RU2013587C1

RU2013587C1 - Method of operation of internal combustion engine

Info

Publication number: RU2013587C1
Application number: SU904891122A
Authority: RU
Inventors: А.Ф. Мусатов; В.А. Путятинский; В.В. Дыбок
Original assignee: Мусатов Александр Федорович
Priority date: 1990-12-17
Filing date: 1990-12-17
Publication date: 1994-05-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: part of exhaust gases is enriched with oxygen when they are heated by other part of exhaust gases to steam superheat temperature in gas mixture. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для энергоснабжения транспортного средства или первичного двигателя передвижной электростанции для работы в условиях аномального состояния окружающей среды (массовых пожаров, повышенной запыленности, загазованности токсичными компонентами и т. д. ). The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used to power a vehicle or a primary engine of a mobile power plant for operation in an abnormal state of the environment (mass fires, increased dust content, gas contamination with toxic components, etc.).

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания с системой рециркуляции отработавших газов [1] . Основным недостатком такого способа работы двигателя внутреннего сгорания является его низкая экономичность, обусловленная наличием значительного числа операций для осуществления рабочего цикла, и, как следствие, сложность размещения на транспортном средстве (или передвижной электростанции) соответствующих узлов и аппаратов, а также значительных запасов хладагента (например воды) для снятия теплоизбытков энергоустановки. A known method of operation of an internal combustion engine with an exhaust gas recirculation system [1]. The main disadvantage of this method of operation of an internal combustion engine is its low efficiency, due to the presence of a significant number of operations for the implementation of the duty cycle, and, as a result, the difficulty of placing the corresponding components and devices on the vehicle (or mobile power plant), as well as significant refrigerant reserves (for example water) to remove the excess heat of the power plant.

Известен также способ работы двигателя внутреннего сгорания по рециркуляционному (полузамкнутому) циклу, при котором отработавшие газы из двигателя частично перепускают с выпуска на всасывание. Оставшуюся их большую часть охлаждают путем впрыска воды с одновременной конденсацией водяных паров, содержащихся в отработавших газах, затем разделяют на два потока. Меньшую часть газов сжимают и удаляют в окружающую среду, а большую их часть очищают от капельной влаги, обогащают кислородом, подогревают бесконтактным способом за счет использования энергии отработавших газов и отправляют на всасывание дизеля [2] . There is also a known method of operating an internal combustion engine in a recirculation (semi-closed) cycle, in which the exhaust gases from the engine are partially passed from exhaust to intake. The remaining part is cooled by injection of water with simultaneous condensation of water vapor contained in the exhaust gases, then divided into two streams. A smaller part of the gases is compressed and removed into the environment, and most of them are cleaned of droplet moisture, enriched with oxygen, heated in a non-contact way by using the energy of the exhaust gases and sent to the diesel intake [2].

Основным недостатком данного способа работы двигателя в указанных условиях является его низкая эффективность, обусловленная необходимостью размещения на транспортном средстве значительных запасов воды (для снятия теплоизбытков энергоустановки в целом и в том числе для глубокого охлаждения отработавших газов с одновременной конденсацией из их состава водяных паров) и невозможностью использования для этих целей окружающей среды (например, путем устройства радиаторной системы охлаждения энергоустановки). The main disadvantage of this method of operation of the engine under these conditions is its low efficiency, due to the need to place significant water supplies on the vehicle (to remove heat surpluses of the power plant as a whole, including for deep cooling of exhaust gases with simultaneous condensation of water vapor from their composition) and the impossibility use of the environment for these purposes (for example, by installing a radiator cooling system for a power plant).

Цель изобретения - повышение эффективности функционирования двигателя внутреннего сгорания в качестве энергоисточника транспортного средства или первичного двигателя передвижной электростанции в условиях аномального состояния окружающей среды. Поставленная цель достигается тем, что большую часть газов, используемую для формирования газовой смеси, охлаждают одновременно с водой внешнего контура системы охлаждения двигателя за счет испарения последней, полученную парогазовую смесь частично удаляют в окружающую среду, а оставшуюся ее часть смешивают с кислородом, нагревают до температуры перегрева пара в газовой смеси путем смешивания с горячими перепускаемыми газами и направляют на всасывание двигателя. The purpose of the invention is to increase the efficiency of the internal combustion engine as the energy source of a vehicle or the primary engine of a mobile power plant in an abnormal environment. This goal is achieved in that most of the gases used to form the gas mixture are cooled simultaneously with the water of the external circuit of the engine cooling system by evaporation of the latter, the resulting vapor-gas mixture is partially removed into the environment, and the remaining part is mixed with oxygen, heated to a temperature steam overheating in the gas mixture by mixing with hot by-pass gases and sent to the suction of the engine.

