тем ниже их температура, тем легче температурный режим работы цилиндра 11 и поршня 14. При этом образующуюся тепловую энергию пара qп используют в дополнительном двигателе 19, который может быть как турбинным, наиболее полно использующим большие объемы при малых давлениях пара, так и поршневым, передающим мощность (энергию) как отдельному потребителю, так и коренному валу поршневого двигателя.The products of combustion qg of volume ff'hh'f 'are pumped through the channel 17 into the piston cylinder 11, the cr line, isobarically and along the rs line, is expanded adiabatically in the cylinder 11, because the heat expended in heating the cooling water qox2 is used in the steam generator, arrow qox, where qox = Σqox1 + qox2 + qox3 + qв1 is the heat utilized in the engine that is lost in the prototype for heating the atmosphere. In order to preserve heat, the hot walls of the engine elements are protected from cooling by thermal insulation 18. Heat qв1, which was generated as a result of expansion of the combustion products in the cylinder 11, is removed from it along the line sк in the diagram and is used again in the steam generator 8, arrow qox _. The heat qп generated by the steam generator 8 in the volume h'tuх 'is used in the additional steam engine 19. The temperature and pressure of the steam in the steam generator 8 are directly dependent on the intensity of the external combustion chamber 4. However, the temperature and pressure in the storage chamber 6 are inversely dependent on the amount of water introduced into the steam generator 8. Thus, the temperature of the gaseous working fluid qg introduced into the cylinder 11 is controlled by changing the amount of water introduced into the steam generator 8. That is, the more s qox is introduced into the steam generator 8, the more heat qoks the walls of the chamber 6 are removed from the combustion products, the lower their temperature, the easier the temperature regime of the cylinder 11 and the piston 14. The generated thermal energy of the steam qп is used in the additional engine 19, which can to be both turbine, making the most full use of large volumes at low vapor pressures, and piston, transmitting power (energy) to both the individual consumer and the main shaft of the piston engine.

Таким образом предложенный способ работы поршневого теплового двигателя повышает КПД его работы до 65-70%, на основе использования тепла, передаваемого стенками двигателя, и тепла, уходящего с выбрасываемыми газами.Thus, the proposed method of operation of a piston heat engine increases the efficiency of its operation up to 65-70%, based on the use of heat transmitted by the walls of the engine, and heat leaving with the exhaust gases.

Источники информацииSources of information

1. Е.В.Михайловский, К.Б.Серебряков "Автомобили". - М.: Машиностроение, 1968 г., стр.88-90, "Воздушная система охлаждения”.1. E.V. Mikhailovsky, K. B. Serebryakov "Cars". - M.: Mechanical Engineering, 1968, pp. 88-90, "Air cooling system."

2. То же, стр.70-74 “Жидкостная система охлаждения”.2. The same, pp. 70-74 “Liquid cooling system”.

3. Теплотехника./Под общей ред. В.И.Крутова, М., Машиностроение, 1986 г., стр.222, рис.5.3.3. Heat engineering. / Under the general ed. V.I. Krutova, M., Mechanical Engineering, 1986, p. 222, Fig. 5.3.

Claims

1. The method of operation of a piston heat engine, which consists in compressing air to a final compression pressure, injecting fuel into it, mixing it with fuel and burning it in a combustion chamber at a final pressure, after which the working fluid is expanded and its energy is converted into mechanical work of the piston characterized in that the air is compressed to a final compression pressure in the compressor, after which it is pumped into the external combustion chamber of the final compression pressure, the fuel is also introduced into the external combustion chamber, where it is mixed with compressed air and burned at a final pressure and maximum temperature, after which the combustion products are accumulated and cooled with liquid heated by heat from the engine cooling system, ranging from the maximum combustion temperature to the temperature set by the engine operator, while the pressure of the cooled working fluid is kept within the maximum approximate to the final pressure of air compression, and the coolant is converted into high pressure and high temperature steam, after which the working fluid is pumped into piston cylines nuclei, where it is expanded, and then released from the piston cylinders.

2. The method according to claim 1, characterized in that the heat of the working fluid discharged from the piston cylinders is used to generate steam.

3. The method according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the combustion products accumulate in the volume of at least twenty cyclic volumes before being injected into the piston cylinders.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the hot surfaces of the engine protect by thermal insulation from cooling.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the products of combustion and steam are mixed with each other, and then used in piston cylinders.

6. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the combustion products are used separately from the steam, and the steam separately from the combustion products.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that part of the fuel is burned inside the piston cylinders.

8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the steam is used in a non-piston steam engine.

9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the optimum temperature of the working fluid supplied to the piston cylinders is kept in the range from 1000 to 1700 ° C.