СПОСОБ РЕЦИРКУЛЯЦИИ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ ВО ВНЕШНЮЮ КАМЕРУ СГОРАНИЯ СВОБОДНОПОРШНЕВОГО С ОППОЗИТНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПОРШНЕЙ ЭНЕРГОМОДУЛЯ, СОЕДИНЕННЫХ С ПОРШНЯМИ КОМПРЕССОРА СЖАТИЯ ГАЗОВ
METHOD OF RECIRCULATION OF EXHAUST GASES TO OUTSIDE COMBUSTION CHAMBER OF FREE PISTON WITH OPPOSITE PISTONS MOVEMENT POWER MODULES CONNECTED WITH PISTONS OF GAS COMPRESSOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области энергомашиностроения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ближайший прототип заявленного изобретения - «Свободнопоршневой двухцилиндровый с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором энергомодуль двойного назначения», патент 2468224.
Реферат патента 2468224: Изобретение относится к области энергомашиностроения. Свободнопоршневой двухцилиндровый с общей внешней камерой сгорания и линейным электрогенератором энергомодуль двойного назначения включает общую внешнюю камеру сгорания, две поршневые расширительные машины, линейный электрогенератор и систему управления. Энергомодуль преобразует экзотермическую энергию моторного топлива в электроэнергию в одном режиме и в энергию газообразного рабочего тела с высокими параметрами температуры и давления в другом. Для перевода энергомодуля из одного режима в другой служит задвижка. В закрытом положении задвижки энергомодуль действует как электрогенератор. В открытом положении - как генератор газов и электрогенератор. Изобретение обеспечивает преобразование экзотермической энергии моторного топлива в электроэнергию и в энергию газообразного рабочего тела с высокими параметрами давления и температуры для привода расширительных машин.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Из реферата аналога видно, что рециркуляция выхлопных газов в камеру сгорания в энергомодуле не используются. Цель изобретения - снижение токсичности отработавших газов (содержания оксидов азота NOx) в режиме частичных нагрузок на энергомодуль перепуском выхлопных газов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ рециркуляции выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, состоит в следующем.
Система управления компрессором подает во внешнюю камеру сгорания 1 (см. фиг., система управления не показана) топливо форсункой 2 и воспламеняет свечой зажигания 3. Продукты сгорания из камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 5 поступают в правую (по рисунку) полость поршня 6 и через впускной клапан 7 в левую полость поршня 8. Под действием поступающих продуктов сгорания поршни начинают расходиться. Так как площадь правой поверхности поршня 6 больше площади его левой поверхности на разность площадей поперечного сечения штоков 9 и 10, то давление сжимаемого в левой полости поршня 6 воздуха будет больше, чем давление продуктов сгорания в его правой полости. Поэтому воздух из левой полости поршня 6 через обратный клапан 11 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Одновременно через обратный клапан 13 из атмосферы засасывается воздух в правую полость поршня 14, а из его левой полости через выпускной клапан 15 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасываются в атмосферу. Аналогично по тем же причинам при движении поршня 8 сжимаемый в его правой полости воздух через обратный клапан 16 по трубопроводу 12 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Через обратный клапан 17 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 18, а из его правой полости через выпускной клапан 19 воздух (в дальнейшем отработавшие продукты сгорания) выбрасываются в атмосферу. После достижения поршнями крайних точек расхождения система управления переводит впускные клапаны 5, 7, 20, 21 и выпускные клапаны 15, 19, 22, 23 в противоположные положения. Теперь продукты сгорания из внешней камеры сгорания 1 по трубопроводу 4 через впускной клапан 20 поступают в левую полость поршня 14 и через впускной клапан 21 в правую полость поршня 18, и поршни начинают сходиться. Через обратные клапаны 24 и 25 сжимаемый в правой полости поршня 14 и в левой полости поршня 18 воздух по трубопроводу 12 поступает во внешнюю камеру сгорания 1. Туда же форсункой 2 впрыскивается очередная доза топлива. Через обратные клапаны 26 и 27 из атмосферы засасывается воздух в левую полость поршня 6 и правую полость поршня 8. Из правой полости поршня 6 через выпускной клапана 22 и из левой полости поршня 8 через выпускной клапан 23 отработавшие продукты сгорания выбрасывается в атмосферу. Сжимаемый в левой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 29 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 33 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Одновременно при расхождении поршней 6, 7, 14, 18 в полостях соединенных с ними поршней 28, 34 происходит сжатие различных газов - основная функция компрессора. Соответственно сжимаемый в правой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 35 также по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а чрез обратный клапан 36 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. По достижению поршнями крайних точек расхождения система управления переводит выпускные клапаны 29, 35, 37, 38 в противоположные положения. Теперь сжимаемый в правой полости поршня 28 газ через выпускной клапан 37 по трубопроводу 30 поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 39 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его левую полость. Сжимаемый в левой полости поршня 34 газ через выпускной клапан 38 по трубопроводу 30 также поступает в радиатор 31, где охлаждается, и затем оттуда в ресивер 32, а через обратный клапан 40 газ от источника сжимаемого газа засасывается в его правую полость. Сжатый таким образом в компрессоре газ из ресивера 32 по трубопроводу 41 подается потребителю.
