RU2450137C1 - Piston engine with external combustion chamber fed from free-piston gas generator - Google Patents

Piston engine with external combustion chamber fed from free-piston gas generator Download PDF

Info

Publication number
RU2450137C1
RU2450137C1 RU2011109414/06A RU2011109414A RU2450137C1 RU 2450137 C1 RU2450137 C1 RU 2450137C1 RU 2011109414/06 A RU2011109414/06 A RU 2011109414/06A RU 2011109414 A RU2011109414 A RU 2011109414A RU 2450137 C1 RU2450137 C1 RU 2450137C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
combustion chamber
cylinder
control system
gas generator
Prior art date
Application number
RU2011109414/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Александрович Рыбаков (RU)
Анатолий Александрович Рыбаков
Original Assignee
Анатолий Александрович Рыбаков
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Анатолий Александрович Рыбаков filed Critical Анатолий Александрович Рыбаков
Priority to RU2011109414/06A priority Critical patent/RU2450137C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2450137C1 publication Critical patent/RU2450137C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: combustion product pressure in combustion chamber approximates to operating threshold to open flap 13 to allow combustion products to flow to engine gas distribution valves. Control system follows the piston position in cylinders to open gas distribution valve of the cylinder wherein piston stays between TDC and BDC. Combustion products forced into cylinder act on piston to drive it and convert piston kinetic energy into p.t.o.-shaft rotation. With piston reacting TDC, control system changes gas distribution valve over from position allowing combustion product flow from combustion chamber into cylinder into that whereat exhaust gases are forced out into atmosphere.
EFFECT: higher efficiency of conversion of expanding gases.
1 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к энергомашиностроению.The invention relates to power engineering.

Уровень техникиState of the art

Ближайшие аналоги заявленного изобретения - патенты RU 2324060 С1 «Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с двумя поршнями привода компрессора» и RU 2324830 С1 «Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с одним поршнем привода компрессора».The closest analogues of the claimed invention are patents RU 2324060 C1 “Free-piston gas generator of a ram engine with two compressor drive pistons” and RU 2324830 C1 “Free-piston gas generator of a ram engine with one piston of compressor drive”.

Принцип действия обоих генераторов газов во многом схож. Поэтому достаточно рассмотреть принцип действия одного из них, а именно «Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с двумя поршнями компрессора».The principle of operation of both gas generators is largely similar. Therefore, it is enough to consider the principle of operation of one of them, namely the “Free-piston gas generator of a ram engine with two compressor pistons”.

