SK9289Y1 - Piston valve engine with external heating - Google Patents
Piston valve engine with external heating Download PDFInfo
- Publication number
- SK9289Y1 SK9289Y1 SK152021U SK152021U SK9289Y1 SK 9289 Y1 SK9289 Y1 SK 9289Y1 SK 152021 U SK152021 U SK 152021U SK 152021 U SK152021 U SK 152021U SK 9289 Y1 SK9289 Y1 SK 9289Y1
- Authority
- SK
- Slovakia
- Prior art keywords
- engine
- piston
- cylinder
- gas
- working
- Prior art date
Links
Landscapes
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Description
SK 9289 Υ1SK 9289 Υ1
Oblasť technikyTechnical field
Technické riešenie nového piestovo ventilovaného motora s vonkajším ohrevom patrí do oblasti dvojtaktných motorov pracujúcich na termodynamickom princípe, s jedným pracovným a jedným nepracovným zdvihom, s vonkajším ohrevom valca z vonkajšieho zdroja tepla zabezpečujúceho ohrievame pracovnej plynnej látky (ďalej plyn) vo valci motora počas jeho pracovnej činnosti. Nedeliteľnou súčasťou riešenia nového piestovo ventilovaného motora je aj riešenie funkčne nadväzného uzavretého termodynamického okruhu, ktorého je motor hlavnou súčasťou. Na vlastnosti nosného pracovného média, prúdiaceho v uzavretom termodynamickom okmhu počas činnosti motora, vo všeobecnosti nie sú kladené vysoké požiadavky. Na prácu motora môže byť ako plyn použitý tiež aj vzduch alebo iná vhodná plynná látka s požadovanými stabilnými fýzikálnymi a chemickými vlastnosťami v rozsahu pracovných teplôt motora; najmä dobrej tepelnej rozťažnosti a chemickej neagresívnosti. Podstata pracovnej činnosti motora spočíva v tom, že tepelná energia ohriateho plynu vo valci, prijímaná od vnútornej steny zvonku ohrievaného valca, sa mení počas pracovného zdvihu motora na mechanickú prácu piesta, najčastejšie prenášanú cez kľukový mechanizmus na vonkajší pohon pripojených zariadení. Z tohto pohľadu pracuje ako Stirlingov motor. Vzhľadom na možnosti využitia rôznych ekologických zdrojov energie, prípadne tiež napr. odpadového tepla z rôznych druhov prevádzok na zabezpečenie tepelnej energie na ohrev valca motora, pri prakticky jeho bezodpadovej prevádzke, je možné navrhované riešenie zaradiť k ekologickým strojovým pohonom.The technical solution of the new piston-ventilated engine with external heating belongs to the area of two-stroke engines operating on the thermodynamic principle, with one working and one non-working stroke, with external heating of the cylinder from an external heat source ensuring heating of working gaseous substance (gas) in activities. An integral part of the solution of the new piston-ventilated engine is also the solution of a functionally connected closed thermodynamic circuit, of which the engine is the main part. The properties of the carrier working medium flowing in a closed thermodynamic moment during engine operation are generally not subject to high requirements. Air or other suitable gaseous substance with the required stable physical and chemical properties in the range of engine operating temperatures may also be used as the gas for engine operation; in particular good thermal expansion and chemical non-aggressiveness. The essence of the engine's operation is that the thermal energy of the heated gas in the cylinder, received from the inner wall from the outside of the heated cylinder, changes during the engine's working stroke to mechanical piston work, most often transmitted through the crank mechanism to the external drive of connected equipment. From this point of view, it works like a Stirling engine. Due to the possibility of using various ecological energy sources, or also e.g. waste heat from various types of operations to provide thermal energy for heating the engine cylinder, in virtually its waste-free operation, it is possible to classify the proposed solution to ecological machine drives.