Отличительными признаками изобретения являются: наличие процесса газоиспарительного охлаждения энергоустановки и нагрев газовой смеси перед ее подачей на всасывание двигателя путем перепуска горячих газов с выпуска на всасывание до температуры перегрева пара, находящегося в составе газовой смеси, исключающий необходимость конденсации влаги из состава газовой смеси путем ее глубокого охлаждения. Это позволит осуществить функционирование энергоустановки в аномальных условиях с малым потреблением охлаждающей жидкости и исключает необходимость для этой цели окружающей среды. Distinctive features of the invention are: the presence of a gas-evaporative cooling process of a power plant and heating of the gas mixture before it is fed to the engine by transferring hot gases from exhaust to suction to the superheat temperature of the steam contained in the gas mixture, eliminating the need for moisture condensation from the gas mixture by deep cooling. This will allow the operation of the power plant in abnormal conditions with low coolant consumption and eliminates the need for the environment for this purpose.

Заявляемый способ работы двигателя внутреннего сгорания представляет собой такую последовательность операций: горячие отработавшие газы двигателя частично перепускают с выпуска на всасывание. Оставшуюся большую часть газов охлаждают одновременно с водой внешнего контура системы охлаждения двигателя путем их контакта за счет испарения последней, затем полученную парогазовую смесь частично удаляют в окружающую среду, а оставшуюся часть смешивают с кислородом, нагревают до температуры перегрева пара в газовой смеси путем смешения с горячими перепускаемыми газами и направляют на всасывание двигателя. The inventive method of operation of an internal combustion engine is a sequence of operations: the hot exhaust gases of the engine are partially passed from exhaust to suction. The remaining large part of the gases is cooled simultaneously with the water of the external circuit of the engine cooling system by contact by evaporation of the latter, then the resulting gas-vapor mixture is partially removed into the environment, and the remaining part is mixed with oxygen, heated to the superheat temperature of the steam in the gas mixture by mixing with hot bypassed gases and sent to the intake of the engine.

Таким образом, отличительные особенности изобретения сообщают ему признаки, соответствующие критерию "существенные отличия". Технические решения с указанной совокупностью признаков отсутствуют, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного способа работы двигателя внутреннего сгорания критерию "новизна". Thus, the distinguishing features of the invention tell him the signs that meet the criterion of "significant differences". There are no technical solutions with the indicated set of features, which allows us to conclude that the proposed method of operation of the internal combustion engine meets the criterion of "novelty."

На чертеже представлена принципиальная схема устройства, реализующего заявляемый способ работы двигателя внутреннего сгорания. The drawing shows a schematic diagram of a device that implements the inventive method of operation of an internal combustion engine.

Устройство включает в себя двигатель внутреннего сгорания 1, поверхностный охладитель 2, контактный охладитель 3 испарительного типа, смеситель 4, циркуляционные насосы 5 внутреннего контура и 6 внешнего контура системы охлаждения двигателя, регулятор 7 расхода кислорода, регулятор 8 перепуска горячих отработавших газов, баллон 9 с газообразным кислородом, редуктор 10, запорные устройства 11, 12, 13. The device includes an internal combustion engine 1, a surface cooler 2, a contact cooler 3 of an evaporative type, a mixer 4, circulation pumps 5 of the internal circuit and 6 of the external circuit of the engine cooling system, an oxygen flow regulator 7, a hot exhaust gas bypass regulator 8, and a 9 s cylinder gaseous oxygen, gearbox 10, locking devices 11, 12, 13.

Устройство функционирует следующим образом. The device operates as follows.

При заборе двигателем воздуха на горение из окружающей среды запорное устройство 12 открыто, а регуляторы 7, 8, запорное устройство 13 закрыты. В этом случае двигатель работает на атмосферном воздухе. Отработавшие газы на выходе из двигателя 1 поступают в контактный охладитель 3, где путем контакта с водой внешнего контура системы охлаждение двигателя охлаждаются одновременно с ней за счет частичного испарения последней и затем удаляются в окружающую среду, а охлажденная до температуры мокрого термометра газов вода внешнего контура забирается из контактного охладителя 3 насосом 6 и подается в поверхностный охладитель 2 для охлаждения воды внутреннего контура системы охлаждения двигателя, там нагревается и затем опять поступает в контактный охладитель 3 для последующего охлаждения. When the engine takes air for combustion from the environment, the locking device 12 is open, and the regulators 7, 8, the locking device 13 are closed. In this case, the engine runs in ambient air. The exhaust gases at the outlet of the engine 1 enter the contact cooler 3, where by contacting the external circuit system with water, the engine cooling is cooled simultaneously with it due to the partial evaporation of the latter and then removed to the environment, and the external circuit water cooled to the temperature of the wet gas thermometer is taken from contact cooler 3 by pump 6 and fed to surface cooler 2 to cool the water of the internal circuit of the engine cooling system, it heats up there and then again enters 3 Comp act cooler for subsequent cooling.

