RU2451802C1 - Optimising combustion product expansion in piston engine cylinder with working medium feed from free-piston gas generator with external combustion chamber - Google Patents

Optimising combustion product expansion in piston engine cylinder with working medium feed from free-piston gas generator with external combustion chamber Download PDF

Info

Publication number
RU2451802C1
RU2451802C1 RU2011109158/06A RU2011109158A RU2451802C1 RU 2451802 C1 RU2451802 C1 RU 2451802C1 RU 2011109158/06 A RU2011109158/06 A RU 2011109158/06A RU 2011109158 A RU2011109158 A RU 2011109158A RU 2451802 C1 RU2451802 C1 RU 2451802C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
combustion chamber
control system
gas generator
expansion
Prior art date
Application number
RU2011109158/06A
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 RU2011109158/06A priority Critical patent/RU2451802C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2451802C1 publication Critical patent/RU2451802C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: method is intended for free-piston gas generator with external combustion chamber, piston expansion machine with intake and discharge valves with electropneumatic drive and control system and consists in optimising combustion product in cylinder by intake valve control system. For this, control system tracks position of piston in expansion machine cylinder to open intake valve at the beginning of working stroke with piston at BDC. With piston changing into TDC, control system closes intake valve.
EFFECT: higher efficiency of expansion.
1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

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

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

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 привода 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 ramjet engine with two compressor drive pistons”.

При пуске генератора газов с внешней камерой сгорания (далее - генератор газов) в камеру сгорания 1 (см. фигуру) 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 фигуре) слева направо. Так как площадь левой (по фигуре) 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 (на фигуре 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 справа 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 the figure) 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, “ The 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 (according to the figure) from left to right. Since the area of the left (in 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, the control system (not shown in the figure) translates valves 4 and 10 into 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 from right to 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 сгорания поступают в его цилиндры на всем протяжении движения поршней от одной крайней точки до другой, при этом температура и давление поступающих в цилиндры продуктов сгорания практически не отличается 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 дела, как и в ДВС, виртуальный рабочий объем. В начале рабочего такта, когда поршневая группа находится в исходной крайней точке движения (например, на фигуре, слева), система управления открывает впускной клапан 4 и продукты сгорания из камеры сгорания поступают в виртуальную камеру сгорания цилиндра, температура и давление которых практически равна 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 combustion chamber enter its cylinders throughout the movement of the pistons from one extreme point to another, while the temperature and pressure of the combustion products entering the cylinders practically does 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 extreme point of movement (for example, in the figure, to 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 combustion chamber 1. The pistons begin to move 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

Цель изобретения состоит в оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндрах расширительной машины двигателя с цилиндрическими или роторными поршнями, преобразующего экзотермическую энергию моторного топлива в механическую энергию вращения вала отбора мощности. Оптимизация процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре осуществляется системой управления с помощью впускного клапана с электропневматическим приводом, уже упоминался патент RU №2349765 С1, «Пневматический привод клапана однотактного свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания». Система управления отслеживает положение поршня в цилиндре расширительной машины и при положении поршня в начальной крайней точке движения при рабочем такте открывает впускной клапан. После того как поршень пройдет часть общего пути поршня в цилиндре, система управления закрывает впускной клапан в момент, обеспечивающий эффективный процесс расширения продуктов сгорания при дальнейшем движении поршня в крайнюю точку движения. Таким образом, процесс расширения продуктов сгорания аналогичен таковому в дизельном двигателе.The purpose of the invention is to optimize the expansion of combustion products in the cylinders of an engine expansion machine with cylindrical or rotary pistons, converting the exothermic energy of motor fuel into mechanical energy of rotation of the power take-off shaft. The optimization of the expansion of combustion products in the cylinder is carried out by a control system using an inlet valve with an electropneumatic actuator; patent RU No. 2349765 C1, “Pneumatic valve actuator of a single-stroke free-piston engine with an external combustion chamber,” has already been mentioned. The control system monitors the position of the piston in the cylinder of the expansion machine and, when the piston is at the initial extreme point of movement, opens the inlet valve during a working stroke. After the piston has passed part of the total piston path in the cylinder, the control system closes the inlet valve at the moment providing an efficient process of expansion of the combustion products with the further movement of the piston to the extreme point of movement. Thus, the process of expansion of combustion products is similar to that in a diesel engine.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре поршневого двигателя с питанием от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания, включающего свободнопоршневой генератор газов с внешней камерой сгорания, поршневую расширительную машину с впускным и выпускным клапанами с электропневматическим приводом и систему управления, отличается тем, что оптимизация процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре осуществляется системой управления впускным клапаном, для чего система управления отслеживает положение поршня в цилиндре расширительной машины и при положении поршня в начальной крайней точке движения при рабочем такте открывает впускной клапан и, после того как поршень пройдет часть общего пути поршня, закрывает впускной клапан при дальнейшем движении поршня в крайнюю точку движения.A method for optimizing the expansion of combustion products in a cylinder of a piston engine powered by a free piston gas generator with an external combustion chamber, including 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 the optimization the expansion of the combustion products in the cylinder is carried out by the intake valve control system, for which the control system monitors It sets the position of the piston in the cylinder of the expansion machine and, when the piston is at the initial extreme point of movement during the working stroke, opens the inlet valve and, after the piston passes part of the common piston path, closes the inlet valve when the piston moves further to the extreme point of movement.

ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕINDUSTRIAL APPLICATION

Реализация способа оптимизации процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания не требует разработки сколько-нибудь новых технологий и по силам любому моторостроительному производству.The implementation of a method for optimizing the expansion of combustion products of a free-piston gas generator with an external combustion chamber does not require the development of any new technologies and is capable of any engine-building production.

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)

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре поршневого двигателя с питанием от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания, включающего свободнопоршневой генератор газов с внешней камерой сгорания, поршневую расширительную машину с впускным и выпускным клапанами с электропневматическим приводом и систему управления, отличающийся тем, что оптимизация процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре осуществляется системой управления впускным клапаном, для чего система управления отслеживает положение поршня в цилиндре расширительной машины и при положении поршня в начальной крайней точке движения при рабочем такте открывает впускной клапан, и после того, как поршень пройдет часть общего пути поршня, закрывает впускной клапан при дальнейшем движении поршня в крайнюю точку движения. A method for optimizing the expansion of combustion products in a cylinder of a piston engine powered by a free piston gas generator with an external combustion chamber, including 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 the optimization the expansion of combustion products in the cylinder is carried out by the intake valve control system, for which the control system It lives the position of the piston in the cylinder of the expansion machine and, when the piston is at the initial extreme point of movement, opens the inlet valve during a working stroke, and after the piston passes part of the common piston path, closes the inlet valve when the piston moves further to the extreme point of movement.
RU2011109158/06A 2011-03-11 2011-03-11 Optimising combustion product expansion in piston engine cylinder with working medium feed from free-piston gas generator with external combustion chamber RU2451802C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011109158/06A RU2451802C1 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Optimising combustion product expansion in piston engine cylinder with working medium feed from free-piston gas generator with external combustion chamber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011109158/06A RU2451802C1 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Optimising combustion product expansion in piston engine cylinder with working medium feed from free-piston gas generator with external combustion chamber

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2451802C1 true RU2451802C1 (en) 2012-05-27

Family

ID=46231696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011109158/06A RU2451802C1 (en) 2011-03-11 2011-03-11 Optimising combustion product expansion in piston engine cylinder with working medium feed from free-piston gas generator with external combustion chamber

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2451802C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2543908C1 (en) * 2014-01-09 2015-03-10 Анатолий Александрович Рыбаков Procedure for optimisation of process of combustion products expansion in cylinder of single-cycle engine with external combustion chamber

Citations (6)

* 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
WO1997034079A1 (en) * 1996-03-12 1997-09-18 Kvaerner Asa A free-piston gas generator
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 (6)

* 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
WO1997034079A1 (en) * 1996-03-12 1997-09-18 Kvaerner Asa A free-piston gas generator
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
RU2543908C1 (en) * 2014-01-09 2015-03-10 Анатолий Александрович Рыбаков Procedure for optimisation of process of combustion products expansion in cylinder of single-cycle engine with external combustion chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2417343B1 (en) Heat engine
EP2572075B1 (en) Free-piston internal combustion engine
CN101796268B (en) Piston engine
RU2398118C1 (en) Piston engine with external combustion chamber
EP1982059A1 (en) A two-stroke combustion engine
RU2451802C1 (en) Optimising combustion product expansion in piston engine cylinder with working medium feed from free-piston gas generator with external combustion chamber
RU2450137C1 (en) Piston engine with external combustion chamber fed from free-piston gas generator
CN101509404B (en) Variable valve system
US9957958B2 (en) Reciprocating integral linear engine compressor
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
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
CN107387239B (en) Eight-cylinder self-supercharging engine
RU2431752C1 (en) Procedure for optimisation of process of combustion products expansion in plunger-free gas generator with external combustion chamber
CN107218127B (en) Four-cylinder self-supercharging engine
US11698022B1 (en) Modified cycle two-stroke engine
RU2747244C1 (en) Four-cylinder internal combustion engine with the addition of the fifth stroke
US8875672B2 (en) Engine system having dedicated cylinder-to-cylinder connection
RU2275518C1 (en) Internal combustion engine-revenuer
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
RU2647011C1 (en) Piston-type hybrid energy machine of volumetric action with balanced drive
US8943822B2 (en) Engine system having dedicated auxiliary connection to cylinder
UA151742U (en) Piston heat engine with induction heating of the inlet air
CN104358639A (en) Actuator controller series system
RU2311547C1 (en) Working cycle in two-stroke internal combustion engine and such engine