Doterajší stav technikyPrior art
V súčasnosti nie je známe riešenie piestneho motora s vonkajším ohrevom pracovného valca pracujúceho v systéme uzavretého termodynamického okmhu, v ktorom počas pracovnej činnosti motora v ustálenom režime stále prúdi plyn, ktorý je v motore ventilovaný cez teleso pohybujúceho sa piesta utesneného proti stene valca. Známe riešenia motorov s vonkajším ohrevom sú v súčasnosti najčastejšie riešené na princípe Stirlingovho motora s uzavretým termodynamickým systémom. Tieto dvojtaktné motory sú, vzhľadom na cyklické spätné prúdenie plynu na účely jeho ochladzovania v uzavretom termodynamickom systéme, principiálne riešené v podstate v dvoch variantných okruhoch riešenia:At present, there is no known solution for a piston engine with external heating of a working cylinder operating in a closed thermodynamic moment system, in which gas is still flowing in the engine during steady state operation through a body of a moving piston sealed against the cylinder wall. Known solutions for motors with external heating are currently most often solved on the principle of a Stirling engine with a closed thermodynamic system. Due to the cyclic backflow of gas for the purpose of its cooling in a closed thermodynamic system, these two-stroke engines are basically solved in basically in two variant circuits:
Prvý variantný okruh predstavuje okruh riešení motorov, pri ktorých ohriaty plyn, počas cyklicky opakujúceho sa pohybu piesta medzi dolným a horným úvratom, vždy pri spätnom, nepracovnom pohybe piesta, prúdi vo valci cez obvodovú medzeru medzi stenou valca a obvodom piesta z priestoru pod piestom nad piest, kde je ochladzovaný a následne spätne pri pracovnom pohybe piesta prúdi už ako ochladený cez tú istú obvodovú medzeru z priestoru nad piestom do priestoru pod piest, kde je zase ohrievaný na účely vykonania ďalšieho pracovného zdvihu. Motor tak okrem svojej hlavnej pracovnej činnosti vykonáva aj funkciu pumpy zabezpečujúcej pumpovanie ohriateho a ochladeného plynu z priestoru pod piestom do priestoru nad piest a naopak. Pri pumpovaní plynu cez obvodovú medzeru medzi piestom a valcom dochádza do určitej miery k zmiešavaniu ohriateho plynu s ochladeným plynom. Keďže účinnosť a výkon motorov pracujúcich na termodynamickom princípe závisí od dosahovania maximálnych tlakov na dno piesta počas jeho pracovného zdvihu, spôsobených rozpínavosťou pracovného plynu vo valci pri jeho ohriatí z teploty po ochladení ti na teplotu t2, je zrejmé, že na dosiahnutie požadovaného teplotného rozdielu ΔΙ = t2 - ti, pri tomto spôsobe výmeny ohriateho plynu za ochladený, je potrebné priebežne dodávať viac tepelnej energie na ohrev valca motora ako v prípade, keby k zmiešavaniu nedochádzalo. Zároveň s tým, pri určovaní energetickej náročnosti a výkonu motora riešenom na tomto princípe, je nutné brať taktiež do úvahy tlakové straty počas jeho prevádzky vznikajúce vplyvom medzery medzi valcom a piestom. Uvedené aspekty rozhodujúcim spôsobom ovplyvňujú výslednú hodnotu účinnosti motora.The first variant circuit is an engine solution circuit in which the heated gas, during the cyclically repetitive movement of the piston between the lower and upper dead center, always during the return, non-working movement of the piston, flows in the cylinder through the circumferential gap between the cylinder wall and the piston circumference from the space below the piston above the piston, where it is cooled and subsequently backwards during the working movement of the piston, flows already cooled through the same circumferential gap from the space above the piston to the space below the piston, where it is heated again for the purpose of performing the next working stroke. Thus, in addition to its main operating activity, the engine also performs the function of a pump ensuring the pumping of heated and cooled gas from the space under the piston to the space above the piston and vice versa. When pumping gas through the circumferential gap between the piston and the cylinder, the heated gas is mixed to some extent with the cooled gas. Since the efficiency and power of engines operating on the thermodynamic principle depend on reaching the maximum pressures on the bottom of the piston during its working stroke, caused by the expansion of the working gas in the cylinder when it is heated from the temperature after cooling ti to t 2 , ΔΙ = t 2 - ti, in this method of exchanging the heated gas for the cooled one, it is necessary to continuously supply more thermal energy to heat the engine cylinder than in the case of no mixing. At the same time, when determining the energy intensity and power of the engine addressed on this principle, it is also necessary to take into account the pressure losses during its operation due to the gap between the cylinder and the piston. These aspects have a decisive influence on the final value of the engine efficiency.
Druhý variantný okruh v súčasnosti predstavuje okmh riešení motorov s uzavretým termodynamickým systémom, pri ktorom piest motora, na rozdiel od 1. variantného okmhu riešenia, je utesnený vnútri valca, v ktorom vykonáva svoju činnosť. Motor pracuje na analogickom princípe vonkajšieho ohrevu valca, ako je to opísané v 1. variantnom riešení. Počas pracovnej činnosti motora je ohriaty plyn v tomto prípade riešenia po vykonaní pracovného zdvihu vytláčaný piestom motora v druhom spätnom nepracovnom takte späť z priestoru valca, pričom je zároveň kontinuálne nasávaný v danom objeme druhým pomocným synchrónne pracujúcim piestnym valcom s valcom motora cez spojovacie potmbie do svojho priestoru valca. Pri tomto nepracovnom spätnom zdvihu motora je tento ohriaty plyn pracovného valca ochladzovaný v chladiči, ktorý je buď súčasťou pomocného valca, alebo spájajúceho potmbia. Pri riešení týchto motorov je taktiež problematické zabezpečiť ochladenie celého odsávaného objemu ohriateho plynu z pracovného valca motora. Časť objemu ohriateho plynu nutne zostáva v časti spojovacieho potrubia medzi pracovným a pomocným valcom. Pri spätnom pohybe piesta pomocného valca, pri ktorom je ochladený plyn vytláčaný a zároveň nasávaný do pracovného valca pri pracovnom zdvihu piesta motora, sa táto časť ohriateho objemu stále zmiešava s ochladeným plynom, a tým úmerne zvyšuje teplotu ochladeného plynu vstupujúceho do pracovného valca.The second variant circuit currently represents the moment of the solution of engines with a closed thermodynamic system, in which the engine piston, in contrast to the 1st variant moment of the solution, is sealed inside the cylinder in which it performs its activity. The engine works on the analogous principle of external heating of the cylinder, as described in the 1st variant solution. During the operation of the engine, the heated gas in this case of the solution is pushed back from the cylinder space in the second non-operating stroke by the engine piston after performing the working stroke, while being continuously sucked in a given volume by the second auxiliary piston cylinder with the engine cylinder cylinder space. During this non-working return stroke of the engine, this heated gas of the working cylinder is cooled in a cooler which is either part of the auxiliary cylinder or of the connecting seal. When solving these motors, it is also problematic to ensure cooling of the entire exhaust volume of heated gas from the working cylinder of the motor. Part of the volume of the heated gas necessarily remains in the part of the connecting pipe between the working and auxiliary cylinders. During the return movement of the auxiliary cylinder piston, in which the cooled gas is expelled and at the same time sucked into the working cylinder during the working stroke of the engine piston, this part of the heated volume is constantly mixed with the cooled gas, thus increasing the temperature of the cooled gas entering the working cylinder.
