Поршневой двигатель с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания

Авторы патента:

F02B71/06 - свободнопоршневые газогенераторы

Владельцы патента RU 2450137:

Рыбаков Анатолий Александрович (RU)

Поршневой двигатель с питанием рабочим телом, генерируемым свободнопоршневым генератором газов, действует следующим образом. Как только давление продуктов сгорания в камере сгорания достигнет рабочего значения, открывается заслонка 13 и продукты сгорания поступают к газораспределительным клапанам двигателя. Система управления отслеживает положение поршней в цилиндрах и открывает газораспределительный клапан того цилиндра, в котором поршень находится между начальной и конечной крайними точками движения. Поступающие в цилиндр продукты сгорания воздействуют на поршень, в результате чего поршень начинает движение, и кинетическая энергия движущегося поршня механизмом передачи преобразуется в энергию вращения вала отбора мощности. По прибытии поршня в крайнюю конечную точку движения система управления переводит газораспределительный клапан из положения, обеспечивающего поступление продуктов сгорания из камеры сгорания в цилиндр, в положение, при котором отработавшие газы выбрасываются в атмосферу. Изобретение обеспечивает повышение эффективности преобразования энергии расширяющихся газов. 1 ил.

Область техники

Изобретение относится к энергомашиностроению.

Уровень техники

Ближайшие аналоги заявленного изобретения - патенты RU 2324060 С1 «Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с двумя поршнями привода компрессора» и RU 2324830 С1 «Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с одним поршнем привода компрессора».

Принцип действия обоих генераторов газов во многом схож. Поэтому достаточно рассмотреть принцип действия одного из них, а именно «Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с двумя поршнями компрессора».

При пуске генератора газов с внешней камерой сгорания (далее - генератор газов) в камеру сгорания 1 (см. чертёж) форсункой 2 подается топливо и воспламеняется свечой зажигания 3. Продукты сгорания через газораспределительный клапан (далее - клапан, патент RU №2349765 С1, «Пневматический привод клапана однотактного свободнопоршневого двигателя с внешней камерой сгорания») 4 поступают в левую полость поршня привода компрессора 5, в результате чего поршень 5 и соединенный с ним штоком 6 поршень компрессора 7 движутся (по рисунку) слева направо. Так как площадь левой (по рисунку) поверхности поршня 5 больше площади его противоположной поверхности на величину площади поперечного сечения штока 6, то давление воздуха в полости справа от поршня 5 (полость компрессора) больше, чем давление продуктов сгорания слева от поршня 5. Поэтому воздух из правой полости поршня 5 (полости компрессора, клапан 8 закрыт) через клапан 9 поступает в камеру сгорания 1, тем самым обеспечивая воздухом процесс горения топлива. Одновременно при движении поршня 7 воздух (при следующих рабочих циклах продукты сгорания) из его правой полости через клапан 10 (клапан 11 закрыт) выбрасывается в атмосферу, а через открытый клапан 12 воздух из атмосферы засасывается в левую полость поршня 7. При достижении поршнями 5 и 7 крайнего правого положения система управления (не показана) переводит клапаны 4 и 10 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из камеры сгорания поступают в правую полость поршня 7, и поршни 5 и 7 движутся налево. Воздух из левой полости поршня 7 открывает клапан 11 и поступает в камеру сгорания 1. Клапан 9 закрывается и воздух из атмосферы через открывшийся клапан 8 засасывается в правую полость поршня 5. Как только давление продуктов сгорания в камере сгорания достигнет рабочего значения, открывается заслонка 13 и продукты сгорания поступают на расширительную машину.

Из описания принципа действия генератора газов видно, что продукты сгорания из камеры поступают в его цилиндры на протяжении движения поршней от одной крайней точки до другой, при этом температура и давление поступающих в цилиндры продуктов сгорания практически не отличаются от давления их в камере сгорания. Основное расширение продуктов сгорания происходит в выпускном клапане при их выпуске в промежуток времени от открытия до закрытия выпускных клапанов 4 или 10. При этом их энергия не совершает никакой полезной работы. Для эффективного преобразования энергии расширяющихся продуктов сгорания необходимо организовать их расширение непосредственно в цилиндре расширительной машины генератора газов - заявка №2010119000 «Оптимизация процесса расширения продуктов сгорания свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания», дата поступления 11.05.2010, входящий №026958. По аналогии с ДВС цилиндр генератора газов можно условно разделить на два объема. Первый, меньший, соответствует камере сгорания ДВС - виртуальная камера сгорания. В зависимости от направления движения поршневой группы она попеременно находится то с одной, то с другой головки цилиндра. Остальной объем цилиндра, по сути как и в ДВС, виртуальный рабочий объем. В начале рабочего такта, когда поршневая группа находится в исходной точке движения (например, на рисунке, слева), система управления открывает впускной клапан 4 и продукты сгорания из камеры сгорания поступают в виртуальную камеру сгорания цилиндра, температура и давление которых практически равны таковым в камере сгорания 1. Поршни начинают движение слева направо и, когда они пройдут виртуальную камеру сгорания, система управления закрывает впускной клапан 4, прекращая доступ продуктов сгорания в цилиндр. С этого момента начинается собственно процесс расширения продуктов сгорания. Моменты открытия и закрытия газораспределительного клапана - длительность впуска продуктов сгорания в цилиндр - система управления определяет с учетом температуры и давления продуктов сгорания таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность процесса их расширения в виртуальном рабочем объеме цилиндра. Таким образом, рабочий такт с термодинамической точки зрения аналогичен таковому в дизельном двигателе. Отличие состоит в том, что длина хода поршневой группы в цилиндре не зависит от конструкции кривошипно-шатунного механизма, которого в энергомодуле попросту нет, и определяется системой управления исходя из требования обеспечения условий оптимального расширения продуктов сгорания и бесшумности в соответствии с физико-химическими характеристиками используемого в данный момент топлива.

