RU2548839C2 - Аксиально-поршневой двигатель и способ работы аксиально-поршневого двигателя - Google Patents

Аксиально-поршневой двигатель и способ работы аксиально-поршневого двигателя Download PDF

Info

Publication number
RU2548839C2
RU2548839C2 RU2012101663/06A RU2012101663A RU2548839C2 RU 2548839 C2 RU2548839 C2 RU 2548839C2 RU 2012101663/06 A RU2012101663/06 A RU 2012101663/06A RU 2012101663 A RU2012101663 A RU 2012101663A RU 2548839 C2 RU2548839 C2 RU 2548839C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
combustion chamber
axial piston
combustion
piston engine
temperature
Prior art date
Application number
RU2012101663/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012101663A (ru
Inventor
Дитер Фойгт
Ульрих Рос
Original Assignee
ГЕТАС Гезельшафт фюр термодинамише Антрибссистеме мбХ
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 ГЕТАС Гезельшафт фюр термодинамише Антрибссистеме мбХ filed Critical ГЕТАС Гезельшафт фюр термодинамише Антрибссистеме мбХ
Publication of RU2012101663A publication Critical patent/RU2012101663A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2548839C2 publication Critical patent/RU2548839C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B3/00—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
    • F01B3/0002—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders
    • F01B3/0005—Reciprocating-piston machines or engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having stationary cylinders having two or more sets of cylinders or pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/26—Engines with cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main-shaft axis; Engines with cylinder axes arranged substantially tangentially to a circle centred on main-shaft axis
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/025—Adding water
    • F02M25/03—Adding water into the cylinder or the pre-combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/02—Hot gas positive-displacement engine plants of open-cycle type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
    • F02G1/053—Component parts or details
    • F02G1/055—Heaters or coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G2250/00—Special cycles or special engines
    • F02G2250/03—Brayton cycles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G3/00—Combustion-product positive-displacement engine plants
    • F02G3/02—Combustion-product positive-displacement engine plants with reciprocating-piston engines
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Hydraulic Motors (AREA)

Abstract

Изобретение может быть использовано в аксиально-поршневых двигателях. Аксиально-поршневой двигатель (1101) содержит по меньшей мере один рабочий цилиндр, питание которого осуществлено от непрерывно работающей камеры (1110) сгорания. Камера (1110) сгорания имеет два входа для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, выполненные с возможностью подачи воздуха с разными температурами. Раскрыт вариант выполнения аксиально-поршневого двигателя. Технический результат заключается в ускорении получения однородности рабочей смеси. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Область техники, к которой относится предлагаемое изобретение
[1] Предлагаемое изобретение относится к аксиально-поршневому двигателю и способу работы аксиально-поршневого двигателя.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения
[2] Аксиально-поршневые двигатели достаточно хорошо известны из предшествующего уровня техники, они характеризуются как машины, преобразующие энергию, с помощью которых обеспечивается получение на их выходе механической энергии вращательного движения с использованием по меньшей мере одного поршня, при этом упомянутый поршень совершает колебательное линейное перемещение, направление которого по существу совпадает с осью вращения, относящейся к упомянутому вращательному движению.
[3] Кроме аксиально-поршневых двигателей, работающих только на сжатом воздухе, известны также аксиально-поршневые двигатели, в которые подается агент сгорания. Этот агент сгорания может состоять из некоторой совокупности компонентов, например, из топлива и воздуха, при этом упомянутые компоненты могут подаваться в одну или большее количество камер сгорания вместе или по отдельности.
[4] В контексте настоящей заявки под термином «агент сгорания» понимается любой материал, который участвует в процессе горения, или носителями которого являются компоненты, участвующие в процессе горения, и который протекает через аксиально-поршневой двигатель. Упомянутый агент сгорания содержит по меньшей мере одно горючее вещество или топливо, при этом под термином «топливо» в контексте настоящей заявки понимается любой материал, который при химической или другой реакции, в частности, при окислительно-восстановительной реакции, обеспечивает выделение теплоты. Кроме того, агент сгорания может содержать такие компоненты, как, например, воздух, которые обеспечивают наличие веществ, реагирующих с топливом.
[5] В частности, аксиально-поршневые двигатели могут приводиться в действие на принципе внутреннего непрерывного сгорания, согласно которому агент сгорания, то есть, например, топливо и воздух, подается в камеру сгорания или в некоторую совокупность камер сгорания непрерывно.
[6] Кроме того, аксиально-поршневые двигатели могут работать, с одной стороны, с вращающимися поршнями и соответственно вращающимися цилиндрами, которые приводятся в движение последовательно за камерой сгорания.
[7] С другой стороны, аксиально-поршневые двигатели могут иметь стационарные цилиндры, при этом рабочая среда тогда последовательно распределяется по цилиндрам в соответствии с желаемой нагрузочной последовательностью.
[8] Такие аксиально-поршневые двигатели со стационарными цилиндрами, работающие на принципе внутреннего непрерывного сгорания, известны, например, из публикаций ЕР 1035310 А2 и WO 2009/062473 А2, при этом в публикации ЕР 1035310 А2 раскрывается аксиально-поршневой двигатель, в котором подача агента сгорания и удаление отработанного газа связаны между собой посредством теплопередачи.
[9] Аксиально-поршневые двигатели, раскрываемые в публикациях ЕР 1035310 А2 и WO 2009/062473 А2, кроме того имеют разделение между рабочими цилиндрами с соответствующими рабочими поршнями с одной стороны и компрессорными цилиндрами с соответствующими компрессорными поршнями с другой стороны, при этом упомянутые компрессорные цилиндры расположены на той стороне аксиально-поршневого двигателя, которая обращена вовне, т.е. наружу от рабочих цилиндров. В таких аксиально-поршневых двигателях, таким образом, можно выделить компрессорную сторону и рабочую сторону.
[10] Должно быть понятно, что термины «рабочий цилиндр», «рабочий поршень» и «рабочая сторона» синонимичны терминам «цилиндр расширения», «поршень расширения» и «сторона расширения» или «расширительный цилиндр», «расширительный поршень» и «расширительная сторона», соответственно, также синонимичны термины «ступень расширения» и «расширительная ступень», при этом термин «ступень расширения» или «расширительная ступень» относится в целом ко всем расположенным в ней «расширительным цилиндрам» или «цилиндрам расширении».
Цель предлагаемого изобретения
[11] Цель предлагаемого изобретения состоит в повышении эффективности аксиально-поршневого двигателя.
Краткое описание предлагаемого изобретения
[12] Указанная цель изобретения достигается созданием аксиально-поршневого двигателя с по меньшей мере одним рабочим цилиндром, питание которого осуществляется от непрерывно работающей камеры сгорания, при этом аксиально-поршневой двигатель снабжен системой регулирования работы камеры сгорания, выполненной с возможностью подачи в камеру сгорания воды.
[13] Возможно также осуществление расширенного регулирования, что может быть достигнуто, в частности, при обеспечении подачи воды в камеру сгорания независимо от подачи воды в компрессор агента сгорания или перед компрессором агента сгорания. В этом случае представляется идеальным решением подача воды непосредственно в камеру сгорания для охлаждения.
[14] Если подача воды осуществляется независимо от подачи воды в компрессор агента сгорания или перед компрессором агента сгорания, то обеспечивается возможность дополнительного варьирования и, тем самым, более успешного регулирования и варьирования охлаждения камеры сгорания.
[15] Подача воды может осуществляться, например, в камере предварительного сгорания.
[16] В дополнение к этому или в качестве альтернативы этому подача воды с обеспечением преимущества может осуществляться также в главной камере сгорания, благодаря чему обеспечивается особое преимущество. В частности, подача воды может осуществляться таким образом, чтобы вода предварительно использовалась в качестве охладителя, в частности, охладителя пространства сгорания. Вода или водяной пар могут подаваться в камеру сгорания также таким образом, чтобы этот агент протекал вдоль стенки камеры сгорания, благодаря чему и этим способом также обеспечивается максимальное сохранение этой стенки камеры сгорания.
[17] Таким образом, цель предлагаемого изобретения достигается также созданием аксиально-поршневого двигателя с по меньшей мере одним рабочим цилиндром, питание которого осуществляется из непрерывно работающей камеры сгорания, при этом предлагаемый аксиально-поршневой двигатель характеризуется тем, что камера сгорания снабжена подающим трубопроводом для воды в жидком состоянии.
[18] При таком решении, в отличие от других решений, вода добавляется непосредственно в камеру сгорания в жидком виде, при этом перед поступлением в камеру сгорания эта вода обычно переходит в пар или газообразное состояние под действием высокой температуры. Следует заметить, что в контексте настоящей заявки под термином «подающий трубопровод для жидкой воды» понимается, в частности, подающий трубопровод, ведущий в камеру сгорания, при этом вода подается и проводится в камеру сгорания в жидком виде, возможно, с добавлением других жидких компонентов, без перемешивания воды с другими газообразными компонентами до поступления в камеру сгорания.
[19] Для достижения этой цели особое преимущество обеспечивается при таком решении, при котором упомянутый подающий трубопровод представляет собой напорный трубопровод, находящийся под давлением, равным давлению в камере сгорания или более высоким. В случае аксиально-поршневого двигателя рассматриваемого типа это может быть давление 10 бар (106 Н/м2, 1 бар = 105 Н/м2) или выше, например, 30 бар (3×106 Н/м2) или выше. Должно быть понятно, что при таком давлении температура парообразования этой воды значительно повышается, при этом все же следует полагать, что вода будет подаваться в камеру сгорания в виде водяного пара, так как температура камеры сгорания обычно выше 900°С.
[20] Вышеописанный способ подачи воды в камеру сгорания, в отличие от какого-либо другого способа, например, от способа, при котором вода подается с помощью воздуха или топлива, имеет то преимущество, что эта вода может быть использована для охлаждения камеры сгорания, благодаря чему может быть повышена эффективность камеры сгорания, так как тепловая энергия, поглощаемая при охлаждении, возвращается в камеру сгорания с водой.
[21] Вода может подаваться в камеру сгорания также вдоль стенки камеры сгорания, что приводит непосредственно к разгрузке стенки камеры сгорания в этом месте, так как вода присутствует в виде защитной пленки между агентами сгорания и этой стенкой камеры сгорания до тех пор, пока в камере сгорания она не перемешается окончательно с другими агентами сгорания.
[22] Для достижения этого при особенно простой конструкции камера сгорания может быть снабжена водяным соплом для подачи воды из подающего трубопровода для жидкой воды, при этом струя из упомянутого водяного сопла имеет осевую составляющую. В качестве такого водяного сопла в этом случае может служить любое отверстие в подающем трубопроводе для жидкой воды. В частности, направление струи из водяного сопла должно иметь осевую составляющую, то есть, составляющую, направленную параллельно главному направлению сгорания в камере сгорания.