Процессы газообмена в обоих цилиндрах энергомодуля протекают по одному сценарию, поэтому пояснение принципа перепуска выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания 1 дается на примере левого цилиндра. В исходном положении поршни 6, 14, 28 находятся в левой крайней точке движения. Система управления открывает впускной клапан 20 и продукты сгорания по трубопроводу 4 чрез впускной клапан 20 поступают в левую рабочую полость поршня 14 и поршни 6, 7, 14, 28 движутся слева направо. Одновременно система управления отслеживает текущее значение давления поступающих в рабочую полость поршня 14 продуктов сгорания и в соответствии с нагрузкой на энергомодуль компрессора определяет момент времени открытия клапана перепуска выхлопных газов 42. При движении поршней 6, 7, 14, 28 справа налево через обратный клапан 13 из атмосферы начинает засасываться воздух в его правую компрессорную полость. Система управления в определенный ею момент времени открывает клапан перепуска выхлопных газов 42. Поступающие через него выхлопные газы из рабочей левой полости поршня 14 в его правую полость выхлопные газы смешиваются там с поступающим через обратный клапан 13 воздухом из атмосферы. В результате смесь воздуха и выхлопных газов через обратный клапан 24 подается во внешнюю камеру сгорания 1. Таким же образом при оппозитных движениях поршней 6, 7,14 и поршней 18 28, 34 осуществляется перепуск выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания 1 в обоих цилиндрах клапанами перепуска выхлопных газов 42, 43, 44, 45.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ рециркуляции выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, включающего систему управления, поршень с рабочими и компрессорными полостями, внешнюю камеру сгорания и клапан перепуска выхлопных газов из рабочей полости поршня энергомодуля в компрессорную полость, отличающийся тем, что система управления отслеживает текущее значение давления поступающих в рабочую полость поршня энергомодуля продуктов сгорания и на основании этой величины система управления открывает и закрывает клапан перепуска выхлопных газов, из рабочей полости поршня выхлопные газы через клапан перепуска выхлопных газов поступают в компрессорную полость поршня, смешиваются там со сжимаемым воздухом, и полученная смесь воздуха и выхлопных газов через обратный клапан подается во внешнюю камеру сгорания свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов, соответственно таким же способом через клапаны перепуска выхлопных газов осуществляется перепуск выхлопных газов во внешнюю камеру сгорания в остальных цилиндрах свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.
ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Затраты на НИОКР и производство заявленного изобретения не могут значительно отличаться от таковых при проектировании и отработки классических компрессоров.
ГРАФИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
Фигура. Принципиальная схема свободнопоршневого с оппозитным движением поршней энергомодуля, соединенных с поршнями компрессора сжатия газов.
1 - внешняя камера сгорания; 2 - форсунка; 3 - свеча зажигания; 4, 12, 30, 41 - трубопровод; 5, 7, 20, 21 - впускной клапан; 6, 8, 14, 18, 28, 34 - поршень; 9, 10 - шток; 11, 13, 16, 17, 24, 25, 26, 27, 33, 36, 39, 40 - обратный клапан; 15, 19, 22, 23, 29, 35, 37, 38 - выпускной клапан; 31 - радиатор; 32 - ресивер; 42, 43, 44, 45 - клапан перепуска выхлопных газов.