При пуске генератора газов с внешней камерой сгорания (далее - генератор газов) в камеру сгорания 1 (см. чертёж) форсункой 2 подается топливо и воспламеняется свечой зажигания 3. Продукты сгорания через газораспределительный клапан (далее - клапан, патент RU №2349765 С1, «Пневматический привод клапана однотактного свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания») 4 поступают в левую полость поршня привода компрессора 5, в результате чего поршень 5 и соединенный с ним штоком 6 поршень компрессора 7 движутся (по рисунку) слева направо. Так как площадь левой (по рисунку) поверхности поршня 5 больше площади его противоположной поверхности на величину площади поперечного сечения штока 6, то давление воздуха в полости справа от поршня 5 (полость компрессора) больше, чем давление продуктов сгорания слева от поршня 5. Поэтому воздух из правой полости поршня 5 (полости компрессора, клапан 8 закрыт) через клапан 9 поступает в камеру сгорания 1, тем самым обеспечивая воздухом процесс горения топлива. Одновременно при движении поршня 7 воздух (при следующих рабочих циклах продукты сгорания) из его правой полости через клапан 10 (клапан 11 закрыт) выбрасывается в атмосферу, а через открытый клапан 12 воздух из атмосферы засасывается в левую полость поршня 7. При достижении поршнями 5 и 7 крайнего правого положения система управления (не показана) переводит клапаны 4 и 10 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания поступают в правую полость поршня 7, и поршни 5 и 7 движутся налево. Воздух из левой полости поршня 7 открывает клапан 11 и поступает в камеру сгорания 1. Клапан 9 закрывается и воздух из атмосферы через открывшийся клапан 8 засасывается в правую полость поршня 5. Как только давление продуктов сгорания в камере сгорания достигнет рабочего значения, открывается заслонка 13 и продукты сгорания поступают на расширительную машину.When starting the gas generator with an external combustion chamber (hereinafter referred to as the gas generator), fuel is supplied to the combustion chamber 1 (see drawing) by the nozzle 2 and ignited by the spark plug 3. Combustion products through the gas distribution valve (hereinafter referred to as patent valve RU No. 2349765 C1, “ Pneumatic valve actuator of a single-stroke free-piston engine with an external combustion chamber ”) 4 enters the left cavity of the compressor drive piston 5, as a result of which the piston 5 and the piston of the compressor 7 connected to it by the piston rod 6 move (as shown) from left to right. Since the area of the left (according to the figure) surface of the piston 5 is larger than the area of its opposite surface by the cross-sectional area of the rod 6, the air pressure in the cavity to the right of the piston 5 (compressor cavity) is greater than the pressure of the combustion products to the left of the piston 5. Therefore, the air from the right piston cavity 5 (compressor cavity, the valve 8 is closed) through the valve 9 enters the combustion chamber 1, thereby providing air to the fuel combustion process. At the same time, when the piston 7 moves, air (from the following combustion products) from its right cavity through the valve 10 (valve 11 is closed) is released into the atmosphere, and through the open valve 12, air from the atmosphere is sucked into the left piston cavity 7. When the pistons reach 5 and 7 of the rightmost position, a control system (not shown) translates valves 4 and 10 to opposite positions. Now, the combustion products from the combustion chamber enter the right cavity of the piston 7, and the pistons 5 and 7 move to the left. Air from the left cavity of the piston 7 opens the valve 11 and enters the combustion chamber 1. The valve 9 closes and air from the atmosphere through the opened valve 8 is sucked into the right cavity of the piston 5. As soon as the pressure of the combustion products in the combustion chamber reaches the operating value, the shutter 13 and combustion products enter the expansion machine.