[23] Представляется предпочтительным такое решение, при котором подающий трубопровод для жидкой воды ведет в камеру сгорания, которая расположена позади и предварительной горелки, и основной горелки. Таким образом, представляется предпочтительным такое решение, при котором соответствующее водяное сопло предусмотрено только в стенке камеры сгорания.
[24] Если подача воды используется для регулирования температуры отработанных газов, то с обеспечением преимущества обеспечивается возможность регулирования передачи тепла к воздуху, предназначенному для обеспечения процесса сгорания, в частности, в теплообменнике.
[25] Дополнительно может быть обеспечено регулирование доли воды - в зависимости от конкретной реализации - с целью регулирования температуры в камере сгорания и/или также для уменьшения загрязнения окружающей среды благодаря химическим или каталитическим реакциям, в которых участвует вода.
[26] Однако подача воды связана с риском ускоренного развития коррозии, в частности, в тех местах, где уже присутствуют продукты сгорания, то есть, в частности, в камере сгорания. Чтобы избежать этого, независимо от других признаков предлагаемого изобретения для достижения цели изобретения предлагается создание аксиально-поршневого двигателя с по меньшей мере одним рабочим цилиндром, питание которого осуществляется из непрерывно работающей камеры сгорания, характеризующегося тем, что за определенное время до окончания работы аксиально-поршневого двигателя подача воды прекращается.
[27] Должно быть понятно, что отрезок времени от прекращения подачи воды до окончания работы аксиально-поршневого двигателя выбирается насколько возможно коротким, так как пользователь не желал бы без необходимости ждать остановки работы двигателя, и в работе двигателя в течение этого времени нет необходимости. С другой стороны, этот отрезок времени должен выбираться достаточно долгим для того, чтобы было обеспечено должное удаление воды, в особенности из тех мест, которые нагреты или находятся в контакте с продуктами сгорания. В течение этого отрезка времени, например, могут быть заполнены резервуары для агента сгорания. Кроме того, в течение этого отрезка времени могут быть осуществлены другие операции, связанные с прекращением работы механического транспортного средства, например, закрытие всех окон, при этом для этих целей может быть использована энергия, производимая двигателем, а не энергия аккумуляторов.
[28] Должно быть понятно, что прекращение подачи воды не обязательно должно быть полным, при условии, что из мест, подверженных риску коррозии, в достаточной степени обеспечивается надежное удаление остатков воды.
[29] Согласно еще одному аспекту предлагаемого изобретения, в дополнение к вышеописанному решению или в качестве альтернативы ему, предлагается аксиально-поршневой двигатель с компрессорной ступенью, содержащей по меньшей мере один цилиндр, расширительной ступенью, содержащей по меньшей мере один цилиндр, и по меньшей мере одним теплообменником, при этом теплопоглощающая часть упомянутого теплообменника расположена между компрессорной ступенью и камерой сгорания, а тепловыделяющая часть упомянутого теплообменника расположена между расширительной ступенью и окружающей средой, и при этом предлагаемый аксиально-поршневой двигатель характеризуется тем, что перед упомянутой теплопоглощающей и/или тепловыделяющей частью теплообменника и/или после упомянутой теплопоглощающей и/или тепловыделяющей части теплообменника предусмотрено средство для подачи текучей среды по меньшей мере одного типа.
[30] Подача текучей среды в поток агента сгорания может поспособствовать увеличению производительности теплообменника, например, за счет подачи подходящей текучей среды удельная теплоемкость потока агента сгорания может быть настроена на удельную теплоемкость потока отработанных газов, или же может быть сделана более высокой, чем удельная теплоемкость потока отработанных газов. Например, с обеспечением преимущества управляемая таким образом передача тепла от потока отработанных газов к потоку агента сгорания способствует увеличению количества тепла, поступающего в поток агента сгорания и, тем самым, в рабочий цикл, хотя конструктивные размеры теплообменника остаются без изменений, благодаря чему обеспечивается повышение термодинамической эффективности. В качестве альтернативы вышеописанному решению или в дополнение к нему, текучая среда может подаваться также в поток отработанных газов. В этом случае подаваемая текучая среда может быть, например, необходимым средством для дополнительной обработки отработанных газов ниже по потоку, эта текучая среда может идеальным образом перемешиваться с потоком отработанных газов с помощью турбулентного потока, образующегося в теплообменнике, так что обеспечивается максимальная эффективность работы системы дополнительной обработки отработанных газов ниже по потоку.
[31] Выражение «ниже по потоку» в данном случае служит для обозначения той стороны теплообменника, из которой выходит конкретная текучая среда, или той части линии отработанных газов или трубопровода, несущего агент сгорания, в который поступает текучая среда после ее выхода из теплообменника.
[32] Аналогично, выражение «выше по потоку» служит для обозначения той стороны теплообменника, в которую поступает конкретная текучая среда, или той части линии отработанных газов или трубопровода, несущего агент сгорания, из которого текучая среда поступает в теплообменник.
[33] В этом отношении неважно, осуществляется ли подача текучей среды в непосредственной близости к теплообменнику, или же подача текучей среды осуществляется на большем удалении от теплообменника.
[34] В качестве упомянутой текучей среды может надлежащим образом использоваться вода и/или, например, горючее вещество. Такое решение с одной стороны имеет то преимущество, что поток агента сгорания имеет описанные ранее преимущества, состоящие в повышенной удельной теплоемкости благодаря подаче воды и/или горючего вещества, а с другой стороны то преимущество, что смесь может быть приготовлена уже в теплообменнике или перед камерой сгорания, и сгорание может иметь место в камере сгорания с максимально возможной локальной однородностью доли воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания. В частности, это решение имеет также то преимущество, что характер сгорания отличается только очень слабым или вообще нулевым снижением эффективности и неполнотой сгорания.
[35] В качестве еще одной конфигурации аксиально-поршневого двигателя согласно предлагаемому изобретению предлагается введение в конструкцию двигателя водоотделителя, который расположен в тепловыделяющей части теплообменника или ниже по потоку от тепловыделяющей части теплообменника. Ввиду пониженной температуры около теплообменника может произойти конденсация водяного пара, что может привести к коррозии в линии отработанных газов. Предлагаемое решение обеспечивает предотвращение повреждения линии отработанных газов.
[36] Кроме того, предлагается способ работы аксиально-поршневого двигателя с компрессорной ступенью, содержащей по меньшей мере один цилиндр, расширительной ступенью, содержащей по меньшей мере один цилиндр, по меньшей мере одной камерой сгорания, расположенной между компрессорной ступенью и расширительной ступенью, и по меньшей мере одним теплообменником, при этом теплопоглощающая часть теплообменника расположена между компрессорной ступенью и камерой сгорания, а тепловыделяющая часть теплообменника расположена между расширительной ступенью и окружающей средой, и при этом предлагаемый способ характеризуется тем, что в поток агента сгорания, протекающий через теплообменник, и/или в поток отработанных газов, протекающих через теплообменник, вводят текучую среду по меньшей мере одного типа. Благодаря такому решению, как уже говорилось выше, обеспечивается повышение эффективности передачи тепла от потока отработанных газов, выводимых в окружающую среду, к потоку агента сгорания, при повышении удельной теплоемкости потока агента сгорания благодаря подаче текучей среды с увеличением, таким образом, поступления тепла к потоку агента сгорания. Возвращение энергии в рабочий цикл аксиально-поршневого двигателя в этом случае может, в свою очередь, привести к повышению эффективности, в частности, к повышению термодинамической эффективности, при условии, что процесс протекает должным образом.
[37] С обеспечением преимущества при работе предлагаемого аксиально-поршневого двигателя подают воду и/или горючее вещество. В результате обеспечивается повышение эффективности, в частности, эффективности процесса сгорания благодаря идеальному перемешиванию в теплообменнике и перед камерой сгорания.
[38] Горючее вещество аналогично может подаваться в поток отработанных газов, если это представляется целесообразным, например, для дообработки отработанных газов, так что может быть обеспечено дальнейшее повышение температуры отработанных газов в теплообменнике или за теплообменником. При необходимости с обеспечением преимущества может быть осуществлено досжигание, являющееся дополнительной обработкой отработанных газов, благодаря чему уменьшается загрязнение окружающей среды. При таком решении тепло, образующееся в тепловыделяющей части теплообменника, также может быть опосредованно использовано для дальнейшего нагрева потока агента сгорания, так что возможно негативное влияние на эффективность аксиально-поршневого двигателя.
[39] С целью более полной реализации этого преимущества дополнительно предлагается такое решение, при котором текучую среду подают ниже по потоку и/или выше по потоку относительно теплообменника.
[40] В дополнение к этому решению или в качестве альтернативы ему в поток агента сгорания и/или в поток отработанных газов может обратно подаваться отделенная вода. В наиболее благоприятном случае при таком решении может быть реализован замкнутый водяной цикл, в который не нужно будет подавать дополнительную воду извне. Таким образом, из того, что транспортное средство с аксиально-поршневым двигателем этой конструкции не требует пополнения водой, в частности, дистиллированной водой, возникает дополнительное преимущество.
[41] С обеспечением преимущества подачу воды и/или горючего вещества, как указывалось выше, в определенный момент времени до остановки аксиально-поршневого двигателя прекращают, и аксиально-поршневой двигатель в течение определенного отрезка времени до остановки работает без подачи воды и/или горючего вещества. При таком решении удается избежать вреда, который может причинить трубопроводу отработанных газов вода, осаждающаяся в трубопроводе отработанных газов при осаждении в нем, в частности, при его охлаждении. С обеспечением преимущества перед остановкой аксиально-поршневого двигателя воду удаляют также из него самого, благодаря чему обеспечивается предотвращение вреда, который может быть причинен компонентам аксиально-поршневому двигателю водой или водяным паром, особенно при остановке двигателя.
[42] В качестве альтернативы этому решению или в дополнение к нему цель предлагаемого изобретения может быть достигнута созданием аксиально-поршневого двигателя с по меньшей мере одним компрессорным цилиндром, по меньшей мере одним рабочим цилиндром и по меньшей мере одним напорным трубопроводом, по которому осуществляется подача агента сгорания из компрессорного цилиндра в рабочий цилиндр, при этом управление потоком упомянутого агента сгорания из камеры сгорания в рабочий цилиндр осуществляется с помощью по меньшей мере одного управляющего поршня, и при этом предлагаемый аксиально-поршневой двигатель характеризуется тем, что донная стенка камеры сгорания выполнена из отражающего металла.
[43] Отражающий характер металлической поверхности обеспечивает то преимущество, что обеспечивается уменьшение теплового потока в стенке, который велик по причине большого температурного перепада между сгорающим агентом сгорания и металлической поверхностью, по меньшей мере, это касается теплового потока, обусловленного теплоизлучением. В двигателях внутреннего сгорания из-за этого теплового потока в стенке имеет место значительная потеря эффективности, поэтому уменьшение теплового потока в стенке обеспечивает возможность повышения термодинамической эффективности аксиально-поршневого двигателя благодаря вышеописанному решению.