Сущность изобретения

Поршневой двигатель с питанием рабочим телом, генерируемым свободнопоршневым генератором газов, действует следующим образом. Как только давление продуктов сгорания в камере сгорания генератора достигнет рабочего значения, система управления открывает заслонку 13 и продукты сгорания поступают к газораспределительным клапанам двигателя. Система управления отслеживает положение поршней в цилиндрах и открывает газораспределительный клапан того цилиндра, в котором поршень находится между начальной и конечной крайними точками движения. Поступающие в цилиндр продукты сгорания воздействуют на поршень и он начинает движение. Энергия движущегося поршня механизмом преобразования движения (для машин с цилиндрическими поршнями кривошипно-шатунный механизм, для машин с роторными поршнями кривошипный) преобразуется в энергию вращения вала отбора мощности. По прибытии поршня в крайнюю конечную точку движения система управления закрывает впускной клапан и открывает выпускной. Механизмом передачи поршень возвращается в исходную точку движения, выталкивая продукты из цилиндра.

Раскрытие изобретения

Поршневой двигатель с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания, преобразующий экзотермическую энергию моторного топлива в механическую энергию вращения отбора мощности, включает свободнопоршневой генератор с внешней камерой сгорания, поршневую расширительную машину с впускным и выпускным клапанами с электропневматическим приводом и систему управления, отличается тем, что для обеспечения действия расширительной машины двигателя система управления отслеживает положение поршня в цилиндре расширительной машины и при положении поршня в начальной крайней точке движения открывает впускной клапан, в результате чего поступающие в цилиндр продукты сгорания воздействуют на поршень, приводят его в движение, и по прибытии поршня в крайнюю конечную точку управления закрывает впускной клапан, открывает выпускной клапан и при обратном ходе поршня отработавшие газы выбрасываются из цилиндра, после чего начинается очередной рабочий цикл.

Промышленное применение

Поршневой двигатель с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора с камерой найдет применение там, где требуется всетопливный двигатель без механической силовой тяги, например, в карьерных автомобилях.

Графический материал

Фигура. Принципиальная схема свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания.

1 - камера сгорания, 2 - форсунка, 3 - свеча зажигания, 4, 10 - газораспределительные клапаны, 5, 7 - поршни, 6 - шток, 8, 9, 11, 12 - обратные клапаны, 13 - заслонка.

Поршневой двигатель с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания, преобразующий экзотермическую энергию моторного топлива в механическую энергию вращения отбора мощности, включает свободнопоршневой генератор газов с внешней камерой сгорания, поршневую расширительную машину с впускным и выпускным клапанами с электропневматическим приводом и систему управления, отличающийся тем, что для обеспечения действия расширительной машины двигателя система управления отслеживает положение поршня в цилиндре расширительной машины и при положении поршня в начальной крайней точке движения открывает впускной клапан, в результате чего поступающие в цилиндр продукты сгорания воздействуют на поршень, приводят его в движение и по прибытии поршня в крайнюю конечную точку движения система управления закрывает впускной клапан, открывает выпускной клапан и при обратном ходе поршня отработавшие газы выбрасываются из цилиндра, после чего начинается очередной рабочий цикл.

Изобретение относится к области энергомашиностроения. .

Генератор газа // 2417325

Изобретение относится к двигателестроению и служит для получения газа под давлением из смеси горючей жидкости с воздухом и может применяться на транспорте и в других областях техники.

Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с одним поршнем привода компрессора // 2324830

Изобретение относится к области энергомашиностроения. .

Свободнопоршневой генератор газов прямоточного двигателя с двумя поршнями привода компрессора // 2324060

Изобретение относится к энергомашиностроению. .

Свободнопоршневой мотокомпрессор // 2315876

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано при создании мотокомпрессора со свободнодвижущимися поршнями различного назначения. .

Свободнопоршневой газогенератор (компрессор) // 2298691

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к свободнопоршневому газогенератору, предназначенному для получения сжатого газа при сгорании органического топлива.

Турбопоршневая установка // 2201513

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к свободнопоршневым двигателям внутреннего сгорания. .