Из описания принципа действия генератора газов видно, что продукты сгорания из камеры поступают в его цилиндры на протяжении движения поршней от одной крайней точки до другой, при этом температура и давление поступающих в цилиндры продуктов сгорания практически не отличаются от давления их в камере сгорания. Основное расширение продуктов сгорания происходит в выпускном клапане при их выпуске в промежуток времени от открытия до закрытия выпускных клапанов 4 или 10. При этом их энергия не совершает никакой полезной работы. Для эффективного преобразования энергии расширяющихся продуктов сгорания необходимо организовать их расширение непосредственно в цилиндре расширительной машины генератора газов - заявка №2010119000 «Оптимизация процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания», дата поступления 11.05.2010, входящий №026958. По аналогии с ДВС цилиндр генератора газов можно условно разделить на два объема. Первый, меньший, соответствует камере сгорания ДВС - виртуальная камера сгорания. В зависимости от направления движения поршневой группы она попеременно находится то с одной, то с другой головки цилиндра. Остальной объем цилиндра, по сути как и в ДВС, виртуальный рабочий объем. В начале рабочего такта, когда поршневая группа находится в исходной точке движения (например, на рисунке, слева), система управления открывает впускной клапан 4 и продукты сгорания из камеры сгорания поступают в виртуальную камеру сгорания цилиндра, температура и давление которых практически равны таковым в камере сгорания 1. Поршни начинают движение слева направо и, когда они пройдут виртуальную камеру сгорания, система управления закрывает впускной клапан 4, прекращая доступ продуктов сгорания в цилиндр. С этого момента начинается собственно процесс расширения продуктов сгорания. Моменты открытия и закрытия газораспределительного клапана - длительность впуска продуктов сгорания в цилиндр - система управления определяет с учетом температуры и давления продуктов сгорания таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность процесса их расширения в виртуальном рабочем объеме цилиндра. Таким образом, рабочий такт с термодинамической точки зрения аналогичен таковому в дизельном двигателе. Отличие состоит в том, что длина хода поршневой группы в цилиндре не зависит от конструкции кривошипно-шатунного механизма, которого в энергомодуле попросту нет, и определяется системой управления исходя из требования обеспечения условий оптимального расширения продуктов сгорания и бесшумности в соответствии с физико-химическими характеристиками используемого в данный момент топлива.From the description of the principle of operation of the gas generator, it is seen that the combustion products from the chamber enter its cylinders during the movement of the pistons from one extreme point to another, while the temperature and pressure of the combustion products entering the cylinders practically do not differ from their pressure in the combustion chamber. The main expansion of the combustion products occurs in the exhaust valve when they are released in the period from opening to closing the exhaust valves 4 or 10. However, their energy does not do any useful work. For efficient energy conversion of expanding combustion products, it is necessary to organize their expansion directly in the cylinder of the expansion machine of the gas generator - application No. 2011919000 "Optimization of the expansion process of the combustion products of a free-piston gas generator with an external combustion chamber", arrival date 05/11/2010, incoming No. 026958. By analogy with the internal combustion engine, the cylinder of the gas generator can be divided into two volumes. The first, smaller, corresponds to the combustion chamber of the internal combustion engine - a virtual combustion chamber. Depending on the direction of movement of the piston group, it is alternately located with one or the other cylinder head. The remaining volume of the cylinder, in fact, as in the internal combustion engine, is the virtual working volume. At the beginning of the working cycle, when the piston group is at the starting point of movement (for example, in the figure on the left), the control system opens the intake valve 4 and the combustion products from the combustion chamber enter the virtual combustion chamber of the cylinder, the temperature and pressure of which are almost equal to those in the chamber combustion 1. Pistons start moving from left to right and, when they pass the virtual combustion chamber, the control system closes the intake valve 4, stopping the access of combustion products to the cylinder. From this moment, the actual process of expansion of combustion products begins. The timing of the opening and closing of the gas control valve — the duration of the inlet of the combustion products into the cylinder — the control system determines, taking into account the temperature and pressure of the combustion products, in such a way as to ensure maximum efficiency of the process of their expansion in the virtual working volume of the cylinder. Thus, the working cycle from a thermodynamic point of view is similar to that in a diesel engine. The difference is that the stroke length of the piston group in the cylinder does not depend on the design of the crank mechanism, which is simply not in the power module, and is determined by the control system based on the requirement to ensure optimal expansion of the combustion products and noiselessness in accordance with the physicochemical characteristics of the used currently fuel.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Поршневой двигатель с питанием рабочим телом, генерируемым свободнопоршневым генератором газов, действует следующим образом. Как только давление продуктов сгорания в камере сгорания генератора достигнет рабочего значения, система управления открывает заслонку 13 и продукты сгорания поступают к газораспределительным клапанам двигателя. Система управления отслеживает положение поршней в цилиндрах и открывает газораспределительный клапан того цилиндра, в котором поршень находится между начальной и конечной крайними точками движения. Поступающие в цилиндр продукты сгорания воздействуют на поршень и он начинает движение. Энергия движущегося поршня механизмом преобразования движения (для машин с цилиндрическими поршнями кривошипно-шатунный механизм, для машин с роторными поршнями кривошипный) преобразуется в энергию вращения вала отбора мощности. По прибытии поршня в крайнюю конечную точку движения система управления закрывает впускной клапан и открывает выпускной. Механизмом передачи поршень возвращается в исходную точку движения, выталкивая продукты из цилиндра.A piston engine powered by a working fluid generated by a free-piston gas generator operates as follows. As soon as the pressure of the combustion products in the combustion chamber of the generator reaches the operating value, the control system opens the shutter 13 and the combustion products enter the engine gas distribution valves. The control system monitors the position of the pistons in the cylinders and opens the gas control valve of the cylinder in which the piston is between the start and end extreme points of movement. The combustion products entering the cylinder act on the piston and it begins to move. The energy of a moving piston by a motion conversion mechanism (for machines with cylindrical pistons, a crank mechanism, for machines with rotary pistons a crank) is converted into rotational energy of the power take-off shaft. Upon arrival of the piston at the extreme end point of movement, the control system closes the intake valve and opens the exhaust valve. By the transmission mechanism, the piston returns to the starting point of movement, pushing the products out of the cylinder.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Поршневой двигатель с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания, преобразующий экзотермическую энергию моторного топлива в механическую энергию вращения отбора мощности, включает свободнопоршневой генератор с внешней камерой сгорания, поршневую расширительную машину с впускным и выпускным клапанами с электропневматическим приводом и систему управления, отличается тем, что для обеспечения действия расширительной машины двигателя система управления отслеживает положение поршня в цилиндре расширительной машины и при положении поршня в начальной крайней точке движения открывает впускной клапан, в результате чего поступающие в цилиндр продукты сгорания воздействуют на поршень, приводят его в движение, и по прибытии поршня в крайнюю конечную точку управления закрывает впускной клапан, открывает выпускной клапан и при обратном ходе поршня отработавшие газы выбрасываются из цилиндра, после чего начинается очередной рабочий цикл.A piston engine powered by a working fluid from a free-piston gas generator with an external combustion chamber that converts exothermic energy of motor fuel into mechanical energy of power take-off rotation includes a free-piston generator with an external combustion chamber, a piston expansion machine with inlet and outlet valves with an electro-pneumatic drive, and a control system, characterized in that to ensure the operation of the engine expansion machine, the control system monitors the position of the piston in the cylinder In addition to the expansion machine and when the piston is at the initial extreme point of movement, it opens the inlet valve, as a result of which the combustion products entering the cylinder act on the piston, set it in motion, and when the piston arrives at the extreme end point of control, closes the inlet valve, opens the exhaust valve and during the reverse stroke of the piston, the exhaust gases are ejected from the cylinder, after which the next working cycle begins.