[44] Должно быть понятно, что, с одной стороны, неметаллические поверхности также могут иметь то преимущество, что они могут способствовать повышению термодинамической эффективности благодаря отражающему характеру, а с другой стороны, это представляющее преимущество повышение термодинамической эффективности может быть достигнуто в дополнение к тому или в качестве альтернативы тому, что разные компоненты аксиально-поршневого двигателя, возможно, каждый его компонент, находящийся в контакте с агентом сгорания, является отражающим или может быть отражающим, если температура агента сгорания выше, чем температура стенки.
[45] Должно быть понятно также, что может быть использовано любое другое поверхностное покрытие, способное повышать спектральную отражательную способность поверхностей компонентов. Кроме того, представляется возможным использование такого поверхностного покрытия, которое в качестве альтернативы этому решению или в дополнение к нему уменьшает коэффициент теплопередачи поверхности компонентов, обусловленный теплопроводностью и конвекцией, с целью снижения соответствующей доли потерь термодинамической эффективности.
[46] Независимо от других признаков предлагаемого изобретения цель предлагаемого изобретения достигается также созданием аксиально-поршневого двигателя с по меньшей мере одним рабочим цилиндром, питание которого осуществляется из непрерывно работающей камеры сгорания, при этом с обеспечением преимущества камера сгорания имеет два входа для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания.
[47] При наличии некоторой совокупности входов для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, доля воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания (λ), то есть, отношение кислорода к топливу, может быть отрегулировано без проблем. Как известно, полное сгорание топлива может быть обеспечено при λ=1, когда кислорода в наличии в точности столько, сколько необходимо для полного сгорания топлива. Или же рабочая смесь может быть сделана обедненной, когда λ>1, то есть, при избытке кислорода. Однако даже когда λ<1, то есть, при дефиците кислорода, может быть быстро обеспечена однородность такой обогащенной рабочей смеси при наличии двух входов для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания. При таком решении обеспечивается преимущество при подаче воздуха, предназначенного для обеспечения сгорания, через два входа на двух разных уровнях.
[48] В этом случае неважно, как устроена камера сгорания аксиально-поршневого двигателя. Эта камера сгорания, например, может иметь предкамеру, т.е. камеру предварительного сгорания или предварительную камеру, и основную камеру сгорания и, таким образом, обладать тем преимуществом, что обеспечивается двухступенчатое сгорание.
[49] С обеспечением преимущества регулирование упомянутых двух входов для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, может осуществляться в зависимости от скорости вращения. Однако в альтернативном варианте это регулирование может осуществляться также в зависимости от мощности, так что в обоих случаях может достигаться существенно лучшее регулирование подачи воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания. Например, второй или дополнительный вход для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, будет открыт, когда это дает преимущество для режима работы аксиально-поршневого двигателя.
[50] Кроме того, если упомянутые два входа для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, предназначены для разных температур сгорания, то в камере сгорания может быть легко обеспечено регулирование пламени, благодаря чему управление процессом сгорания может быть упрощено.
[51] Следует заметить, что не всегда является обязательным, чтобы эти два входа для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, вели в камеру сгорания. Вместо этого с обеспечением преимущества могут быть применены даже входы для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, которые ведут, например, в трубопровод выше по течению для перемешивания агента сгорания.
[52] Если аксиально-поршневой двигатель имеет по меньшей мере один теплообменник, то представляется обеспечивающим преимущество такое решение, при котором питание одного (первого) входа для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, осуществляется перед теплообменником, а питание другого (второго) входа для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, осуществляется за этим или другим теплообменником. При таком решении особенно просто, с точки зрения конструкции, осуществляется подача воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, при разных температурах. При таком решении также обеспечивается регулирование входов для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, с обеспечением эффективности.
[53] При необходимости может быть предусмотрена также отдельная система подогрева воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, особенно для процесса запуска двигателя, так чтобы без необходимости не происходило охлаждение топлива, вступающего в контакт с воздухом, предназначенным для обеспечения процесса сгорания.
[54] Цель предлагаемого изобретения достигается также созданием аксиально-поршневого двигателя с по меньшей мере одним рабочим цилиндром, питание которого осуществляется из непрерывно работающей камеры сгорания, и который имеет выпускное отверстие для отработанных газов, при этом предлагаемый аксиально-поршневой двигатель характеризуется наличием чувствительного элемента температуры камеры сгорания, предназначенного для определения температуры камеры сгорания.
[55] Чувствительный элемент температуры камеры сгорания этого типа просто обеспечивает определение параметра, значимого с точки зрения качества сгорания или с точки зрения стабильности работы аксиально-поршневого двигателя.
[56] В качестве упомянутого чувствительного элемента температуры камеры сгорания может быть использован любой чувствительный элемент такого рода, например, резистивный чувствительный элемент температуры, термопара, инфракрасный чувствительный элемент и т.п.
[57] Представляется предпочтительным такое решение, при котором чувствительный элемент температуры камеры сгорания устроен или расположен с возможностью измерения температуры пламени в камере сгорания. Это позволяет получить особенно значимые величины, характеризующие процесс сгорания в камере сгорания.
[58] В этом случае чувствительный элемент температуры камеры сгорания может быть расположен практически в любом месте внутри камеры сгорания. Например, чувствительный элемент температуры камеры сгорания может быть расположен в области предварительной камеры и/или основной камеры сгорания.
[59] Аксиально-поршневой двигатель может включать, в частности, систему регулирования работы камеры сгорания, которая содержит чувствительный элемент температуры камеры сгорания в качестве входного чувствительного элемента и выполнена с возможностью регулирования работы камеры сгорания таким образом, чтобы температура камеры сгорания находилась в диапазоне от 1000°С до 1500°С. При таком решении при использовании относительно простой и очень быстродействующей управляющей схемы гарантируется, что аксиально-поршневой двигатель производит чрезвычайно мало веществ, загрязняющих окружающую среду. В частности, обеспечивается сведение к минимуму образование сажи. С особым быстродействием и, следовательно, с обеспечением преимущества регулирование температуры камеры сгорания может осуществляться при использовании двух или большего количества питателей воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, в частности, при подаче воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, при разных температурах.
[60] Кроме того, в дополнение к этому решению или в качестве альтернативы ему предлагаемый аксиально-поршневой двигатель может включать чувствительный элемент температуры отработанных газов, предназначенный для определения температуры отработанных газов. С помощью такого чувствительного элемента температуры отработанных газов аналогичным образом может легко осуществляться контроль и управление непрерывно работающей камерой сгорания.
[61] Такая система регулирования может просто обеспечить адекватное и полное сгорание топлива, так что аксиально-поршневой двигатель работает с оптимальной эффективностью при минимальной эмиссии веществ, загрязняющих окружающую среду.
[62] С обеспечением преимущества система регулирования работы камеры сгорания содержит чувствительный элемент температуры отработанных газов в качестве входного чувствительного элемента. Представляется предпочтительным такое решение, при котором регулирование камеры сгорания осуществляется таким образом, чтобы температура отработанных газов при работе двигателя, предпочтительно на холостом ходу, находилась в диапазоне от 850°С до 1200°С. Это может быть осуществлено, например, с помощью подачи, надлежащим образом, воды и/или надлежащего подогрева агента сгорания, в частности, воздуха, например, путем управления температурой или объемом подаваемой воды, или же долей воздуха, подогреваемого или не подогреваемого в теплообменнике, в соответствии с вышеизложенными требованиями. Регулирование этого типа на основе системы водного охлаждения не известно из предшествующего уровня техники.
[63] С обеспечением преимущества одним из таких рабочих состояний является холостой ход предлагаемого аксиально-поршневого двигателя, благодаря чему обеспечивается дальнейшее снижение выброса веществ, загрязняющих окружающую среду.
[64] С целью обеспечения регулирования, в частности, температуры камеры предварительного сгорания, что в данном случае представляет преимущество, чувствительный элемент температуры камеры сгорания, в дополнение или в качестве альтернативы, может содержать также чувствительный элемент камеры предварительного сгорания.
[65] Для обеспечения возможности регистрации рабочего состояния в основной камере сгорания чувствительный элемент температуры камеры сгорания может быть выполнен как чувствительный элемент основной температуры камеры сгорания. Должно быть понятно, что в этом случае в зависимости от конкретного варианта осуществления предлагаемого изобретения могут быть предусмотрены чувствительные элементы как для предварительной камеры, так и для основной камеры сгорания.
Краткое описание прилагаемых чертежей
[66] Другие преимущества, цели и свойства предлагаемого изобретения будут более подробно объяснены далее со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых проиллюстрированы различные варианты осуществления аксиально-поршневого двигателя согласно предлагаемому изобретению и узлы аксиально-поршневого двигателя.
На фиг.1 схематично в разрезе изображена система подогрева топлива аксиально-поршневого двигателя согласно предлагаемому изобретению для его предварительной горелки.
На фиг.2 схематично в разрезе изображен запорный клапан, установленный перед предкамерой аксиально-поршневого двигателя согласно предлагаемому изобретению.
На фиг.3 схематично в разрезе показан аксиально-поршневой двигатель согласно предлагаемому изобретению с двумя теплообменниками, в котором с обеспечением преимущества могут быть использованы узлы, изображенные на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.4 схематично в разрезе показан аксиально-поршневой двигатель согласно предлагаемому изобретению с двумя теплообменниками и резервуаром для агента сгорания, в котором (двигателе) с обеспечением преимущества могут быть использованы узлы, изображенные на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.5 схематично в разрезе показан аксиально-поршневой двигатель согласно другому варианту осуществления предлагаемого изобретения, в котором также с обеспечением преимущества могут быть использованы узлы, изображенные на фиг.1 и фиг.2.
На фиг.6 схематично показан фрагмент аксиально-поршневого двигателя согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, в котором применено водяное охлаждение камеры сгорания.
На фиг.7 в увеличенном масштабе показан фрагмент аксиально-поршневого двигателя, изображенного на фиг.6.
На фиг.8 аналогично фиг.7 схематично показан фрагмент аксиально-поршневого двигателя согласно еще одному варианту осуществления предлагаемого изобретения, в котором применено водяное охлаждение камеры сгорания.
Подробное описание предлагаемого изобретения
[67] Система обработки топлива 980, изображенная на фиг.1, установлена перед камерой 927 предварительного сгорания аксиально-поршневого двигателя 901 и содержит подогреватель топлива 981 в виде калильной свечи 982. В данном случае упомянутая калильная свеча 982 соответствует смесительному трубопроводу 983, предназначенному для перемешивания топлива 982, и воздуха 929, предназначенного для обеспечения процесса сгорания. Предназначенный для обеспечения сгорания воздух 929 подается в упомянутый смесительный трубопровод 983 через посредство воздуховода 984, расположенный соосно со смесительным трубопроводом 983. Для подачи топлива 928 система обработки топлива 980 снабжена системой впрыска топлива 985, имеющей обрабатывающий жиклер 912, который расположен радиально относительно смесительного трубопровода 983. При таком расположении обрабатывающий жиклер 912 обеспечивает возможность подачи топлива 982 в испаритель 986, при этом испарение топлива 928 особенно эффективно может осуществляться с помощью калильной свечи 982 перед подачей топлива в смесительный трубопровод 983.