SK 9289 Υ1SK 9289 Υ1
Je potrebné zobrať tiež do úvahy, že v priestore hlavovej vôle pracovného valca, medzi piestom v hornom úvrate a dnom valca, stále ostáva príslušný objem ohriateho plynu po jeho vytlačení z valca, ktoiý taktiež úmerne zvyšuje teplotu ochladeného plynu pred pracovným zdvihom piesta. Keďže účinnosť a výkon týchto motorov, podobne ako v 1. variantnom okruhu, závisí od teplotného rozdielu At = t2 - ť, je potrebné tieto skutočnosti tykajúce sa energetickej náročnosti taktiež zobrať do úvahy pri ich návrhu. Eliminácia opísaných nevýhod v 1. a v 2. alternatíve je súčasťou navrhovaného riešenia úžitkového vzoru.It must also be taken into account that in the space of the head clearance of the working cylinder, between the piston at the top dead center and the bottom of the cylinder, there still remains a corresponding volume of heated gas after it is expelled from the cylinder, which also proportionally increases the temperature of the cooled gas before the working stroke. Since the efficiency and performance of these motors, as in the 1st variant circuit, depend on the temperature difference At = t 2 - ť, these facts concerning energy intensity must also be taken into account in their design. Elimination of the disadvantages described in the 1st and 2nd alternative is a part of the proposed solution of the utility model.
Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution
Podstata technického riešenia spočíva v novom riešení motora s ventiláciou plynu cez teleso piesta motora počas jeho pracovnej činnosti a v nutnej súčinnosti s tým tiež v novom systémovom riešení uzavretého termodynamického okruhu motora tvoreného účelovým prepojením chladiacej časti okruhu s valcom motora v oblasti dna a jeho hornej časti. Valec motora je ohrievaný zvonku vonkajším zdrojom tepla. Navrhovaný motor je dvojtaktný s jedným pracovným zdvihom - 1. takt a jedným nepracovným, spätným zdvihom - 2. takt. Cieľom tohto riešenia je snaha o zvýšenie účinnosti a zlepšenie technických vlastností motora oproti známym riešeniam motorov na termodynamickom princípe opísanom v doterajšom stave techniky. Princíp riešenia ventilácie v motore spočíva v osadení ventilov do telesa piesta, utesneného proti stene valca, ktoré v synchrónnej činnosti s pracovnou činnosťou motora, odvodenej najčastejšie od otáčok kľukového hriadeľa, sú zatvorené počas celého trvania pracovného zdvihu piesta z dôvodu uzavretia pracovného priestoru vo valci na účely ohriatia a expanzie plynu a následne sú otvorené počas celého trvania nepracovného, spätného zdvihu na účely ventilácie ohriateho plynu z pracovného priestoru pod piestom do priestoru valca nad piest. Pracovnú činnosť v rámci celého systému termodynamického okruhu, ktorého je motor hlavnou súčasťou, je možné opísať takto: Pred začiatkom pracovnej činnosti motora je potrebné ohriať valec motora z vonkajšieho zdroja tepla na požadovanú prevádzkovú teplotu tv, ktorá musí byť vonkajším zdrojom udržiavaná na tejto hodnote počas celej prevádzky motora. Oblasť vonkajšieho ohrevu valca je obvykle limitovaná výškou pracovného zdvihu piesta motora. Vonkajší ohrev plášťa valca, z pohľadu požiadaviek na intenzitu ohrevu plynu vo valci počas pracovnej činnosti motora, je často spojený aj vonkajším ohrevom dna valca. Pred začiatkom pracovnej činnosti motora, a tým aj celého termodynamického okruhu, musí byť celý uzavretý potmbný termodynamický okruhový systém včítane priestoru valca pod piestom a nad piestom vyplnený plynom, najčastejšie s pracovným tlakom rovnajúcim sa atmosférickému tlaku, resp. o iných parametroch, podľa konkrétnych požiadaviek kladených na činnosť celého navrhovaného termodynamického okruhu. Plyn prúdiaci termodynamickým okmhom počas celej činnosti motora nie je z termodynamického okruhu ventilovaný mimo neho a nie je ani doň dodávaný.The essence of the technical solution lies in a new solution of the engine with gas ventilation through the piston body during its working activity and in the necessary cooperation with it also in a new system solution of a closed thermodynamic engine circuit formed by purposefully connecting the cooling part of the circuit with the engine cylinder in the bottom and its upper part. The engine cylinder is heated from the outside by an external heat source. The proposed engine is two-stroke with one working stroke - 1st stroke and one non-working, reverse stroke - 2nd stroke. The aim of this solution is to increase the efficiency and improve the technical properties of the engine compared to known engine solutions based on the thermodynamic principle described in the prior art. The principle of the engine ventilation solution consists in fitting the valves to the piston body, sealed against the cylinder wall, which in synchronous operation with the engine operation, most often derived from crankshaft speed, are closed during the entire working stroke of the piston due to