Промышленное применениеIndustrial application

Поршневой двигатель с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора с камерой найдет применение там, где требуется всетопливный двигатель без механической силовой тяги, например, в карьерных автомобилях.A piston engine powered by a working fluid from a free piston generator with a chamber will find application where a multi-fuel engine without mechanical power traction is required, for example, in open-cast cars.

Графический материалGraphic material

Фигура. Принципиальная схема свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания.Figure. Schematic diagram of a free-piston gas generator with an external combustion chamber.

1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 10 - газораспределительные клапаны, 5, 7 - поршни, 6 - шток, 8, 9, 11, 12 - обратные клапаны, 13 - заслонка.1 - combustion chamber, 2 - nozzle, 3 - spark plug, 4, 10 - gas distribution valves, 5, 7 - pistons, 6 - stem, 8, 9, 11, 12 - check valves, 13 - damper.

Claims (1)

Поршневой двигатель с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания, преобразующий экзотермическую энергию моторного топлива в механическую энергию вращения отбора мощности, включает свободнопоршневой генератор газов с внешней камерой сгорания, поршневую расширительную машину с впускным и выпускным клапанами с электропневматическим приводом и систему управления, отличающийся тем, что для обеспечения действия расширительной машины двигателя система управления отслеживает положение поршня в цилиндре расширительной машины и при положении поршня в начальной крайней точке движения открывает впускной клапан, в результате чего поступающие в цилиндр продукты сгорания воздействуют на поршень, приводят его в движение и по прибытии поршня в крайнюю конечную точку движения система управления закрывает впускной клапан, открывает выпускной клапан и при обратном ходе поршня отработавшие газы выбрасываются из цилиндра, после чего начинается очередной рабочий цикл. A piston engine powered by a working fluid from a free-piston gas generator with an external combustion chamber that converts the exothermic energy of motor fuel into mechanical energy of power take-off rotation includes a free-piston gas generator with an external combustion chamber, a piston expansion machine with inlet and outlet valves with an electropneumatic actuator, and a control system characterized in that to ensure the operation of the engine expansion machine, the control system monitors the position of the piston I in the cylinder of the expansion machine and when the piston is at the initial extreme point of movement, opens the inlet valve, as a result of which the combustion products entering the cylinder act on the piston, set it in motion, and when the piston arrives at the extreme end point of movement, the control system closes the inlet valve, opens exhaust valve and during the reverse stroke of the piston the exhaust gases are ejected from the cylinder, after which the next duty cycle begins.
RU2011109414/06A 2011-03-11 2011-03-11 Piston engine with external combustion chamber fed from free-piston gas generator RU2450137C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011109414/06A RU2450137C1 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Piston engine with external combustion chamber fed from free-piston gas generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011109414/06A RU2450137C1 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Piston engine with external combustion chamber fed from free-piston gas generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2450137C1 true RU2450137C1 (en) 2012-05-10