[68] Перемешанный таким образом агент сгорания, то есть, топливо 928 и предназначенный для обеспечения процесса сгорания воздух 929, затем подается в камеру сгорания 927 для полного сгорания в ней, например, под действием зажигания. В частности, на стадии запуска аксиально-поршневого двигателя 901, а именно, когда аксиально-поршневой двигатель 901 еще холодный и далеко не достиг рабочей температуры, зажигание агента сгорания может быть осуществлено легче при наличии свечи зажигания 987, с помощью которой осуществляется зажигание агента сгорания. Для этого упомянутая свеча зажигания 987 установлена в предкамере 927 на стороне входа. В альтернативном варианте такая свеча зажигания 987 может быть предназначена для смесительного трубопровода 983 и установлена, таким образом, в смесительном трубопроводе 983.
[69] В области системы впрыска топлива 985 предусмотрена также система водяного охлаждения 988, с помощью которой может быть эффективно обеспечено предотвращение перегрева системы впрыска топлива 985. В рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления предлагаемого изобретения вода не поступает в камеру предварительного сгорания, а подается непосредственно в камеру сгорания, которая расположена и за предварительной горелкой, и за основной горелкой, как это будет подробно объяснено ниже. Согласно одному из альтернативных вариантов осуществления предлагаемого изобретения вода может подаваться также в систему обработки топлива 980 или непосредственно в камеру сгорания 927, например, вместе с топливом.
[70] Как показано на фиг.2, согласно второму иллюстративному варианту осуществления предлагаемого изобретения перед камерой 1027 предварительного сгорания аксиально-поршневого двигателя 1001 установлен запорный клапан 1095, который, как известно, имеет седло 1096 и соответствующий керамический шарик 1097. В остальном система обработки топлива 1080 соответствует системе обработки топлива 980.
[71] Согласно рассматриваемому иллюстративному варианту осуществления предлагаемого изобретения запорный клапан 1095 расположен между смесительным трубопроводом 1083 системы обработки топлива 1080 и расположенной соосно с ней системой подачи воздуха 1084, предназначенного для обеспечения процесса сгорания.
[72] Система обработки топлива 1080 содержит подогреватель топлива 1081 в виде накальной свечи 1082 и обрабатывающий жиклер 1012 с испарителем 1086. С помощью накальной свечи 1082 в испарителе 1086 обеспечивается возможность испарения топлива, впрыскиваемого через обрабатывающий жиклер 1012, перед подачей его в смесительный трубопровод 1083, куда оно, таким образом, поступает в газообразном состоянии.
[73] В частности, на стадии запуска аксиально-поршневого двигателя 1001 запорный клапан 1095 может содействовать равномерности сгорания агента сгорания внутри предкамеры 1027, при этом качество зажигания агента сгорания, подаваемого в камеру 1027 предварительного сгорания, может быть повышено или поддержано на должном уровне с помощью дополнительной свечи зажигания 1087.
[74] И система обработки топлива, изображенная в качестве примера на фиг.1, и запорный клапан 1095, изображенный в качестве примера на фиг.2, могут быть с обеспечением преимущества использованы в практически любого типа аксиально-поршневых двигателях с по меньшей мере одним рабочим цилиндром, питание которого осуществляется из непрерывно работающей камеры сгорания, оборудованных камерой предварительного сгорания и основной камерой сгорания во всех случаях с целью повышения эффективности такого аксиально-поршневого двигателя. В частности, запорный клапан 1095 может соответствующим образом использоваться также в системе обработки топлива 980, при этом он может быть установлен в другом месте, а не точно в смесительном трубопроводе. Теперь в качестве примера будут описаны только три аксиально-поршневых двигателя 201, 401 и 501, в которых с обеспечением преимущества могут использоваться система обработки топлива 980 и запорный клапан 1085.
[75] В частности, в данном случае смесительные трубопроводы 983, 1083 в месте входа в соответствующую камеру 927, 1027 предварительного сгорания могут иметь эксцентричное расположение. Аналогично свечи зажигания 987, 1087 могут быть установлены в соответствующем смесительном трубопроводе 983, 1083 или в другом подходящем месте.
[76] Аксиально-поршневой двигатель 201, изображенный на фиг.3, имеет непрерывно работающую камеру сгорания 210, из которой рабочая среда последовательно через каналы 215 (пронумерованы для примера) подается в рабочие цилиндры 220 (пронумерованы для примера). В каждом рабочем цилиндре 220 расположен рабочий поршень 230 (пронумерованы для примера), с одной стороны через посредство прямого шатуна 235 соединенный с выходом, который в рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления предлагаемого изобретения реализован в виде распорки 242, служащей носителем для искривленной дорожки 240, расположенной на выходном вале 241, и при этом каждый рабочий поршень с другой стороны соединен с компрессорным поршнем 250, совершающим движение в соответствующем компрессорном цилиндре 260, что более подробно будет объяснено ниже.
[77] После того как рабочая среда совершила работу в рабочем цилиндре 220, в результате чего на рабочий поршень 230 стала действовать нагрузка, рабочая среда выпускается из рабочего цилиндра 220 через выпускные каналы 225 для отработанных газов. В этих выпускных каналах 225 предусмотрены чувствительные элементы температуры (не показаны), с помощью которых осуществляется измерение температуры отработанных газов.
[78] Выпускные каналы 225 в любом случае открываются в теплообменники 270 и затем обычным образом заканчиваются выпускными отверстиями 227 в аксиально-поршневом двигателе 201. Выпускные отверстия 227 в свою очередь могут быть соединены, в частности, с кольцевым каналом (не показан), так что в конечном итоге выхлопные газы покидают аксиально-поршневой двигатель 201 только в одном или двух местах. В зависимости от конкретного исполнения, в частности, исполнения теплообменника 270, можно обойтись без глушителя, так как теплообменники 270 сами обеспечивают звукопоглощающий эффект.
[79]Теплообменники 270 служат для подогрева агента сгорания, который подвергается сжатию в компрессорных цилиндрах 260 под действием компрессорных поршней 250 и по напорному трубопроводу 255 подается в камеру сгорания 210. Сжатие в данном случае осуществляется обычным образом, при этом поступающий воздух втягивается компрессорными поршнями 250 через подающие трубопроводы 257 (пронумерованы для примера) и подвергается сжатию в компрессорных цилиндрах 260. Для этого используются соответствующие известные клапанные системы.
[80] Аксиально-поршневой двигатель 201 имеет два теплообменника 270, каждый из которых расположен относительно аксиально-поршневого двигателя 201 в осевом направлении. При таком конструктивном решении пути прохождения отработанных газов через выпускные каналы 225 к теплообменникам 270 могут быть значительно сокращены по сравнению с известными из уровня техники аксиально-поршневыми двигателями. В результате этого отработанные газы достигают соответствующего теплообменника 270 при значительно более высокой температуре, так что агент сгорания также будет подогрет до более высокой температуры. На практике оказалось, что при таком решении обеспечивается экономия топлива по меньшей мере 20%. Можно предположить, поэтому, что при оптимизации конструкции можно достичь экономии топлива до 30%.
[81] В этой связи должно быть понятно, что с помощью дополнительных мер эффективность аксиально-поршневого двигателя 201 может быть повышена. Например, горючий агент может быть известным образом использован для охлаждения или теплоизоляции камеры сгорания 210, в результате чего до ввода в камеру сгорания 210 его температура может быть еще больше повышена. Следует особо отметить, что, с одной стороны, можно ограничиться соответствующим подогревом только компонентов агента сгорания, как в рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления предлагаемого изобретения имеет место в отношении подогрева предназначенного для обеспечения процесса сгорания воздуха. Может быть предусмотрена также подача воды в камеру сгорания уже перед сжатием; это может осуществляться и позже, однако, например, в напорный трубопровод 255.
[82] Подача воды в компрессорный цилиндр 260 может осуществляться, например, на такте всасывания соответствующего компрессорного поршня 250, результатом чего является изотермическое сжатие или сжатие максимально близкое к изотермическому. Очевидно, каждый рабочий цикл компрессорного поршня 250 содержит такт всасывания и такт сжатия, при этом в процессе такта всасывания агент сгорания поступает в компрессорный цилиндр 260, где он затем подвергается сжатию, то есть, он сжимается на такте сжатия, и поступает в напорный трубопровод 255. При подаче воды на такте всасывания равномерное распределение воды может быть обеспечено простыми средствами.
[83] Представляется предпочтительным такое решение, при котором обработка топлива осуществляется так, как описано выше. Однако в зависимости от конкретного варианта осуществления предлагаемого изобретения без этого можно обойтись.
[84] Согласно рассматриваемому варианту осуществления предлагаемого изобретения подача воды может осуществляться также в напорный трубопровод 255, при этом перемешивание воды с агентом сгорания в теплообменнике осуществляется равномерно благодаря надлежащему отклонению потока. Выпускной канал 225 также может быть использован для подачи воды или другой текучей среды, например, топлива или средства для дообработки отработанных газов, с целью обеспечения равномерного перемешивания внутри теплообменника 270. Конструкция рассматриваемого теплообменника 270 также обеспечивает возможность дообработки отработанных газов в самом теплообменнике, при этом тепло, получаемое в результате дообработки, подается непосредственно к агенту сгорания, присутствующему в напорном трубопроводе 255. В выпускном отверстии 227 предусмотрен водоотделитель (не показан), с помощью которого осуществляется возврат воды, конденсированной из отработанных газов, в аксиально-поршневой двигатель 201 для повторной подачи. Разумеется, водоотделитель может быть реализован в комбинации с конденсатором. Кроме того, разумеется, возможно использование с аксиально-поршневыми двигателями сходной конструкции, при этом другие преимущества аксиально-поршневого двигателя 201 или подобных аксиально-поршневых двигателей обеспечиваются даже без водоотделителя в выпускном отверстии 227.
[85] Аксиально-поршневой двигатель 401, изображенный на фиг.4 только в качестве примера, также по существу соответствует аксиально-поршневому двигателю 201, изображенному на фиг.3. Поэтому идентичные или функционально подобные узлы имеют сходные ссылочные обозначения, отличающиеся только первой цифрой. Таким образом, при рассмотрении этого варианта осуществления предлагаемого изобретения можно обойтись без подробного описания работы аксиально-поршневого двигателя 401, как это уже сделано в отношении аксиально-поршневого двигателя 201, изображенного на фиг.3.
[86] Аксиально-поршневой двигатель 401 имеет корпус 405, в котором расположены непрерывно работающая камера сгорания 410, шесть рабочих цилиндров 420 и шесть компрессорных цилиндров 460. В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения камера сгорания 410 через соответствующие каналы 415 соединена с рабочими цилиндрами 420, так что рабочая среда может подаваться в рабочие цилиндры 420 в соответствии с рабочими стадиями аксиально-поршневого двигателя 401.