closing the working space in the cylinder. for the purpose of heating and expanding the gas and subsequently open for the entire duration of the non-working, return stroke for the purpose of venting the heated gas from the working space under the piston to the space of the cylinder above the piston. The operation of the whole thermodynamic circuit system, of which the engine is the main part, can be described as follows: Before starting the operation of the engine, the engine cylinder must be heated from an external heat source to the required operating temperature t v , which must be maintained at this value by an external source. during the whole operation of the engine. The area of external heating of the cylinder is usually limited by the height of the working stroke of the engine piston. The external heating of the cylinder shell, from the point of view of the requirements for the heating intensity of the gas in the cylinder during the operation of the engine, is often also connected by the external heating of the cylinder bottom. Before starting the engine, and thus the entire thermodynamic circuit, the entire closed thermodynamic circuit system, including the cylinder space below and above the piston, must be filled with gas, most often with a working pressure equal to atmospheric pressure, resp. on other parameters, according to specific requirements for the operation of the entire proposed thermodynamic circuit. The gas flowing through the thermodynamic circuit during the entire operation of the engine is not ventilated outside the thermodynamic circuit and is not supplied to it.
Rozbeh motora je vykonávaný pomocou vonkajšieho zdroja pohybu, ktoiým sa roztáča kľukový hriadeľ s ojnicou pohybujúcou piestom motora. Pri rozbehu motora počas jeho prvého pracovného zdvihu - 1. taktu, z horného do dolného úvratu, pri ktorom sú ventily v telese piesta zatvorené, sa plyn prítomný vo valci s počiatočnou teplotou t ohrieva od vnútorných stien valca motora na predpísanú teplotu t2, čo zároveň spôsobuje jeho rozpíname a vyvodzovanie požadovaného tlaku na dno piesta. Počas následného druhého nepracovného zdvihu piesta - 2. taktu (ako už bolo uvedené) z dolného do horného úvratu, keď sú ventily v telese piesta otvorené, je ohriaty plyn ventilovaný z priestoru valca pod piestom do priestoru valca nad piest. Pri každom ďalšom pracovnom cykle motora, počas ktorého sa opísaný termodynamický proces vo valci opakuje, je ohriaty plyn nachádzajúci sa nad piestom vždy opačnou stranou piesta nútene vytláčaný, resp. pumpovaný do otvoreného hrdla potrubia termodynamického okruhu na nútenú cirkuláciu cez jeho chladiaci systém, pri ktorom sa ochladí na teplotu ti, z ktorého ďalej kontinuálne prúdi späť pod piest do konštrukčne zvolenej oblasti dna valca motora, práve vykonávajúceho pracovný zdvih. Čiže pri každej dráhe piesta z horného do dolného úvratu - 1. takt, piest súčasne vykonáva dve činnosti: hlavnú pracovnú činnosť spočívajúcu v prenášam pohybu a axiálnej sily piesta na kľukový hriadeľ a činnosť vytláčania, resp. pumpovania ohriateho plynu z priestoru valca nad piestom do potrubného systému termodynamického okruhu.The engine is started by means of an external source of motion, which rotates the crankshaft with the connecting rod moving the engine piston. When the engine starts during its first working stroke - 1st stroke, from top to bottom dead center, at which the valves in the piston body are closed, the gas present in the cylinder with initial temperature t is heated from the inner walls of the engine cylinder to the prescribed temperature t 2 , which at the same time it causes it to expand and exert the required pressure on the bottom of the piston. During the subsequent second non-working stroke of the piston - 2nd stroke (as already mentioned) from bottom to top dead center, when the valves in the piston body are open, the heated gas is vented from the cylinder space below the piston to the cylinder space above the piston. During each further operating cycle of the engine, during which the described thermodynamic process in the cylinder is repeated, the heated gas located above the piston is always forced out by the opposite side of the piston, resp. pumped into the open neck of the thermodynamic circuit pipe for forced circulation through its cooling system, during which it is cooled to a temperature ti, from which it continuously flows back under the piston into a structurally selected area of the engine cylinder bottom performing the working stroke. Thus, in each path of the piston from the top to the bottom dead center - 1st stroke, the piston simultaneously performs two activities: the main work activity consisting in transmitting the movement and axial force of the piston to the crankshaft and the action of extrusion, resp. pumping heated gas from the cylinder space above the piston to the thermodynamic circuit piping system.