Family

ID=46312297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011109414/06A RU2450137C1 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Piston engine with external combustion chamber fed from free-piston gas generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2450137C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503838C1 (en) * 2012-07-19 2014-01-10 Анатолий Александрович Рыбаков Method of increasing torque at power takeoff shaft of piston engine with working medium feed from plunger-free gas generator with common combustion chamber

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU333281A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт железнодорожного транспорта METHOD OF WORK OF THE FREE-PISTON GENERATORAGAZZ
US3610215A (en) * 1969-11-21 1971-10-05 James S Carter Gas generator
WO1991014087A1 (en) * 1990-03-05 1991-09-19 Hammett Robert B Free-piston engine
RU2324060C1 (en) * 2006-07-19 2008-05-10 Анатолий Александрович Рыбаков Free-piston gas generator of ducted jet engine with two compressor-drive pistons
RU2324830C1 (en) * 2006-07-19 2008-05-20 Анатолий Александрович Рыбаков Free-piston gas generator of self-propelling engine with one compressor drive cylinder

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU333281A1 (en) * Всесоюзный научно исследовательский институт железнодорожного транспорта METHOD OF WORK OF THE FREE-PISTON GENERATORAGAZZ
US3610215A (en) * 1969-11-21 1971-10-05 James S Carter Gas generator
WO1991014087A1 (en) * 1990-03-05 1991-09-19 Hammett Robert B Free-piston engine
RU2324060C1 (en) * 2006-07-19 2008-05-10 Анатолий Александрович Рыбаков Free-piston gas generator of ducted jet engine with two compressor-drive pistons
RU2324830C1 (en) * 2006-07-19 2008-05-20 Анатолий Александрович Рыбаков Free-piston gas generator of self-propelling engine with one compressor drive cylinder

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503838C1 (en) * 2012-07-19 2014-01-10 Анатолий Александрович Рыбаков Method of increasing torque at power takeoff shaft of piston engine with working medium feed from plunger-free gas generator with common combustion chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2417343B1 (en) Heat engine
US6035637A (en) Free-piston internal combustion engine
US9032918B2 (en) Free-piston internal combustion engine
JP3607909B2 (en) Improvement of free piston engine
US8490584B2 (en) Air hybrid engine with dual chamber cylinder
US9353681B2 (en) Internal combustion engine
RU2398118C1 (en) Piston engine with external combustion chamber
KR102353184B1 (en) Rotary motor
RU2450137C1 (en) Piston engine with external combustion chamber fed from free-piston gas generator
CA2918867A1 (en) Piston machine
RU2451802C1 (en) Optimising combustion product expansion in piston engine cylinder with working medium feed from free-piston gas generator with external combustion chamber
JP5020092B2 (en) Dynamic mass transfer quick response power conversion system
CN101270688B (en) Piston rotor internal combustion engine
US9279366B1 (en) Steam powered engine
RU2538429C1 (en) Reversing crankshaft of single-stroke engine with external combustion chamber
RU2538231C1 (en) Cycling of exhaust gases in single-stroke engine with external combustion engine
RU2468224C1 (en) Free-piston double-cylinder energy module of double purpose with common external combustion chamber and linear power generator
RU2472952C1 (en) Pneumatic driving method of clutch mechanism of expansion machine section shafts with power take-off shaft of piston engine with feeding by working medium generated by free-piston gas generator with common external combustion chamber
US11698022B1 (en) Modified cycle two-stroke engine
CN107218127B (en) Four-cylinder self-supercharging engine
RU2503838C1 (en) Method of increasing torque at power takeoff shaft of piston engine with working medium feed from plunger-free gas generator with common combustion chamber
US10393011B1 (en) Method of operating an internal combustion engine utilizing heat in engine cycles
CN107387239B (en) Eight-cylinder self-supercharging engine
CN104358639A (en) Actuator controller series system
US8943822B2 (en) Engine system having dedicated auxiliary connection to cylinder