[87] После совершения работы рабочая среда выходит из рабочих цилиндров 420 по соответствующим выпускным каналам 425 для отработанных газов, которые ведут в теплообменники 470, при этом эти теплообменники 470 расположены и устроены так же, как и теплообменники 270 аксиально-поршневого двигателя 201, проиллюстрированного на фиг.3. Рабочая среда выходит из теплообменников 470 через выпускные отверстия (пронумерованы для примера).
[88] В рабочих цилиндрах 420 и компрессорных цилиндрах 460 расположены, соответственно, рабочие поршни 430 и компрессорные поршни 450, соединенные между собой с помощью жестких шатунов 435. Каждый шатун 435 известным образом содержит искривленную дорожку 440, выполненную на распорке 424, которая в конечном счете управляет выходным валом 441.
[89] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения всасывание воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, тоже осуществляется через подающие трубопроводы 457, а его сжатие осуществляется в компрессорных цилиндрах 460, с тем чтобы по напорным трубопроводам 455 подавать его в камеру сгорания 410, где, в зависимости от конкретного исполнения, могут быть осуществлены меры, указанные при описании рассмотренного перед этим варианта осуществления предлагаемого изобретения.
[90] Кроме того, в случае аксиально-поршневого двигателя 401 напорные трубопроводы 455 соединены между собой через посредство кольцевого канала 456, благодаря чему известным образом обеспечивается однородность давления во всех напорных трубопроводах 455. Между кольцевым каналом 456 и каждым из напорных трубопроводов 455 предусмотрен клапан 485, с помощью которого может осуществляться регулирование или стабилизация подачи по напорным трубопроводам 455 воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания. Кроме того, в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения предусмотрен резервуар 480 для агента сгорания, который соединен с упомянутым кольцевым каналом 456 с помощью трубопровода 481, в котором аналогичным образом установлен клапан 481.
[91] В зависимости от рабочего состояния аксиально-поршневого двигателя 401 клапаны 482 и 485 могут находиться в открытом или закрытом состоянии. Таким образом, можно предположить такое решение, при котором, например, один из клапанов 485 закрыт, когда аксиально-поршневой двигатель 401 требует меньшего количества агента сгорания. Можно предусмотреть также такое решение, при котором при таком рабочем состоянии аксиально-поршневого двигателя осуществляется частичное закрытие всех клапанов 485, которые в этом случае работают как дроссели. В таком случае избыток агента сгорания может быть направлен в резервуар 480 для агента сгорания, когда клапан 482 открыт.Последнее возможно также, в частности, когда аксиально-поршневой двигатель работает в режиме уменьшения числа оборотов двигателя, то есть, когда в агенте сгорания вообще нет нужды, и привод осуществляется через выходной вал 441. Для хранения возникающего в таком рабочем состоянии по причине перемещения компрессорных поршней 450 избытка агента сгорания можно легко использовать резервуар 480 для агента сгорания.
[92] Хранимый таким образом агент сгорания может дополнительно подаваться в аксиально-поршневой двигатель, когда в этом возникает необходимость, то есть, в частности, при трогании с места или наборе скорости, а также при запуске, так что дополнительное количество агента сгорания обеспечивается без дополнительного или более быстрого перемещения компрессорных поршней 450.
[93] Чтобы гарантировать это, в подходящих случаях можно обойтись также без клапанов 482 и 485. Из предшествующего уровня техники известно, что такие клапаны мало приспособлены для длительного удержания находящегося в сжатом состоянии агента сгорания из-за утечки, которой невозможно избежать.
[94] Согласно одному из альтернативных вариантов осуществления предлагаемого аксиально-поршневого двигателя 401 можно обойтись без кольцевого канала 456, при этом выпускные отверстия компрессорных цилиндров 460 скомбинированы в соответствии с количеством напорных трубопроводов 455, возможно - с помощью какой-либо секции кольцевого канала. При таком решении может иметь смысл осуществить соединение с резервуаром 480 для агента сгорания только одного из напорных трубопроводов 455 или не всех напорных трубопроводов 455, или же выполнить их с возможностью такого соединения. Такое решение по существу означает, что не все компрессорные поршни 450 могут участвовать в наполнении резервуара 480 для агента сгорания при понижении числа оборотов двигателя. С другой стороны, тогда для камеры сгорания 410 имеется достаточное количество агента сгорания, так что обеспечивается поддержание процесса сгорания без дополнительных мер регулирования или управления. Одновременно с этим резервуар 480 для агента сгорания наполняется с помощью других компрессорных поршней 450, так что обеспечивается необходимое наличие доступного в любой момент агента сгорания, который может понадобиться, в частности, для запуска, при трогании с места или в процессе набора скорости.
[95] Должно быть понятно, что аксиально-поршневой двигатель 401 в другом варианте исполнения, который на прилагаемых чертежах не проиллюстрирован, может быть оборудован двумя резервуарами 480 для агента сгорания, при этом эти два резервуара 480 для агента сгорания могут находиться под разными давлениями, так что при наличии двух таких резервуаров 480 для агента сгорания обеспечивается возможность работы двигателя с разными перепадами давления в реальном времени.
[96] Представляется предпочтительным такое решение, при котором предусмотрено наличие системы регулирования давления, которая устанавливает один (первый) нижний предел давления и один (первый) верхний предел давления для первого резервуара 480 для агента сгорания и другой (второй) нижний предел давления и другой (второй) верхний предел давления для второго резервуара (не показан) для агента сгорания, при этом каждый резервуар 480 для агента сгорания находится под определенным давлением, при этом первый верхний предел давления ниже, чем второй верхний предел давления, а первый нижний предел давления ниже, чем второй нижний предел давления. В частности, первый верхний предел давления может быть установлен ниже, чем второй нижний предел давления, или равным ему.
[97] В вариантах осуществления предлагаемого изобретения, проиллюстрированных на фиг.3 и фиг.4, предусматривается использование чувствительных элементов температуры (не показаны), которые предназначены для измерения температуры отработанных газов или температуры в камере сгорания. В качестве таких чувствительных элементов температуры могут быть использованы любые чувствительные элементы температуры, применимые для надежного измерения в рабочем режиме температур в диапазоне от 800°С до 1100°С и выше. В частности, если камера сгорания имеет камеру предварительного сгорания и основную камеру, то с помощью таких чувствительных элементов температуры может измеряться как температура в камере предварительного сгорания, так и температура в основной камере сгорания. В этом отношении регулирование описанных выше аксиально-поршневых двигателей 201 и 401 в каждом случае может осуществляться с помощью упомянутых чувствительных элементов температуры таким образом, что на выходе из рабочих цилиндров 220 и 420, соответственно, температура отработанных газов составляет приблизительно 900°С, а температура в камере предварительного сгорания, если таковая имеется, составляет приблизительно 1000°С.
[98] В случае еще одного аксиально-поршневого двигателя, а именно, двигателя 501, изображенного в качестве иллюстративного варианта осуществления предлагаемого изобретения на фиг.5, такие чувствительные элементы температуры присутствуют в виде чувствительного элемента температуры 592, установленного в камере предварительного сгорания, и двух чувствительных элементов температуры 593, предназначенных для измерения температуры отработанных газов, эти чувствительные элементы температуры показаны на фиг.5 схематично. В частности, с помощью установленного в предкамере чувствительного элемента температуры 592, который, в виду его близости к предварительной горелке 517 аксиально-поршневого двигателя 501, в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения может считаться также чувствительным элементом температуры предварительной горелки, осуществляется определение значимого параметра, относящегося к качеству сгорания или к стабильности работы этого аксиально-поршневого двигателя 501. Например, температура пламени предварительной горелки 517 может быть измерена, с целью обеспечения регулирования различных рабочих состояний этого аксиально-поршневого двигателя 501, с помощью системы регулирования работы камеры сгорания. С помощью предназначенных для измерения температуры отработанных газов чувствительных элементов 593, которые установлены в выпускных отверстиях или каналах 525 для выпуска отработанных газов из соответствующего рабочего цилиндра 520, при необходимости может обеспечиваться контроль или регулирование рабочего состояния камеры сгорания 510, так чтобы постоянно обеспечивалось оптимальное сжигание агента сгорания.
[99] В остальном конструкция аксиально-поршневого двигателя 501 и принцип его работы соответствует тому, что было описано ранее в отношении других вариантов осуществления предлагаемого аксиально-поршневого двигателя. А именно, аксиально-поршневой двигатель 501 имеет корпус 505, в котором имеются непрерывно работающая камера сгорания 510, шесть рабочих цилиндров 520 и шесть компрессорных цилиндров 560.
[100] Внутри камеры сгорания 510 обеспечивается зажигание и сгорание агента сгорания, при этом камера сгорания 510 заполняется агентом сгорания, как описывалось выше. С обеспечением преимущества этот аксиально-поршневой двигатель 501 работает с двухступенчатой системой сгорания, для чего камера сгорания 510 имеет уже упоминавшуюся ранее предварительную горелку 517 и основную горелку 518. В предварительную горелку 517 и основную горелку 518 вводится агент сгорания, при этом доля вводимого в предварительную горелку 517 воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, в рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления предлагаемого изобретения может составлять менее 15% от общего количества воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, вводимого в этот аксиально-поршневой двигатель 501. Представляется предпочтительным такое решение, при котором давление, под которым воздух, предназначенный для обеспечения процесса сгорания, подается к предварительной горелке 517, выше, чем давление, под которым воздух, предназначенный для обеспечения процесса сгорания, подается к основной горелке 518. Этого можно особенно легко достичь с помощью системы каналов, в которых обеспечена надлежащая разница сопротивлений течению для соответствующих подающих трубопроводов. В частности, для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, подаваемого в предварительную горелку 517, может использоваться более короткий или вообще не использоваться теплообменник, в то время как воздух, предназначенный для обеспечения процесса сгорания, подаваемый в основную горелку 518, может проводиться по теплообменникам, показанным на чертеже.
[101] Предварительная горелка 517 имеет диаметр, меньший, чем диаметр основной горелки 518, при этом камера сгорания 510 имеет переходную область, содержащую конический отсек 513 и цилиндрический отсек 514.
[102] Для обеспечения подачи агента сгорания и воздуха, предназначенного для обеспечения процесса горения, в камеру сгорания 510, в частности, в связанный с ней конический отсек 513 разгружаются, с одной стороны, главный жиклер 511, а с другой стороны, обрабатывающий жиклер 512. С помощью основного жиклера 511 и обрабатывающего жиклера 512 обеспечивается впрыск агента сгорания или горючего вещества в камеру сгорания 510, при этом в рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления предлагаемого изобретения агент сгорания, впрыскиваемый с помощью обрабатывающего жиклера 512, смешивается с воздухом, предназначенным для обеспечения процесса сгорания, через посредство перфорированного кольца 523.