Na ovládame ventilov môžu byť aplikované rôzne technické riešenia. Predpokladané najčastejšie riešenie je priamy spôsob ovládania, ktoré môže byť realizované napr. pomocou vačkového mechanizmu s vačkami umiestnenými vhodne na kľukovom hriadeli, ktoiých geometrický tvar a rozmery musia v tomto prípade spĺňať požiadavku na správnu funkciu ventilácie pri rešpektovaní zdvihu piesta v pracovnom cykle motora. Princíp riešenia piestnej ventilácie dovoľuje vhodne aplikovať ventilovú techniku riešenú aj na iných technickotechnologických princípoch, ovládanú buď priamo, alebo nepriamo v závislosti od otáčania kľukového hriadeľa, resp. pohybu piesta. Nutne však musí byť splnená požiadavka ich spoľahlivej funkcie a činnosti v synchronizácii s činnosťou motora.Various technical solutions can be applied to the valve control. The assumed most common solution is a direct method of control, which can be implemented e.g. by means of a cam mechanism with cams suitably located on the crankshaft, the geometric shape and dimensions of which must in this case satisfy the requirement for proper ventilation function while respecting the piston stroke in the engine operating cycle. The principle of the solution of piston ventilation allows to suitably apply the valve technique solved also on other technical-technological principles, controlled either directly or indirectly depending on the rotation of the crankshaft, resp. piston movement. However, the requirement of their reliable function and operation in synchronization with the operation of the engine must be met.
Chladenie a prúdenie plynu v termodynamickom okruhu, z pohľadu požiadavky postačujúcej technickej úrovne riešenia, je principiálne navrhnuté v dvoch alternatívach.Cooling and gas flow in a thermodynamic circuit, from the point of view of the requirement of a sufficient technical level of the solution, is in principle designed in two alternatives.
SK 9289 Υ1SK 9289 Υ1
Prvá alternatíva predstavuje riešenie, pri ktorom je do chladiacej časti termodynamickom okruhu zaradená iba chladiace jednotka, v ktorej je cez ňu prúdiaci plyn ochladzovaný na teplom ti požadovanú na vstup do valca motora. Určitou nevýhodou tohto riešenia je zmiešavame zvyškového objemu ohriateho plynu z oblasti hlavovej vôle pracovného valca a časti vstupného hrdla chladiaceho okruhu do valca po každom nepracovnom zdvihu s pritekajúcim ochladeným plynom do priestoru valca pod piest. Oproti riešeniam motorov uvedených v 1. variantnom okmhu v doterajšom stave techniky, má toto riešenie výhodu v práci motora s utesneným piestom a v relatívne v menšom percente objemu zmiešavania sa ohriateho a ochladeného plynu počas pracovného zdvihu. Oproti uvedeným riešeniam v 2. variantnom okruhu motorov, má toto riešenie hlavnú výhodu najmä v tom, že na činnosť motora odpadá potreba ďalšieho piestneho pomocného valca. Druhá alternatíva riešenia termodynamického okruhu má chladiacu jednotku v smere prúdenia plynu prepojenú s vhodne zvolenou, resp. navrhnutou ventilačnou jednotkou, vháňajúcou ochladený plyn cez potrubie do valca motora. Pri tomto riešení nedochádza k zmiešavaniu teplého a ochladeného plynu pred vstupom do valca, nakoľko ventilačnou jednotkou stále vháňaný plyn do valca vypláchne pri spätnom pohybe piesta (s otvorenými ventilmi) všetok ohriaty plyn z pracovného priestoru valca nad piest.The first alternative is a solution in which only a cooling unit is included in the cooling part of the thermodynamic circuit, in which the gas flowing through it is cooled to the heat required to enter the cylinder of the engine. A certain disadvantage of this solution is the mixing of the residual volume of heated gas from the head clearance area of the working cylinder and part of the cooling circuit inlet to the cylinder after each non-working stroke with the cooled gas flowing into the cylinder space under the piston. In contrast to the engine solutions mentioned in variant 1 of the prior art, this solution has the advantage of operating the engine with a sealed piston and in a relatively smaller percentage of the volume of mixing of the heated and cooled gas during the working stroke. Compared to the above solutions in the 2nd variant circuit of engines, this solution has the main advantage especially in that the need for an additional piston auxiliary cylinder is eliminated for the operation of the engine. The second alternative solution of the thermodynamic circuit has a cooling unit in the direction of gas flow connected to a suitably selected, resp. designed ventilation unit, blowing cooled gas through the pipe into the engine cylinder. This solution does not mix hot and cooled gas before entering the cylinder, as the gas constantly injected by the ventilation unit into the cylinder flushes all the heated gas from the working space of the cylinder above the piston when the piston moves backwards (with the valves open).