При переводе работы двигателя на полузамкнутый цикл одновременно закрывается запорное устройство 12 и открываются регуляторы 7, 8 и запорные устройства 11, 13. When translating the engine into a semi-closed cycle, the locking device 12 is simultaneously closed and the regulators 7, 8 and the locking devices 11, 13 are opened.

Отработавшие газы на выходе из дизеля частично перепускаются с выпуска на всасывание через регулятор 8, а оставшаяся часть газов направляется в контактный охладитель 3, где охлаждается одновременно с водой внешнего контура системы охлаждения двигателя, за счет испарения последней. Парогазовая смесь на выходе из охладителя 3 частично удаляется в окружающую среду, а оставшаяся большая часть через запорное устройство 13 поступает в смеситель 4, куда через регулятор 7, редуктор 10, запорное устройство 11 из баллона 9 в необходимом количестве поступает кислород. Образовавшаяся смесь нагревается горячими газами, количество которых регулируется положением регулятора 8, до температуры перегрева пара в газовой смеси (например 120-150^оС) и подается на всасывание двигателя.The exhaust gases at the exit from the diesel are partially transferred from the exhaust to the suction through the regulator 8, and the remaining part of the gases is directed to the contact cooler 3, where it is cooled simultaneously with the water of the external circuit of the engine cooling system, due to the evaporation of the latter. The vapor-gas mixture at the outlet of the cooler 3 is partially discharged into the environment, and the remaining majority through the shut-off device 13 enters the mixer 4, where oxygen is supplied from the cylinder 9 through the regulator 7, the reducer 10, the shut-off device 11. The resulting mixture was heated by the hot gases, the amount of which is regulated by the position controller 8, to superheat steam in the gas mixture (e.g. 120-150 ° ^C) and fed to the suction motor.

Технико-экономическая эффективность заявляемого способа работы двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем: повышается эффективность функционирования двигателя внутреннего сгорания в качестве энергоисточника транспортного средства или первичного двигателя передвижной электростанции в условиях аномального состояния среды за счет того, что, с одной стороны, нагрев газовой смеси до температуры перегрева пара предотвратит конденсацию водяных паров (которых может быть в газовой смеси до 50-60 об. % ) на зеркале цилиндра, а, с другой стороны, предотвратит отрицательное влияние насыщенных водяных паров на протекание рабочего процесса в цилиндрах двигателя, так как перегретый водяной пар по своим свойствам приближается к инертному газу, что позволит в целом осуществить испарительное охлаждение двигателя, работающего по полузамкнутому циклу, и значительно сократить расход воды на его функционирование. The technical and economic efficiency of the proposed method of operation of an internal combustion engine is as follows: the efficiency of the internal combustion engine as an energy source of a vehicle or a primary engine of a mobile power plant in an abnormal environment is increased due to the fact that, on the one hand, the gas mixture is heated to a temperature overheating of the steam will prevent condensation of water vapor (which may be in the gas mixture up to 50-60 vol.%) on the cylinder mirror, and, with On the other hand, it will prevent the negative influence of saturated water vapor on the flow of the working process in the engine cylinders, since superheated water vapor in its properties approaches an inert gas, which will allow for evaporative cooling of the engine operating in a semi-closed cycle and significantly reduce water consumption by its functioning.

Claims

METHOD OF WORKING THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE by supplying fuel to the engine cylinders and suctioning an artificial gas mixture, compressing, igniting, burning, expanding the combustion products, transferring a smaller part of the exhaust gases to the suction, and a larger part, to cool by contacting the liquid from the cooling system with the formation gas mixture, and separation of the cooled exhaust gases into the first and second streams, the first stream being removed and the second being heated with a smaller part of the exhaust gases, characterized in that o, in order to increase efficiency, a second stream of cooled exhaust gas is enriched with oxygen when heated at a part of the exhaust gas to superheat steam in the gas mixture and fed to the absorption.