[103] Основной жиклер 511 ориентирован по существу параллельно главному направлению сгорания 502 в камере сгорания 510. Кроме того, основной жиклер 511 расположен по оси симметрии 503 камеры сгорания 510, при этом упомянутая ось симметрии 503 параллельна упомянутому главному направлению сгорания 502.
[104] Кроме того, обрабатывающий жиклер 512 расположен под углом (не показан здесь для ясности) к основному жиклеру, так что направление струи 516 основного жиклера 511 (первое направление струи) и направление струи 519 обрабатывающего жиклера (второе направление струи) имеют общую точку пересечения в коническом отсеке 513. При таком решении обработка топлива, и в частности, его термическое разложение перед поступлением в пространство сгорания 526 может осуществляться от основного жиклера 511 через предварительную горелку 517.
[105] В рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления предлагаемого изобретения впрыск горючего вещества или топлива из основного жиклера 511 в основную горелку 518 осуществляется без дополнительной подачи воздуха, и термическое разложение горючего вещества или топлива осуществляется с помощью предварительной горелки 517, как уже говорилось выше. Для этого объем предназначенного для обеспечения процесса сгорания воздуха, соответствующий количеству горючего вещества, протекающего через основную горелку 511, вводится в пространство сгорания 526 за предварительной горелкой 517 или основной горелкой 518, для чего предусмотрена отдельная система 504 для подачи воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, который подается в пространство сгорания 526.
[106] Для этого упомянутая система 504 для подачи воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, соединена с подающим трубопроводом 521 для рабочего воздуха, который проходит через теплообменник (не показан), при этом в еще один (второй) подающий трубопровод 522 может подаваться воздух, предназначенный для обеспечения процесса сгорания, непосредственно от компрессора или компрессорного поршня 550, который в данном случае подает воздух, предназначенный для обеспечения процесса сгорания, на перфорированное кольцо 523. В данном случае упомянутое перфорированное кольцо 523 предназначено для обрабатывающего жиклера 512. Для этого горючее вещество, впрыскиваемое обрабатывающим жиклером 512, дополнительно перемешанное с рабочим воздухом, может быть подано в предварительную горелку 517 или в конический отсек 513 основной горелки 518.
[107] Кроме того, камера сгорания 510, в частности, пространство сгорания 526 содержит керамический узел 506, для которого в рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления предлагаемого изобретения применено воздушное охлаждение. В данном случае упомянутый керамический узел 506 содержит керамическую стенку 507 камеры сгорания, которая окружена профилированной стальной трубкой 508. Вокруг этой профилированной стальной трубки 508 простирается камера воздушного охлаждения 509, которая соединена с системой 521 подачи рабочего воздуха с помощью системы снабжения 524 для камеры воздушного охлаждения.
[108] В рабочих цилиндрах 520 известной конструкции расположены соответствующие рабочие поршни 530, механически соединенные с компрессорными поршнями 550 с помощью шатунов 535.
[109] В рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления предлагаемого изобретения упомянутые шатуны 535 содержат ходовые колеса 536, прокатывающиеся по искривленной дорожке 540 при движении рабочих поршней 530 или компрессорных поршней 550. При этом приводится во вращение выходной вал 541, который соединен с искривленной дорожкой 540 с помощью приводного носителя 537 искривленной дорожки. Через выходной вал 541 может осуществляться отбор энергии, производимой аксиально-поршневым двигателем 501.
[110] Известным образом с помощью компрессорных поршней 550 осуществляется сжатие рабочего воздуха, содержащий, если это требуется, впрыскиваемую воду, которая при необходимости может использоваться для дополнительного охлаждения. Если подача воды или водяного пара осуществляется на такте всасывания соответствующего компрессорного поршня 550, то может быть обеспечено изотермическое сжатие агента сгорания. Подача воздуха на такте всасывания может просто обеспечить особо равномерное распределение воды в среде агента сгорания.
[111] При необходимости может быть обеспечено значительно более глубокое охлаждение отработанных газов в одном или большем количестве теплообменников, которые на фиг.5 не показаны (но их можно видеть на фиг.4), если рабочий воздух подлежит предварительному подогреву с помощью одного или большего количества таких теплообменников и доставке в камеру сгорания 510 в качестве агента сгорания, как уже подробно описывалось, например, при рассмотрении иллюстративного варианта осуществления предлагаемого изобретения, изображенного на фиг.4. Отработанные газы могут подаваться в теплообменник или теплообменники через упоминавшиеся ранее каналы 525 для отработанных газов, при этом упомянутые теплообменники расположены по оси рассматриваемого аксиально-поршневого двигателя 501.
[112] Кроме того, рабочий воздух может быть дополнительно подогрет или нагрет при контакте с другими узлами аксиально-поршневого двигателя 501, который должен охлаждаться, как уже описывалось выше. Рабочий воздух, сжатый и нагретый таким образом, затем подается в камеру сгорания 510, как уже описывалось выше, благодаря чему может быть обеспечено дальнейшее повышение эффективности рассматриваемого аксиально-поршневого двигателя 501.
[113] Каждый из рабочих цилиндров 520 аксиально-поршневого двигателя 501 через каналы 515 соединен с камерой сгорания 510, так что подвергнутая зажиганию топливовоздушная смесь может выходить из камеры сгорания 510 в соответствующие рабочие цилиндры 520 через упомянутые каналы 515 и с помощью рабочих поршней 530 производить работу в качестве рабочей среды.
[114] В рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения рабочая среда из камеры сгорания 510 через по меньшей мере один канал 515 может подаваться последовательно в по меньшей мере два рабочих цилиндра 520, при этом для каждого рабочего цилиндра 520 предусмотрен один канал 515, который может закрываться или открываться с помощью управляющего поршня 531. Таким образом, количество управляющих поршней 531 в рассматриваемом аксиально-поршневом двигателе 501 предопределено количеством рабочих цилиндров 520.
[115] В этом случае закрытие канала 515 осуществляется с помощью управляющего поршня 531, который снабжен крышкой 532. Привод управляющего поршня 531 осуществляется с помощью искривленной дорожки 533, при этом предусмотрена распорка 534 для упомянутой искривленной дорожки 533 управляющего поршня к выходному валу 541, который служит также, в частности, для термической развязки. В рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления аксиально-поршневого двигателя 501 управляющий поршень 531 выполнен с возможностью совершения хода 543 по существу в осевом направлении. Для этого каждый из управляющих поршней 531 направляется с помощью полозьев (не обозначены), поддерживаемых в искривленной дорожке 533 управляющего поршня, при этом каждый из упомянутых полозьев имеет предохранительный кулачок, совершающий движение туда и обратно в направляющей кулисе (не обозначена) и предотвращающий поворот управляющего поршня 531.
[116] Поскольку управляющий поршень 531 вступает в контакт с горячей рабочей средой из камеры сгорания 510 в области канала 515, то представляется обеспечивающим преимущество такое решение, при котором осуществляется водяное охлаждение управляющего поршня 531. Для этого аксиально-поршневой двигатель 501 снабжен системой водяного охлаждения 538, осуществляемого, в частности, в области управляющего поршня 531, при этом упомянутая система водяного охлаждения 538 содержит внутренние охладительные каналы 545, промежуточные охладительные каналы 546 и внешние охладительные каналы 547. Для эффективно охлажденного таким образом управляющего поршня 531 обеспечивается надежность рабочего перемещения в соответствующем цилиндре для управляющего поршня.
[117] Кроме того, поверхности управляющего поршня 531, контактирующие с агентом сгорания, выполнены из отражающего материала, или же снабжены отражающим покрытием, благодаря чему обеспечивается минимизация нагревания управляющего поршня 531 от теплоизлучения. В рассматриваемом иллюстративном варианте осуществления предлагаемого изобретения поверхности каналов 515 и камеры сгорания 510, контактирующие с агентом сгорания, также снабжены покрытием с повышенной спектральной отражательной способностью. Такое решение применено, в частности, к донной стенке (не показана) камеры сгорания, а также к керамической стенке 504 камеры сгорания. Должно быть понятно, что такое решение в отношении поверхностей, контактирующих с агентом сгорания, может быть применено в предлагаемом аксиально-поршневом двигателе независимо от других его признаков. Должно быть понятно, что в альтернативных вариантах осуществления предлагаемого изобретения могут быть выполнены отражающими и поверхности других агрегатов аксиально-поршневого двигателя, или, наоборот, можно обойтись без придания поверхностям отражательной способности, по меньшей мере частично.
[118] Каналы 515 и управляющие поршни 531 могут иметь весьма простую конструкцию, если рассматриваемый аксиально-поршневой двигатель 501 снабжен канальным кольцом 539. В этом случае упомянутое канальное кольцо имеет серединную ось, вокруг которой концентрично расположены, в частности, детали рабочих цилиндров 520 и детали компрессорных цилиндров. Между каждым из рабочих цилиндров 520 и цилиндром управляющего поршня предусмотрен канал 515, при этом каждый канал 515 на расстоянии соединен с вырезом (не обозначен) в донной стенке 548 камеры сгорания 510. При таком решении рабочая среда может выходить из камеры сгорания 510 через каналы 515 в рабочие цилиндры 520 и совершать там работу, в результате чего обеспечивается возможность перемещения компрессорных поршней 550. Должно быть понятно, что в зависимости от конкретного исполнения могут быть предусмотрены также покрытия и вставки с целью обеспечения защиты, в частности, канального кольца 539 или его материала от прямого контакта с агрессивными продуктами сгорания или от действия особо высоких температур. Донная стенка 548 камеры сгорания, в свою очередь, может быть характеризована другим керамическим или металлическим покрытием, в частности, с поверхностью, обладающей отражательной способностью. Такое решение, с одной стороны, позволяет снизить теплоизлучение от камеры сгорания 510 за счет повышенной отражательной способности, а с другой стороны, обеспечивает уменьшение передачи благодаря понижению теплопроводности.
[119] Должно быть понятно, что рассматриваемый аксиально-поршневой двигатель 501 аналогично может быть снабжен, например, по меньшей мере одним резервуаром для агента сгорания и соответствующими клапанами, хотя это и не показано на фиг.5, где иллюстрируется этот вариант осуществления аксиально-поршневого двигателя согласно предлагаемому изобретению. Кроме того, в рассматриваемом аксиально-поршневом двигателе упомянутый резервуар для агента сгорания, с целью обеспечения возможности хранения сжатого агента сгорания под разными давлениями, может быть продублирован. В этом случае два резервуара для агента сгорания могут быть соединены с соответствующими напорными трубопроводами камеры сгорания 510, при этом сообщение резервуаров для агента сгорания с упомянутыми напорными трубопроводами и прекращение их сообщения с этими напорными трубопроводами осуществляется с помощью клапанов. В частности, между рабочими цилиндрами 520 или компрессорными цилиндрами 560 с одной стороны и резервуаром для агента сгорания с другой стороны могут быть предусмотрены запорные клапаны, дроссельные клапаны или регулирующие клапаны. Такие клапаны могли бы, например, надлежащим образом открываться или закрываться при трогании с места или при наборе скорости, а также при запуске двигателя, благодаря чему обеспечивалась бы возможность подачи в камеру сгорания 510 избытка агента сгорания, по меньшей мере, в течение ограниченного отрезка времени. Представляется предпочтительным такое решение, при котором резервуары для агента сгорания сообщены между собой между одним из компрессорных цилиндров и одним из теплообменников. Идеальным представляется такое решение, при котором эти два резервуара для агента сгорания работают под разными давлениями, благодаря чему обеспечивается возможность весьма эффективного использования энергии, производимой рассматриваемым аксиально-поршневым двигателем 501 в виде давления. Для этого верхний предел давления и нижний предел давления в первом резервуаре для агента сгорания могут быть с помощью подходящей системы регулирования давления установлены на более низких уровнях, чем верхние пределы давления и нижние пределы давления во втором резервуаре для агента сгорания. Должно быть понятно, что в этом случае на резервуары для агента сгорания, находящиеся под разными давлениями, должна быть затрачена работа.