Ak bude do termodynamického okruhu zaradená ventilačná jednotka výkonovo ovládateľná, potom je reálny predpoklad, že jej prostredníctvom bude možné optimalizovať ako aj regulovať lýchlosť a objem prúdenia pracovného plynu, a tým zároveň regulovať otáčky a výkon motora v danom rozsahu. Čo oproti súčasným motorom s konštantnými, resp. s iba obtiažne regulovateľnými otáčkami a výkonom, opísaným v predchádzajúcej kapitole, predstavuje zvýhodnené riešenie.If a power-controllable ventilation unit is included in the thermodynamic circuit, then there is a realistic assumption that it will be possible to optimize and regulate the speed and volume of the working gas flow, and thus regulate engine speed and power in a given range. What compared to current engines with constant, resp. with only the difficult-to-regulate speed and power described in the previous chapter, represents an advantageous solution.
V prípade osobitných požiadaviek na optimalizáciu, resp. reguláciu prúdenia plynu v termodynamickom okruhu je možné, tak v prvej, ako aj v dmhej alternatíve, uvažovať tiež napr. aj o vhodnom zaradení účelovo navrhnutého vzdušníka pred alebo za chladiacu jednotku s požiadavkou alebo bez požiadavky, napr. na zvyšovanie tlaku prúdiaceho pracovného plynu. Prípadne je možné aplikovať aj iné vhodné pneumatické prvky do termodynamického okruhu.In the case of special requirements for optimization, resp. regulation of the gas flow in the thermodynamic circuit is possible, both in the first and in the second alternative, also consider e.g. also about the suitable placement of the purposefully designed air vent in front of or behind the refrigeration unit with or without requirement, e.g. to increase the pressure of the flowing working gas. Alternatively, other suitable pneumatic elements can be applied to the thermodynamic circuit.
Prehľad obrázkov na výkresochOverview of figures in the drawings
Piestovo ventilovaný motor s vonkajším ohrevom je schematicky znázornený v pohľade vo zvislom reze na obr. 1 v prvom takte svojej činnosti a na obr. 2 v dmhom takte svojej činnosti.An externally heated reciprocating piston engine is schematically shown in a vertical sectional view in FIG. 1 in the first cycle of its operation and in FIG. 2 in dmhom tact of his activity.
Príklady uskutočneniaExamples of embodiments
Príkladom piestovo ventilovaného motora s vonkajším ohrevom 10 je motor s ventiláciou umiestnenou v telese piesta 2, pracujúceho v uzavretom termodynamickom okruhu tvoreného jeho chladiacou časťou prepojenou v oblasti dna a vrchnej časti s valcom 1 motora, obsahujúcom plyn s tlakom rovnajúcim sa atmosférickému tlaku, ktoiým môže byť napr. tiež aj vzduch alebo iný plyn s vhodnými fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami, najmä ako sú ohrev, rozpínavosť, stálosť počas pracovného procesu a chemická neagresivita. Motor pozostáva z valca 1 obsahujúceho piest 2 pohybujúceho sa v dvojtaktnom cykle s jedným pracovným a jedným nepracovným zdvihom utesneného proti stene valca osadeného dvoma ventilmi (3) v telese piesta ovládanými dvoma vačkami (9) umiestnenými na kľukovom hriadeli (8). Valec (1) motora je vo svojej hornej a dolnej časti pripojený na otvorený potrubný termodynamický okruh obsahujúci chladiaci systém pozostávajúci pri prvej alternatíve (4) z chladiacej jednotky (6) a pri druhej alternatíve (5) z chladiacej jednotky (6) a ventilačnej jednotky (7) optimalizujúcej fychlosť a objem prúdiaceho plynu za jednotku času v termodynamickom okruhu. Valec (1) motora je pred začatím a následne počas celej pracovnej činnosti ohrievaný v oblasti dna a plášťa do výšky pracovného zdvihu piesta vonkajším ohrevom (10) na požadovanú teplotu tv. Pri pracovnej činnosti motora počas jeho prvého taktu, pri ktorom sú ventily (3) na pieste počas celého zdvihu zatvorené, je ochladený plyn s teplotou ti prúdiaci z termodynamického okruhu pod pohybujúci sa piest (2) z horného (HU) do dolného (DU) úvratu ohriaty na teplotu t2. Počas tohto ohrevu rozpínajúci sa plyn zväčšuje svoj objem a tlak prenášajúci sa na dno piesta (2), ktoiý výslednú axiálnu silu a pohyb prenáša cez ojnicu (11) kľukového mechanizmu na krútiaci moment a otáčky kľukového hriadeľa (8), čím je zároveň určený výkon motora. Pri následnom spätnom pohybe piesta (2) počas druhého taktu, pri ktorom sú ventily (3) na pieste (2) prostredníctvom vačiek (9) na kľukovom hriadeli (8) po celý čas spätného zdvihu piesta (2) otvorené, je ohriaty plyn z priestoru valca (1) pod piestom (2) ventilovaný cez otvory v pieste (2) do priestoru valca (1) nad piest (2). Pri cyklicky opakujúcom sa ďalšom pracovnom zdvihu piest (2) súčasne pri svojej hlavnej pracovnej činnosti