RU2625070C1

RU2625070C1 - Method for non-contact cooling of pistons, rods and cylinders of multi-cylinder single-stroke engine with external combustion chamber by exhaust energy

Info

Publication number: RU2625070C1
Application number: RU2016130653A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Александрович Рыбаков
Original assignee: Анатолий Александрович Рыбаков
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2017-07-11

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: coolant outlet channel from the coolant pump with the exhaust energy drive is connected to all channels of the cooling pipes of the pistons and rods. Coolant outlet channel from the coolant pump with the exhaust energy drive is connected to all channels of the coolant inlet channels in the cavity between the cooling jackets and cylinders. And all the coolant outlets from the cooling tubes of the pistons and rods and all the coolant outlets from the cavities between the cooling jackets of the cylinders and the cylinders are connected to the inlet channel to the radiator.

EFFECT: increased cooling efficiency of pistons and rods.

1 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY

Изобретение относится к области энергомашиностроения.The invention relates to the field of power engineering.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Ближайший аналог заявленного изобретения патент РФ 2427718 «Способ охлаждения поршней двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей».The closest analogue of the claimed invention is RF patent 2427718 "Method for cooling pistons of a two-cylinder single-stroke free-piston power module with a common external combustion chamber and a linear electric generator with opposed movement of the anchors."

Реферат патента РФ 2427718 «Изобретение относится к области энергомашиностроения. Способ охлаждения поршней двухцилиндрового однотактного свободнопоршневого энергомодуля с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором с оппозитным движением якорей, включающий общую внешнюю камеру сгорания, электрогенератор с оппозитным движением якорей, две расширительные машины, приводящие в оппозитное движение якоря электрогенератора, и систему управления, шток и соединенные с ним поршни каждой расширительной машины охлаждаются протекающим в полости, ограниченной внутренней поверхностью штока, внешней и внутренней поверхностью установленной внутри этой полости трубы, хладагентом, для чего при движении поршней из точек крайнего схождения поршней в точки крайнего расхождения хладагент продавливается через радиатор, отдающий тепло хладагента внешней среде, и поступает в пневмоаккумулятор, а при движении поршней из точек крайнего расхождения в точки крайнего схождения хладагент из аккумулятора поступает в ту же полость, ограниченную внутренней поверхностью штоков, внешней и внутренней поверхностью трубы. Изобретение обеспечивает улучшение охлаждения поршней энергомодуля».Abstract of the patent of the Russian Federation 2427718 "The invention relates to the field of power engineering. A method for cooling pistons of a two-cylinder single-stroke free-piston power module with a common external combustion chamber and a linear electric generator with opposed movement of the anchors, including a common external combustion chamber, an electric generator with the opposite movement of anchors, two expansion machines that drive the generator’s armature in opposite motion, and a control system, rod with it, the pistons of each expansion machine are cooled by the flowing in the cavity bounded by the inner surface of the rod, the external and internal the inner surface of the pipe installed inside this cavity, the refrigerant, for which, when the pistons move from the extreme convergence points of the pistons to the extreme divergence points, the refrigerant is forced through the radiator, which transfers the heat of the refrigerant to the external environment, and enters the pneumatic accumulator, and when the pistons move from the extreme divergence points to points extreme convergence of the refrigerant from the battery enters the same cavity bounded by the inner surface of the rods, the outer and inner surface of the pipe. The invention provides improved cooling of the pistons of the energy module. "

ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION

Цель изобретения - обеспечить бесконтактное охлаждение всех поршней, штоков и всех цилиндров многоцилиндрового однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией выхлопных газов.The purpose of the invention is to provide non-contact cooling of all pistons, rods and all cylinders of a multi-cylinder single-stroke engine with an external combustion chamber with energy from exhaust gases.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Сущность изобретения поясняется описанием принципа действия однотактного двигателя с внешней камерой сгорания - далее двигатель. Действует он следующим образом. При пуске двигателя система управления (см. чертеж) подает во внешнюю камеру сгорания 1 форсункой 2 дозу топлива и воспламеняет его свечой зажигания 3. Топливо горит и, если поршневая группа однотактного двигателя в составе поршней 4 и 5 находится в положении, как показано на чертеже, то продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по каналу 6 через открытый клапан 7 поступают в нижнюю (по рисунку) полость поршня 4. Под их воздействием поршень 4, штоки 8, 9 и поршень 5 начинают движение вверх. Так как нижняя площадь поверхности поршня 4 больше его верхней площади поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 8 и 9, то давление сжимаемого в верхней полости поршня 4 воздуха больше давления продуктов сгорания в его нижней полости. Поэтому воздух из верхней полости поршня 4 через обратный клапан 10 поступает во внешнюю камеру сгорания 1, поддерживая в ней процесс горения подаваемого форсункой 2 топлива. В нижнюю полость поршня 5 через обратный клапан 11 засасывается воздух из атмосферы, а из верхней полости поршня 5 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) через клапан 12 выбрасывается в атмосферу. Энергия продуктов сгорания через шток 9 и шатун 13 передается коленвалу 14. По прибытии поршней 4 и 5 в верхнюю мертвую точку движения система управления переводит клапаны 7 и клапан 12 в закрытое, а клапан 15 и клапан 16 в открытое положение. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по каналу 17 через клапан 15 поступают в верхнюю полость поршня 5. Поршни 4 и 5 начинают движение вниз, и коленвал двигателя 14 продолжает вращение в прежнем направлении. Сжимаемый в нижней, компрессорной, полости поршня 5 воздух через обратный клапан 18 поступает во внешнюю камеру сгорания 1, обеспечивая горение подаваемого форсункой 2 топлива. В верхнюю полость поршня 4 через обратный клапан 19 засасывается воздух из атмосферы, а из его нижней полости отработавшие продукты сгорания через клапан 16 выбрасываются в атмосферу. В дальнейшем система управления, переводя клапаны 7, 12, 15, 16 из одного положения в другое, обеспечивает вращение коленвала двигателя в одном направлении.The invention is illustrated by the description of the principle of operation of a single-cycle engine with an external combustion chamber - hereinafter the engine. It acts as follows. When starting the engine, the control system (see drawing) supplies a dose of fuel to the external combustion chamber 1 with nozzle 2 and ignites it with a spark plug 3. The fuel burns and if the piston group of a single-cycle engine consisting of pistons 4 and 5 is in the position as shown in the drawing , then the combustion products from the external combustion chamber 1 through channel 6 through the open valve 7 enter the lower (according to the figure) piston cavity 4. Under their influence, the piston 4, rods 8, 9 and piston 5 begin to move upward. Since the lower surface area of the piston 4 is larger than its upper surface area by the difference in the cross-sectional area of the rods 8 and 9, the pressure of the air compressed in the upper cavity of the piston 4 is greater than the pressure of the combustion products in its lower cavity. Therefore, air from the upper piston cavity 4 through the check valve 10 enters the external combustion chamber 1, supporting the combustion process of the fuel supplied by the nozzle 2. Air from the atmosphere is sucked into the lower piston cavity 5 through the non-return valve 11, and air (hereinafter exhausted combustion products) is sucked from the upper piston cavity 5 through the valve 12 into the atmosphere. The energy of the combustion products through the rod 9 and the connecting rod 13 is transmitted to the crankshaft 14. Upon arrival of the pistons 4 and 5 at the top dead center of movement, the control system puts the valves 7 and valve 12 in the closed position, and the valve 15 and valve 16 in the open position. Now, the combustion products from the external combustion chamber 1 through the channel 17 through the valve 15 enter the upper cavity of the piston 5. The pistons 4 and 5 begin to move downward, and the crankshaft of the engine 14 continues to rotate in the same direction. Compressed in the lower compressor cavity of the piston 5, the air through the check valve 18 enters the external combustion chamber 1, providing combustion of the fuel supplied by the nozzle 2. Air from the atmosphere is sucked into the upper cavity of the piston 4 through the non-return valve 19, and exhaust gases from the lower cavity through the valve 16 are released into the atmosphere. In the future, the control system, moving valves 7, 12, 15, 16 from one position to another, provides rotation of the engine crankshaft in one direction.