[120] На рассмотренных выше прилагаемых чертежах не показана теплоизоляция теплообменников 270, 470 или теплообменника (не показан), примененного в аксиально-поршневом двигателе 501. Для этого вокруг соответствующего теплообменника надлежащим образом укладывается заменитель асбеста, который затем закрепляется кожухом. Благодаря такому решению в рассмотренных выше вариантах осуществления предлагаемого изобретения почти при всех режимах работы вблизи теплообменников обеспечивается температура, не превышающая 450°С.Исключение составляют только состояния перегрузки, которые, однако, не являются долговременными. В этом случае теплоизоляция рассчитана таким образом, чтобы в самом горячем месте теплообменника градиент температуры составлял 350°С.
[121] Аксиально-поршневые двигатели 1101 и 1201, изображенные на фиг.6 и фиг.8, сходны с рассмотренным выше аксиально-поршневым двигателем 501, что позволяет обойтись без объяснения действия и режимов работы этих двигателей. Существенное отличие аксиально-поршневых двигателей 1101, 1201 от аксиально-поршневого двигателя 501 состоит в охлаждении камеры сгорания 1110, 1210, соответственно, которое в случае аксиально-поршневых двигателей 1101, 1201 осуществляется с помощью воды. Для этого аксиально-поршневые двигатели 1101, 1201 снабжены водяными рубашками 1109А, 1209А, соответственно, которые окружают камеры сгорания 1110, 1210, соответственно, и снабжаются водой, находящейся в жидком состоянии, по подающим трубопроводам 1109 В, 1209 В, соответственно. Для этого вода подается по соответствующему подающему трубопроводу 1109 В, 1209 В под давлением камеры сгорания.
[122] Вода подается по ответвляемым каналам 1109С, 1209С к кольцевому каналу 1109D, 1209D, который находится в контакте со стальной трубкой 1108А, 1208А, которая, в свою очередь, окружает профилированную трубку 1108, 1208 соответствующей камеры сгорания 1110, 1210, и размеры которой выбраны таким образом, что в каждом случае остается кольцевой зазор (не показан) как между профилированной трубкой 1108, 1208 и стальной трубкой 1108А, 1208А, так и между стальной трубкой 1108А, 1208А и частью корпуса, снабженной ответвляемыми каналами 1109С, 1209С, и таким образом, что эти два кольцевых зазора соединены между собой тем концом стальной трубки 1108А, 1208А, который обращен наружу от кольцевого канала 1109D, 1209D. Должно быть понятно, что трубки 1108, 1108А, 1208, 1208А могут быть выполнены не из стали, а из другого материала.
[123] Над профилированными трубками 1108, 1208 в случае аксиально-поршневых двигателей 1101, 1201 в каждом случае предусмотрены два других кольцевых канала 1109Е, 1209Е, которые, с одной стороны, соединены радиально с соответствующим внутренним кольцевым зазором и, с другой стороны, через каналы 1109F, 1209F открыты в кольцевой жиклер 1109F, 1209F, который ведет в соответствующую камеру сгорания 1110, 1210. В этом случае упомянутый кольцевой жиклер установлен в осевом направлении по отношению к стенке 1107, 1207 камеры сгорания, так что обеспечивается также возможность водяной защиты боковой стенки 1107, 1207 камеры сгорания.
[124] Должно быть понятно, что на своем пути от подающего трубопровода 1109 В, 1209 В до камеры сгорания 1110, 1210 вода испаряется, и что при необходимости эта вода может содержать добавки. Должно быть понятно также, что, если это целесообразно, вода может подвергаться регенерации из отработанных газов соответствующего аксиально-поршневого двигателя и использоваться повторно. Кроме того, аксиально-поршневой двигатель 1201 снабжен чувствительным элементом температуры 1292А основной камеры сгорания для регулирования работы этого двигателя, а аксиально-поршневой двигатель 1101 снабжен чувствительным элементом температуры 1192 В, предназначенным для измерения температуры воды, для регулирования работы этого двигателя. Чувствительный элемент температуры камеры предварительного сгорания в рассматриваемом варианте осуществления предлагаемого изобретения не показан. Кроме того, в дополнение или в качестве альтернативы аксиально-поршневой двигатель 1101 может быть снабжен другими чувствительными элементами.
Использованные ссылочные обозначения:
201 - аксиально-поршневой двигатель
205 - корпус
210 - камера сгорания
215 - канал
220 - рабочий цилиндр
225 - выпускной канал для отработанных газов
227 - выпускное отверстие
230 - рабочий поршень
235 - шатун
240 - искривленная дорожка
241 - выходной вал
242 - распорка
250 - компрессорный поршень
255 - напорный трубопровод
257 - подающий трубопровод
260 - компрессорный цилиндр
270 - теплообменник
401 - аксиально-поршневой двигатель
405 - корпус
410 - камера сгорания
415 - канал
420 - рабочий цилиндр
425 - выпускной канал для отработанных газов
427 - выпускное отверстие
430 - рабочий поршень
435 - шатун
440 - искривленная дорожка
441 - выходной вал
442 - распорка
450 - компрессорный поршень
455 - напорный трубопровод
456 - кольцевой канал
457 - подающий трубопровод
460 - компрессорный цилиндр
470 - теплообменник
480 - резервуар для агента сгорания
481 - трубопровод для резервуара 485 - клапан
501 - аксиально-поршневой двигатель
502 - главное направление сгорания
503 - ось симметрии
504 - система для подачи воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания
505 - корпус
506 - керамический узел
507 - керамическая стенка камеры сгорания
508 - профилированная стальная трубка
509 - камера воздушного охлаждения
510 - камера сгорания
511 - главный жиклер
512 - обрабатывающий жиклер
513 - конический отсек
514 - цилиндрический отсек
515 - канал
516 - первое направление струи
517 - предварительная горелка
518 - основная горелка
519 - второе направление струи
520 - рабочий цилиндр
521 - подающий трубопровод
522 - второй подающий трубопровод
523 - перфорированное кольцо
524 - система снабжения для камеры воздушного охлаждения
525 - канал для выпуска отработанных газов
526 - пространство сгорания
530 - рабочий поршень
531 - управляющий поршень
532 - крышка управляющего поршня
533 - искривленная дорожка для управляющего поршня
534 - распорка
535 - шатун
536 - ходовые колеса шатунов
537 - носитель искривленной дорожки
538 - система водяного охлаждения
539 - канальное кольцо
540 - искривленная дорожка
541 - выходной вал
543 - ход управляющего поршня
545 - внутренние охладительные каналы
546 - промежуточные охладительные каналы
547 - внешние охладительные каналы
548 - донная стенка камеры сгорания
550 - компрессорный поршень
560 - компрессорный цилиндр
592 - чувствительный элемент температуры, установленный в камере предварительного сгорания
592 - чувствительный элемент температуры отработанных газов
901 - аксиально-поршневой двигатель
912 - обрабатывающий жиклер
927 - камера предварительного сгорания
928 - топливо
929 - воздух, предназначенный для обеспечения процесса сгорания
980 - система обработки топлива
981 - подогреватель топлива
982 - калильная свеча
983 - смесительный трубопровод
984 - соосный воздухопровод для подачи воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания
985 - система впрыска топлива
986 - испаритель
987 - свеча зажигания
988 - система охлаждения
1001 - аксиально-поршневой двигатель
1012 - обрабатывающий жиклер
1027 - камера предварительного сгорания
1080 - система обработки топлива
1081 - подогреватель топлива
1082 - накальные свечи
1083 - смесительный трубопровод
1084 - соосный воздухопровод для подачи воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания
1086 - испаритель
1087 - свеча зажигания
1095 - запорный клапан
1096 - седло клапана
1097 - керамический шарик клапана
1101 - аксиально-поршневой двигатель
1102 - главное направление сгорания
1104 - трубопровод для подачи воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания
1106 - керамический узел
1107 - керамическая стенка камеры сгорания
1108 - профилированная трубка
1108А - стальная трубка
1109А - водяная рубашка
1109В - подающий трубопровод для воды, находящейся в жидком состоянии
1109С - ответвляющийся канал
1109D - кольцевой канал
1109Е - кольцевой канал
1109F - кольцевой жиклер
1109G - кольцевой жиклер
1110 - камера сгорания
1111 - главный жиклер
1112 - обрабатывающий жиклер
1113 - конический отсек
1114 - цилиндрический отсек
1117 - предварительная горелка
1118 - основная горелка
1121 - подающий трубопровод для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания
1123 - перфорированное кольцо
1192 - чувствительный элемент температуры камеры предварительного сгорания
1201 - аксиально-поршневой двигатель
1202 - главное направление сгорания
1206 - керамический узел
1207 - керамическая стенка камеры сгорания
1208 - профилированная трубка
1208А - стальная трубка
1209А - водяная рубашка
1209В - подающий трубопровод для воды, находящейся в жидком состоянии
1209С - ответвляющийся канал
1209D - кольцевой канал
1209Е - кольцевой канал
1209F - кольцевой жиклер
1209G - кольцевой жиклер
1210 - камера сгорания
1211 - главный жиклер
1212 - обрабатывающий жиклер
1213 - конический отсек
1214 - цилиндрический отсек
1217 - предварительная горелка
1218 - основная горелка
1221 - подающий трубопровод для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания
1222 - подающий трубопровод для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания
1223 - перфорированное кольцо
1292А - чувствительный элемент температуры основной камеры сгорания
1192В - чувствительный элемент температуры воды.

Claims (15)

1. Аксиально-поршневой двигатель, содержащий по меньшей мере один рабочий цилиндр, питание которого осуществлено от непрерывно работающей камеры сгорания, характеризующийся тем, что камера сгорания имеет два входа для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, выполненные с возможностью подачи воздуха с разными температурами.
2. Аксиально-поршневой двигатель по п. 1, характеризующийся тем, что питание первого входа для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, осуществлено перед теплообменником, а питание второго входа для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, осуществляется за этим или другим теплообменником.
