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 PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
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
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)
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)
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)
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 |
-
2011
- 2011-03-11 RU RU2011109158/06A patent/RU2451802C1/en active
Patent Citations (6)
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)
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 |