Способ бесконтактного охлаждения поршней, штоков и цилиндров многоцилиндрового однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией выхлопных газов. При повышении температуры поршневой группы в составе поршней 4, 5 и штоков 8, 9 выше оптимальной система управления переводит клапан выхлопных газов 20 в открытое, правое, положение. Выхлопные газы через клапаны 12, 16 поступают в выхлопной коллектор (на чертеже не показан). Часть из них по каналам 21, 22 поступает на турбину 23 и, отработав в ней, выбрасывается в атмосферу по каналу 24. Турбина 23 приводит во вращение насос прокачки охлаждающей жидкости 25 и вентилятор 26. Насос прокачки охлаждающей жидкости 25 прокачивает охлаждающую жидкость по маршруту: насос прокачки охлаждающей жидкости 25, канал трубы охлаждения поршней и штоков 27, канал 28, радиатор 29 и снова насос прокачки охлаждающей жидкости 25. И также по маршруту: насос прокачки охлаждающей жидкости 25, канал 30, полость 31 между цилиндром двигателя 32 и рубашкой цилиндра двигателя 33, радиатор 29 и снова насос прокачки охлаждающей жидкости 25. Радиатор 29 обдувается вентилятором 26, и тепло от поршней 4, 5, штоков 8, 9 и цилиндра двигателя 32 выбрасывается в атмосферу. Система управления датчиком температуры охлаждающей жидкости 34 контролирует температуру охлаждающей жидкости и при понижении ее ниже оптимальной величины закрывает клапан подачи воздуха 20. Выхлопные газы выбрасываются в атмосферу по каналам 35, 36. Циркуляция охлаждающей жидкости прекращается, и температура охлаждающей жидкости повышается. Термостаты 37, 38 служат для поддержания оптимальной температуры соответственно поршней, штоков и цилиндра двигателя.Method of non-contact cooling of pistons, rods and cylinders of a multi-cylinder single-cycle engine with an external combustion chamber with energy from exhaust gases. When the temperature of the piston group in the composition of the pistons 4, 5 and rods 8, 9 is higher than the optimum, the control system puts the exhaust valve 20 in the open, right, position. The exhaust gases through the valves 12, 16 enter the exhaust manifold (not shown in the drawing). Some of them through channels 21, 22 enter the turbine 23 and, having worked in it, are discharged into the atmosphere through channel 24. The turbine 23 drives the coolant pump 25 and the fan 26. The coolant pump 25 pumps the coolant along the route: coolant pump 25, piston and rod cooling pipe channel 27, channel 28, radiator 29 and again coolant pump 25. And also along the route: coolant pump 25, channel 30, cavity 31 between the engine cylinder 32 and the qi jacket Indra engine 33, radiator 29 and again pumping coolant pump 25. The radiator 29 is blown by the fan 26 and the heat of the pistons 4 and 5, the rods 8, 9 and the motor cylinder 32 is discharged into the atmosphere. The control system of the coolant temperature sensor 34 monitors the temperature of the coolant and closes the air supply valve 20 when it is lower than the optimum value. Exhaust gases are emitted into the atmosphere through channels 35, 36. Coolant circulation stops and the temperature of the coolant rises. Thermostats 37, 38 are used to maintain the optimum temperature of the pistons, rods and engine cylinder, respectively.

Обеспечение бесконтактного охлаждения всех поршней, штоков и цилиндров многоцилиндрового однотактного двигателя осуществляется следующим образом. Канал выхода охлаждающей жидкости из насоса прокачки охлаждающей жидкости 25 соединен каналом 39 с каналами труб охлаждения поршней и штоков 27, и каналами входа охлаждающей жидкости в полости 31 между рубашками охлаждения 33 и цилиндрами 32 всех цилиндров двигателя. Каналы выхода охлаждающей жидкости из труб охлаждения поршней, штоков и цилиндров 27 всех двигателей и каналы выхода из полостей 31 между цилиндрами двигателей 32 и рубашками охлаждения цилиндров двигателей 33 всех цилиндров двигателя соединены каналом 40 с каналом входа в радиатор 29.Providing non-contact cooling of all pistons, rods and cylinders of a multi-cylinder single-cycle engine is as follows. The channel for leaving the coolant from the coolant pump 25 is connected by a channel 39 to the channels of the cooling pipes of the pistons and rods 27, and the channels of the coolant inlet in the cavity 31 between the cooling jackets 33 and the cylinders 32 of all engine cylinders. The channels of coolant exit from the cooling pipes of the pistons, rods and cylinders 27 of all engines and the channels of exit from the cavities 31 between the cylinders of the engines 32 and the cooling shirts of the cylinders of the engines 33 of all engine cylinders are connected by a channel 40 to the inlet channel to the radiator 29.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Способ бесконтактного охлаждения поршней, штоков и цилиндров многоцилиндрового однотактного двигателя с внешней камерой сгорания энергией выхлопных газов, содержащего канал выхода охлаждающей жидкости из насоса прокачки охлаждающей жидкости энергией выхлопных газов, каналы труб охлаждения поршней и штоков, каналы охлаждающей жидкости в полостях между рубашками охлаждения цилиндров и цилиндрами двигателя и радиатор, отличающийся тем, что канал выхода охлаждающей жидкости из насоса прокачки охлаждающей жидкости с приводом энергией выхлопных газов соединен со всеми каналами труб охлаждения поршней и штоков, канал выхода охлаждающей жидкости из насоса прокачки охлаждающей жидкости с приводом энергией выхлопных газов соединен со всеми каналами входа охлаждающей жидкости в полости между рубашками охлаждения и цилиндров, а все каналы выхода охлаждающей жидкости из труб охлаждения поршней и штоков, и все каналы выхода охлаждающей жидкости из полостей между рубашками охлаждения цилиндров и цилиндрами соединены с каналом входа в радиатор.A method of non-contact cooling of pistons, rods and cylinders of a multi-cylinder single-cycle engine with an external exhaust gas combustion chamber, comprising a cooling fluid outlet channel from a coolant pump pumping energy from exhaust gases, piston and rod cooling pipes channels, coolant channels in the cavities between the cylinder cooling jackets and engine cylinders and a radiator, characterized in that the coolant outlet channel from the coolant pump with energy drive exhaust gas is connected to all channels of the piston and rod cooling pipes, the coolant outlet channel from the coolant pump with an energy-driven exhaust gas is connected to all coolant inlet channels in the cavity between the cooling jackets and the cylinders, and all coolant outlet channels are from the cooling pipes pistons and rods, and all channels of the outlet of the coolant from the cavities between the cooling jackets of the cylinders and the cylinders are connected to the radiator inlet channel.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯTECHNICAL APPLICABILITY OF THE INVENTION