3. Аксиально-поршневой двигатель по любому из пп. 1 или 2, характеризующийся тем, что с помощью упомянутых двух входов для воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, осуществлено регулирование доли воздуха, предназначенного для обеспечения процесса сгорания, (λ).
4. Аксиально-поршневой двигатель, содержащий по меньшей мере один рабочий цилиндр, питание которого осуществлено от непрерывно работающей камеры сгорания, и имеющий выходное отверстие для отработанных газов, характеризующийся тем, что он снабжен чувствительным элементом температуры камеры сгорания, предназначенным для определения температуры в камере сгорания.
5. Аксиально-поршневой двигатель по п. 4, выполненный с возможностью измерения температуры пламени в камере сгорания с помощью упомянутого чувствительного элемента температуры камеры сгорания.
6. Аксиально-поршневой двигатель по любому из пп. 4 или 5, снабженный системой регулирования работы камеры сгорания, содержащей чувствительный элемент температуры камеры сгорания в качестве входного чувствительного элемента и выполненной с возможностью регулирования работы камеры сгорания таким образом, что температура камеры сгорания находится в диапазоне от 1000°С до 1500°С.
7. Аксиально-поршневой двигатель по любому из п. 4 или 5, снабженный чувствительным элементом температуры отработанных газов, предназначенным для определения температуры отработанных газов.
8. Аксиально-поршневой двигатель по п. 6, характеризующийся тем, что он содержит чувствительный элемент температуры отработанных газов для определения температуры отработанных газов.
9. Аксиально-поршневой двигатель по п. 7, характеризующийся тем, что упомянутая система регулирования работы камеры сгорания содержит чувствительный элемент температуры отработанных газов в качестве входного чувствительного элемента и выполнена с возможностью регулирования работы камеры сгорания таким образом, что в рабочем состоянии температура выхлопного газа находится в диапазоне от 850°С до 1200°С.
10. Аксиально-поршневой двигатель по п. 9, характеризующийся тем, что упомянутое рабочее состояние является холостым ходом.
11. Аксиально-поршневой двигатель по п. 9, характеризующийся тем, что упомянутая система регулирования работы камеры сгорания содержит чувствительный элемент температуры отработанных газов в качестве входного чувствительного элемента и выполнена с возможностью регулирования работы камеры сгорания таким образом, что в рабочем состоянии температура выхлопного газа находится в диапазоне от 850°С до 1200°С.
12. Аксиально-поршневой двигатель по п. 11, характеризующийся тем, что упомянутое рабочее состояние является холостым ходом.
13. Аксиально-поршневой двигатель по п. 6, характеризующийся тем, что упомянутый чувствительный элемент температуры камеры сгорания является чувствительным элементом температуры камеры предварительного сгорания.
14. Аксиально-поршневой двигатель по любому из пп. 4, 5 или 8-12, характеризующийся тем, что чувствительный элемент температуры камеры сгорания является чувствительным элементом температуры камеры предварительного сгорания.
15. Аксиально-поршневой двигатель по п. 7, характеризующийся тем, что чувствительный элемент температуры камеры сгорания является чувствительным элементом температуры камеры предварительного сгорания.
RU2012101663/06A 2009-07-24 2010-07-26 Аксиально-поршневой двигатель и способ работы аксиально-поршневого двигателя RU2548839C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009034717.8 2009-07-24
DE102009034717 2009-07-24
PCT/DE2010/000875 WO2011009452A2 (de) 2009-07-24 2010-07-26 Axialkolbenmotor sowie verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012101663A RU2012101663A (ru) 2013-08-27
RU2548839C2 true RU2548839C2 (ru) 2015-04-20

Family

ID=43447801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012101663/06A RU2548839C2 (ru) 2009-07-24 2010-07-26 Аксиально-поршневой двигатель и способ работы аксиально-поршневого двигателя

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9188000B2 (ru)
DE (1) DE112010003067A5 (ru)
RU (1) RU2548839C2 (ru)
WO (1) WO2011009452A2 (ru)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011009452A2 (de) * 2009-07-24 2011-01-27 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor sowie verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors
WO2011009454A2 (de) * 2009-07-24 2011-01-27 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor, verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors sowie verfahren zur herstellung eines wärmeübertragers eines axialkolbenmotors
JP5896163B2 (ja) * 2009-07-24 2016-03-30 ゲタス ゲゼルシャフト フル サーモダイナミシェ アントリーブッシステメ エムベーハー 軸方向ピストンエンジン
DE102015118239A1 (de) * 2015-10-26 2017-04-27 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor und Verfahren zum Betrieb eines Axialkolbenmotors
WO2020007419A1 (de) * 2018-07-04 2020-01-09 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor
US11753988B2 (en) 2018-11-30 2023-09-12 David L. Stenz Internal combustion engine configured for use with solid or slow burning fuels, and methods of operating or implementing same

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3088276A (en) * 1959-08-31 1963-05-07 Hudson Perry David Combustion products pressure generator
US3651641A (en) * 1969-03-18 1972-03-28 Ginter Corp Engine system and thermogenerator therefor
US3687117A (en) * 1970-08-07 1972-08-29 Viktor Mitrushi Panariti Combustion power engine
RU2001293C1 (ru) * 1989-08-01 1993-10-15 Vlasov Aleksandr N Комбинированный двухтактный двигатель внутреннего сгорани
US5507142A (en) * 1995-03-24 1996-04-16 Wintonyk; James D. Hybrid steam engine
RU2126895C1 (ru) * 1997-12-29 1999-02-27 Дубов Юрий Николаевич Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания
WO2009062473A2 (de) * 2007-11-12 2009-05-22 Ulrich Rohs Axialkolbenmotor und verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US972504A (en) 1908-03-23 1910-10-11 Walter F Brown Continuous-combustion heat-engine.
GB147348A (en) * 1919-07-14 1920-07-22 William Clark Improvements in and relating to the generation of combustion products for power purposes
GB476195A (en) * 1935-08-13 1937-12-03 Andrew Burt Gomory Method and device for continuously generating motive fluid and supplying the same to combustion fuel turbines and the like
US2500925A (en) * 1943-03-13 1950-03-21 Claude A Bonvillian Apparatus for the combustion of fuel
JPS5925871B2 (ja) * 1977-02-21 1984-06-21 株式会社豊田中央研究所 定常燃焼機関
US5617719A (en) 1992-10-27 1997-04-08 Ginter; J. Lyell Vapor-air steam engine
DE19628960B4 (de) * 1996-07-18 2005-06-02 Alstom Technology Ltd Temperaturmeßvorrichtung
US6092365A (en) * 1998-02-23 2000-07-25 Leidel; James A. Heat engine
DE19909689B4 (de) * 1999-03-05 2009-07-23 Rohs, Ulrich, Dr.-Ing. Kolbenmotor mit kontinuierlicher Verbrennung
WO2011009454A2 (de) * 2009-07-24 2011-01-27 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor, verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors sowie verfahren zur herstellung eines wärmeübertragers eines axialkolbenmotors
WO2011009452A2 (de) * 2009-07-24 2011-01-27 GETAS GESELLSCHAFT FüR THERMODYNAMISCHE ANTRIEBSSYSTEME MBH Axialkolbenmotor sowie verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors
JP5896163B2 (ja) * 2009-07-24 2016-03-30 ゲタス ゲゼルシャフト フル サーモダイナミシェ アントリーブッシステメ エムベーハー 軸方向ピストンエンジン

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3088276A (en) * 1959-08-31 1963-05-07 Hudson Perry David Combustion products pressure generator
US3651641A (en) * 1969-03-18 1972-03-28 Ginter Corp Engine system and thermogenerator therefor
US3687117A (en) * 1970-08-07 1972-08-29 Viktor Mitrushi Panariti Combustion power engine
RU2001293C1 (ru) * 1989-08-01 1993-10-15 Vlasov Aleksandr N Комбинированный двухтактный двигатель внутреннего сгорани
US5507142A (en) * 1995-03-24 1996-04-16 Wintonyk; James D. Hybrid steam engine
RU2126895C1 (ru) * 1997-12-29 1999-02-27 Дубов Юрий Николаевич Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания
WO2009062473A2 (de) * 2007-11-12 2009-05-22 Ulrich Rohs Axialkolbenmotor und verfahren zum betrieb eines axialkolbenmotors

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011009452A3 (de) 2011-04-14
WO2011009452A2 (de) 2011-01-27
US20120118250A1 (en) 2012-05-17
US9188000B2 (en) 2015-11-17
DE112010003067A5 (de) 2012-10-25
RU2012101663A (ru) 2013-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2548839C2 (ru) Аксиально-поршневой двигатель и способ работы аксиально-поршневого двигателя
JP5768984B2 (ja) 軸方向ピストンエンジン
EP3260780B1 (en) Gas turbine with a combustor having a fuel injector with heat pipe cooling
US6919055B2 (en) Hydrogen supply device
JP6172523B2 (ja) アキシャルピストンエンジンならびにアキシャルピストンエンジンの作動方法
KR970706452A (ko) 불꽃 점화식 디젤연료 피스톤엔진의 한냉시동의 용이성 및 운전을 위한 차지조절 시스템(charge conditioning system for enabling cold starting and running of spark-ignited, diesel fueled piston engines)
BRPI0616390A2 (pt) sistema para preparação de um combustìvel para combustão
BR102013004382A2 (pt) Sistema de gerenciamento térmico da alimentação de combustível em mototres de combustão interna
US20130276448A1 (en) Vaporization Apparatus
GB2485761A (en) Micro combined heat and power unit and fuel burner with heat exchange systems
JPS6275069A (ja) 暖機装置
CN110318852A (zh) 具有用于回收废热的系统的车辆
CN107740726A (zh) 一种利用转子发动机缸壁余热的燃油预热系统
JP5742062B2 (ja) アキシャルピストンエンジン、アキシャルピストンエンジンの作動方法、およびアキシャルピストンエンジンの熱交換器を製作する方法
US10119398B2 (en) Axial-piston engine, method for operating an axial-piston engine, and method for producing a heat exchanger of an axial-piston engine
KR102088950B1 (ko) 배기열을 이용한 액화천연가스 연소장치
CN206903784U (zh) 柴油设备环保节能工作系统
WO2012056190A1 (en) Micro combined heat and power unit
US20070137206A1 (en) Gas turbine combustion chamber
RU2772515C1 (ru) Способ пуска газотурбинного двигателя на криогенном топливе
KR200177775Y1 (ko) 액체연료와 물로 가열되는 가정용 난방설비
JP2001116197A (ja) 液化ガス蒸発装置
KR200176905Y1 (ko) 액체연료와 물로 가열되는 열풍기
JP2023016345A (ja) ガスタービン
RU2093692C1 (ru) Способ увеличения коэффициента полезного действия двигателей внутреннего сгорания и снижения вредных выбросов в атмосферу и устройство для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200727