svojou opačnou stranou vykonáva výtlak, resp. pumpovanie ohriateho plynu z priestoru valca (1) nad piestom (2) do potrebného hrdla na jeho nútenú cirkuláciu termodynamickým okruhom na účely jeho priebežného ochladzovania na teplotu ti v jeho chladiacej jednotke (6) a jeho spätného prúdenia späť na vstup do valca (1) motora pri prvej alternatíve riešenia; resp. pri druhej alternatíve riešenia,An example of an externally heated reciprocating piston engine 10 is a vented engine located in a piston body 2 operating in a closed thermodynamic circuit formed by its cooling part connected in the bottom area and the upper part to a cylinder 1 of the engine containing gas at a pressure equal to atmospheric pressure. be e.g. also air or other gas with suitable physical and chemical properties, in particular such as heating, expandability, stability during the working process and chemical non-aggression. The engine consists of a cylinder 1 comprising a piston 2 moving in a two-stroke cycle with one working and one non-working stroke sealed against a cylinder wall fitted with two valves (3) in the piston body controlled by two cams (9) located on the crankshaft (8). The cylinder (1) of the engine is connected in its upper and lower part to an open pipe thermodynamic circuit containing a cooling system consisting in the first alternative (4) of a cooling unit (6) and in the second alternative (5) of a cooling unit (6) and a ventilation unit. (7) optimizing the velocity and volume of the flowing gas per unit time in the thermodynamic circuit. The cylinder (1) of the engine is heated before the start and subsequently during the whole working activity in the area of the bottom and the casing to the height of the working stroke of the piston by external heating (10) to the required temperature t v . During the operation of the engine during its first stroke, during which the valves (3) on the piston are closed during the whole stroke, the gas with temperature ti flowing from the thermodynamic circuit under the moving piston (2) from the upper (HU) to the lower (DU) is cooled. dead center heated to temperature t 2 . During this heating, the expanding gas increases its volume and pressure transmitted to the bottom of the piston (2), which transmits the resulting axial force and motion through the connecting rod (11) of the crank mechanism to the torque and speed of the crankshaft (8), thereby determining power engine. During the subsequent return movement of the piston (2) during the second stroke, during which the valves (3) on the piston (2) are open by means of the cams (9) on the crankshaft (8) during the entire time of the return stroke of the piston (2). the cylinder space (1) under the piston (2) ventilated through the holes in the piston (2) into the cylinder space (1) above the piston (2). In the case of a cyclically repeated further working stroke, the piston (2) simultaneously during its main working activity with its opposite side performs a discharge, resp. pumping the heated gas from the space of the cylinder (1) above the piston (2) into the necessary neck for its forced circulation through the thermodynamic circuit for the purpose of its continuous cooling to the temperature ti in its cooling unit (6) and its backflow back to the inlet to the cylinder (1) engine in the first alternative solution; resp. in the second alternative solution,
SK 9289 Υ1 je prúdiaci ohriaty plyn ochladzovaný v chladiacej jednotke (6) prepojenej s výkonovo ovládateľnou ventilačnou jednotkou (7) s možnosťou optimalizácie a regulácie lýchlosti prúdenia a prietokového objemu plynu v potrubí pri jeho spätnom prúdení na vstup do valca (1) motora, čím zároveň bude možné v tejto alternatíve v určenom rozmedzí regulovať tiež otáčky a výkon motora. Rozbeh motora sa vykonáva po príprave celého termodynamického okruhu podľa uvedeného opisu, roztáčaním kľukového hriadeľa (8) spojeného ojnicou (11) s piestom (2) motora z externého pohybového zdroja až po nábeh na samostatnú činnosť.SK 9289 Υ1 is a flowing heated gas cooled in a cooling unit (6) connected to a power controllable ventilation unit (7) with the possibility of optimizing and regulating the flow rate and gas flow volume in the pipeline during its backflow to the engine cylinder (1), thereby at the same time, it will also be possible to regulate the engine speed and power in this alternative within a specified range. The engine is started after the preparation of the whole thermodynamic circuit as described above, by turning the crankshaft (8) connected by the connecting rod (11) to the engine piston (2) from an external motion source until the start for independent operation.
Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability
Navrhované riešenie nového piestovo ventilovaného motora s vonkajším ohrevom je možné použiť na pohon rôznych strojov a zariadení, kde sú požiadavky, na tichší a spoľahlivý chod motora bez väčších vibrácií, jednoduchosť konštrukcie, dlhá životnosť, nízke požiadavky na údržbu, a popritom tiež tam, kde sa nejaví ako nevýhoda jeho robustnejšia konštrukcia. Vzhľadom na jeho prakticky bezemisnú a bezodpadovú prevádzku pri možnosti využívania na ohrev motora pre svoju činnosť tiež napr. odpadové teplo, resp. rôzne prírodné (napr. solárna energia a pod.) a obnoviteľné zdroje energie, je možné navrhovaný motor zaradiť k ekologickým pohonom. Jeho výhodou je však tiež to, že na pohon motora je možné použiť aj ďalšie drahý energií a palív, ako sú napríklad: elektrická energia, tekuté a plynné palivo, zemný plyn, tiež tuhé palivo, biomasa, bioplyn a pod. V porovnaní s riešeniami motorov uvádzaných v doterajšom stave techniky je možno reálne predpokladať, že pri navrhovaných motoroch bude možné dosahovať vyššie hodnoty účinnosti s lepšou reguláciou výkonu a otáčok. Aj keď konštrukciou motora nie je limitovaná horná hranica výkonu, je predpoklad, že v bežných prevádzkach sa budú používať motory s výkonom v rozsahu do cca 25 kW.The proposed solution of the new piston-ventilated engine with external heating can be used to drive various machines and equipment where there are requirements, for quieter and reliable engine operation without major vibrations, simplicity of construction, long life, low maintenance requirements, and also where does not appear to be a disadvantage of its more robust construction. Due to its virtually emission-free and waste-free operation with the possibility of use to heat the engine for its activities also e.g. waste heat, resp. various natural (eg solar energy, etc.) and renewable energy sources, it is possible to classify the proposed engine as ecological drives. However, its advantage is also that it is possible to use other expensive energies and fuels to drive the engine, such as: electricity, liquid and gaseous fuel, natural gas, also solid fuel, biomass, biogas and the like. In comparison with the motor solutions presented in the prior art, it can be realistically assumed that with the proposed motors it will be possible to achieve higher efficiency values with better power and speed control. Although the design of the engine does not limit the upper power limit, it is assumed that in normal operations, engines with power up to about 25 kW will be used.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK152021U SK9289Y1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Piston valve engine with external heating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SK152021U SK9289Y1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Piston valve engine with external heating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SK152021U1 SK152021U1 (en) | 2021-04-28 |
| SK9289Y1 true SK9289Y1 (en) | 2021-08-25 |
Family
ID=75613873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SK152021U SK9289Y1 (en) | 2021-02-09 | 2021-02-09 | Piston valve engine with external heating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SK (1) | SK9289Y1 (en) |
-
2021
- 2021-02-09 SK SK152021U patent/SK9289Y1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| SK152021U1 (en) | 2021-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103233815B (en) | Free piston linear generator based on waste heat utilization | |
| CN201010924Y (en) | Automatic fast cooling system for excavator hydraulic oil | |
| CN102947575B (en) | External-combustion, closed-cycle thermal engine | |
| WO2009066178A4 (en) | Heat engines | |
| WO2008116392A1 (en) | An intercooled constant-pressure heat-absorbing heat engine | |
| US11859494B2 (en) | Combined circulating system of micro gas turbine, transportation means and charging system | |
| CN105556067A (en) | Method and heat engine for utilising waste heat or geothermal heat | |
| CN2881124Y (en) | Piston type engine | |
| KR101018379B1 (en) | External combustion engine and output method thereof | |
| JP5525371B2 (en) | External combustion type closed cycle heat engine | |
| SK9289Y1 (en) | Piston valve engine with external heating | |
| CN204663798U (en) | A kind of piston type air compressor | |
| SK289215B6 (en) | Piston valve engine with external heating | |
| CN102889152B (en) | Stirling engine adopting heat accumulating type heater, annular gap cooler and linear driving air distribution piston | |
| JP5317942B2 (en) | External combustion type closed cycle heat engine | |
| CN204780257U (en) | Printing and dyeing control system with screw rod expander power generation facility | |
| JP2019537685A (en) | High dynamic density range thermal cycle engine | |
| CN103485931A (en) | Thermoacoustic driven stirling engine | |
| CN102748159B (en) | Scavenging double-working-medium continuous combustion chamber piston thermal power system | |
| CN103104370B (en) | Single-cylinder three-valve entropy circulation engine | |
| CN202692521U (en) | Efficient refrigerating system | |
| KR20060071827A (en) | An external combustion engine combined with cylinder, re-generator and cooler | |
| JP2007085322A (en) | Capacity differential external combustion engine | |
| CN104454229A (en) | Cup cover with automatic rotary output function | |
| CN216953605U (en) | Waste heat driven cooling, heating and power triple supply system |