Генератор газа // 2199673

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению. .

Двигатель-компрессор // 2128781

Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет упростить конструкцию и повысить эффективность двигателей-компрессоров со свободно-движущимися поршнями.

Свободнопоршневой генератор газа // 2116477

Изобретение относится к энергомашиностроению и позволяет повысить эффективность транспортной или стационарной энергосиловой установки. .

Способ оптимизации процесса расширения продуктов сгорания в цилиндре поршневого двигателя с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с внешней камерой сгорания // 2451802

Изобретение относится к энергомашиностроению

Комбинированный свободнопоршневой электрогазогенератор // 2474706

Изобретение относится к области энергомашиностроения

Пневмодвигатель с электромагнитным поршнем // 2493441

Изобретение относится к двигателестроению. Пневмодвигатель содержит многоступенчатый редуктор. На каждом из валов редуктора установлены, по крайней мере, один рычаг и более. Пневмодвигатель включает выполненные по числу рычагов гофрированные пневмоцилиндры с толкателями, клапанами подачи сжатого газа и выхода отработанного газа, регулятор распределения давления по ступеням. Толкатель каждого из пневмоцилиндров кинематически связан с соответствующим рычагом. Источник сжатого газа соединен со ступенями редуктора через центробежный регулятор распределения давления. В качестве источника сжатого газа используется пневматически связанная комбинация ресивера, выполненного с гофрированной оболочкой, и обеспечивающая постоянное давление на выходе при изменении его объема, а также свободнопоршневого газогенератора. Газогенератор включается и выключается за счет концевых переключателей, установленных на ресивере, и состоит из корпуса с размещенным в нем поршнем и катушки стартера с витками, расположенными коаксиально с корпусом. Поршень содержит конденсатор и, по крайней мере, одну катушку самоиндукции с кольцевым магнитопроводом. Газогенератор обеспечивает генерацию рабочего газа за счет сжигания различных видов органического топлива. Изобретение направлено на повышение эффективности пневмодвигателя. 2 ил.

Способ увеличения момента силы на валу отбора мощности поршневого двигателя с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с общей внешней камерой сгорания // 2503838

Изобретение относится к энергомашиностроению. Способ увеличения момента силы на валу отбора мощности поршневого двигателя с питанием рабочим телом от свободнопоршневого генератора газов с общей внешней камерой сгорания, включающего свободнопоршневой генератор газов с внешней камерой сгорания, вал отбора мощности двигателя, две и более расширительных машин с муфтами сцепления валов расширительных машин с валом отбора мощности двигателя и систему управления, при этом для увеличения момента силы на валу отбора мощности двигателя при соединенном вале отбора мощности двигателя с валом одной или более одной расширительных машин система управления двигателя подает продукты сгорания от генератора газов на еще одну, либо на несколько, либо на все незадействованные расширительные машины и муфтами сцепления соединяет их валы с валом обора мощности двигателя. Изобретение обеспечивает экономию ресурса двигателя, и снижение расхода топлива за счет выключения части расширительных машин. 2 ил.

Способ управления фазами электроэнергии полимодульного электрогенератора на базе свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания // 2520727

Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ управления фазами электроэнергии полимодульного электрогенератора на базе свободнопоршневого энергомодуля с внешней камерой сгорания, включающего группу идентичных по принципу действия свободнопоршневых энергомодулей с внешней камерой сгорания, количество которых равно числу фаз генерируемой электроэнергии, и систему управления фазами генерируемой электроэнергии, согласно изобретению для получения задаваемого числа фаз генерируемой электрогенератором электроэнергии система управления фазами запускает каждый энергомодуль последовательно с запозданием по фазе, соответствующим задаваемому числу фаз генерируемой электроэнергии. Изобретение обеспечивает преобразование энергии моторного топлива в многофазную электроэнергию. 1 ил.

Источник автономного электропитания // 2586234

Источник автономного электропитания содержит эластичный передаточный элемент в виде герметичной емкости (1), сообщенной каналом (2) с герметичным цилиндром (3). В цилиндр помещен поршень (5), который при помощи штока (16) связан с преобразователем (4) энергии. Последний представляет собой рабочий элемент (8), помещенный в поле постоянного магнита (9). Шток (16) жестко соединен с одной из сторон (15) рабочего элемента (8), выполненного в виде металлической пластины (10) прямоугольной формы. Противоположная сторона (13) упомянутой пластины подпружинена с помощью пружины (14). Под действием внешней силы Q на заполненную воздухом эластичную емкость (1) усилие по герметичному каналу (2) и цилиндру (3) передается на поршень (5), который, перемещаясь, оказывает давление на рабочий элемент (8). Последний начинает двигаться, пересекая силовые линии магнита (9), одновременно оказывая воздействие на пружину (14). Во время возвратно-поступательного движения рабочего элемента (8) между полюсами магнита (9) на двух противоположных сторонах (11) и (12) металлической пластины (10) возникает э.д.с., создающая электрический ток, поступающий в накопитель (6) по тоководам (7). 2 ил.