Требования к материалам и технологиям заявленного изобретения заявленного изобретения не выходят за рамки современных возможностей.Requirements for materials and technologies of the claimed invention of the claimed invention do not go beyond modern capabilities.

ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛGRAPHIC MATERIAL

Чертеж. Принципиальная схема многоцилиндрового однотактного двигателя с внешней камерой сгорания.Drawing. Schematic diagram of a multi-cylinder single-cycle engine with an external combustion chamber.

1 - камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 5 - поршень; 6, 17, 21, 22, 24, 27, 28, 30, 37, 38 - канал; 7, 12, 15, 16 - клапан; 8, 9 - шток; 10, 11, 18, 19 - обратный клапан; 13 - шатун; 14 - коленвал; 20 - клапан подачи воздуха; 23 - турбина; 25 - насос прокачки охлаждающей жидкости; 26 - вентилятор; 27 - труба охлаждения поршней и штоков; 29 - радиатор; 31 - полость между цилиндром двигателя и рубашкой охлаждения цилиндра двигателя; 32 - цилиндр двигателя; 33 - рубашка охлаждения цилиндра двигателя; 34 - датчик температуры охлаждающей жидкости, 35, 36 - термостат.1 - combustion chamber; 2 - nozzle; 3 - spark plug; 4, 5 - the piston; 6, 17, 21, 22, 24, 27, 28, 30, 37, 38 - channel; 7, 12, 15, 16 - valve; 8, 9 - stock; 10, 11, 18, 19 - check valve; 13 - connecting rod; 14 - a crankshaft; 20 - air supply valve; 23 - turbine; 25 - pump for pumping coolant; 26 - fan; 27 - pipe cooling pistons and rods; 29 - a radiator; 31 - the cavity between the engine cylinder and the cooling jacket of the engine cylinder; 32 - engine cylinder; 33 - cooling jacket for the engine cylinder; 34 - coolant temperature sensor, 35, 36 - thermostat.

Claims

A method of non-contact cooling of pistons, rods and cylinders of a multi-cylinder single-cycle engine with an external exhaust gas combustion chamber, comprising a cooling fluid outlet channel from a coolant pump pumping energy from exhaust gases, piston and rod cooling pipes channels, coolant channels in the cavities between the cylinder cooling jackets and engine cylinders and a radiator, characterized in that the coolant outlet channel from the coolant pump with energy drive exhaust gas is connected to all channels of the piston and rod cooling pipes, the coolant outlet channel from the coolant pump with an energy-driven exhaust gas is connected to all coolant inlet channels in the cavity between the cooling jackets and the cylinders, and all coolant outlet channels are from the cooling pipes pistons and rods and all channels of the outlet of the coolant from the cavities between the cooling jackets of the cylinders and the cylinders are connected to the radiator inlet channel.