RU2053390C1 - Method of operation of internal combustion engine - Google Patents

Method of operation of internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2053390C1
RU2053390C1 RU9393010784A RU93010784A RU2053390C1 RU 2053390 C1 RU2053390 C1 RU 2053390C1 RU 9393010784 A RU9393010784 A RU 9393010784A RU 93010784 A RU93010784 A RU 93010784A RU 2053390 C1 RU2053390 C1 RU 2053390C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
engine
fuel
heat
temperature
Prior art date
Application number
RU9393010784A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU93010784A (en
Inventor
Владимир Александрович Цеховой
Original Assignee
Владимир Александрович Цеховой
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владимир Александрович Цеховой filed Critical Владимир Александрович Цеховой
Priority to RU9393010784A priority Critical patent/RU2053390C1/en
Publication of RU93010784A publication Critical patent/RU93010784A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2053390C1 publication Critical patent/RU2053390C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

FIELD: internal combustion engines. SUBSTANCE: water is injected into cylinders in all modes of operation, starting included. Amount of water is determined in accordance with relationship Gв= n•K•Gт at n = Qт/iп-iв, where Qт is heat of combustion of fuel, Gт is fuel consumption, K is coefficient characterizing the fraction of heat escaping to cooling system 0.16-0.36 iв is enthaply of water corresponding to temperature of injection; iп is enthalpy of steam corresponding to exhaust gas temperature. EFFECT: enhanced efficiency and reliability of engine operation.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности двигателестроению, а именно к способам работы двигателей внутреннего сгорания, использующим в рабочем цикле воду. The invention relates to mechanical engineering, in particular engine manufacturing, and in particular to methods of operation of internal combustion engines using water in a duty cycle.

Известен способ работы ДВС, по которому повышение эффективности обеспечивается путем выравнивания мощностей рабочих циклов при их осуществлении на топливе и воде. Недостатком данного способа работы двигателя является то, что выравнивание мощностей рабочих циклов осуществляется за счет снижения общей мощности дизеля, что в целом приводит к недоиспользованию его возможностей и направлено в основном на сохранение надежной работы цилиндропоршневой группы. Кроме того, способ затрагивает только рабочие режимы двигателя, т. е. когда температура поверхности камеры сгорания достигает 250-300оС, что существенно сужает возможности использования способа для ряда дизелей.There is a known method of ICE operation, in which an increase in efficiency is ensured by equalizing the power of duty cycles when they are carried out on fuel and water. The disadvantage of this method of engine operation is that the alignment of the power of the duty cycles is carried out by reducing the total diesel power, which generally leads to underutilization of its capabilities and is mainly aimed at maintaining the reliable operation of the piston-cylinder group. Furthermore, the method only affects engine operating conditions, ie. E. When the temperature of the combustion chamber surface reaches 250-300 ° C, which significantly reduces the possibility of using the method for a number of diesel engines.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания путем впрыскивания в камеру сгорания топлива и воды, в котором снижение теплонапряженности деталей и улучшение пусковых свойств достигается впрыскиванием воды, количество которой устанавливают по приведенной зависимости. Указанный способ работы, выбранный в качестве прототипа, содержит ряд недостатков. Во-первых, способ применим только к двигателям, снабженным системами наддува и не распространяется на безнаддувные модификации. Во-вторых, приведенная зависимость, устанавливающая количество впрыскиваемой воды, предполагает постоянное отслеживание ряда параметров, что требует надежной системы регулировки, в целом усложняющую силовую установку. В-третьих, впрыскивание воды осуществляется за 30о угла поворота коленчатого вала до ВМТ, что налагает определенные ограничения, не позволяя в полной мере более эффективно использовать возможности парогазовой смеси. Кроме того, возможность впрыскивания воды на частичных режимах ограничена как давлением наддува, так и максимальным давлением сгорания, что также снижает возможности повышения эффективности двигателя путем впрыскивания топлива и воды.There is a known method of operating an internal combustion engine by injecting fuel and water into the combustion chamber, in which a decrease in the heat stress of the parts and an improvement in starting properties is achieved by injecting water, the amount of which is set according to the given dependence. The specified method of operation, selected as a prototype, contains a number of disadvantages. Firstly, the method is applicable only to engines equipped with boost systems and does not apply to naturally aspirated modifications. Secondly, the above dependence, which establishes the amount of injected water, involves constant monitoring of a number of parameters, which requires a reliable adjustment system, which generally complicates the power plant. Third, the water injection is carried out at about 30 crank angle before TDC, which imposes certain restrictions, not allowing to take full advantage of the gas-vapor mixture more efficiently. In addition, the possibility of injecting water in partial modes is limited by both the boost pressure and the maximum combustion pressure, which also reduces the possibility of increasing the efficiency of the engine by injecting fuel and water.

Предлагаемый способ состоит в том, что в отличие от известного способа работы двигателя путем впрыскивания в камеру сгорания топлива и воды воду впрыскивают на всех режимах работы двигателя, а ее количество устанавливают в соответствии со следующей зависимостью:
Gв=n · K · Gт, при этом n

Figure 00000001
где Qт теплота сгорания топлива;
Gт расход топлива;
К коэффициент, характеризующий долю тепла, уходящего в систему охлаждения, 0,16 0,36;
iв энтальпия воды, соответствующая температуре впрыска;
iп энтальпия пара, соответствующая температуре отработавших газов.The proposed method consists in the fact that, in contrast to the known method of engine operation by injecting fuel and water into the combustion chamber, water is injected at all engine operating modes, and its amount is set in accordance with the following relationship:
G in = n · K · G t , with n
Figure 00000001
where Q t the calorific value of the fuel;
G t fuel consumption;
K coefficient characterizing the proportion of heat leaving the cooling system, 0.16 0.36;
i in the enthalpy of water corresponding to the injection temperature;
i p the enthalpy of steam corresponding to the temperature of the exhaust gases.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что многочисленные известные способы и устройства, предполагающие впрыскивание воды в камеру сгорания двигателя, направлены в основном на повышение эффективности двигателя и достигаются оптимизацией парогазотопливной обстановки в камере сгорания, т. е. обеспечения макро- и микросмесеобразования, результатом чего является снижение токсичности, теплонапряженности, жесткой работы двигателя и пр. Вместе с тем впрыскивание воды в камеру сгорания, кроме проявления указанных эффектов, позволяет по иному организовать тепловые потоки в двигателе, т.е. изменить тепловой баланс двигателя в сторону повышения его эффективности. Действительно, впрыскивание воды при соответствующем смешении ее паровой фазы с топливом существенно повышает эффективность дизеля, однако количество подаваемой воды ограничивается изменением потоков теплонапряженности в сторону переохлаждения деталей двигателя. Такое положение наблюдается как у двигателей с водяным охлаждением, где отбор тепла происходит как в систему охлаждения, так и впрыскиваемой на стенки камеры сгорания водой. Очевидно, что впрыскивание воды в цилиндр двигателя в больших (в сравнении с известными способами) количествах в соответствии с предлагаемой зависимостью позволяет в двигателях с водяным охлаждением отказаться от водяной системы, поскольку отвод тепла от стенок цилиндра будет осуществляться непосредственно водой, паровая фаза которой будет в дальнейшем способствовать большему проявлению эффектов (снижение токсичности, теплонапряженности и пр), достигаемых в известных способах с использованием в рабочем цикле воду. The essence of the invention lies in the fact that numerous known methods and devices involving the injection of water into the combustion chamber of an engine are mainly aimed at increasing the efficiency of the engine and are achieved by optimizing the gas-vapor situation in the combustion chamber, i.e., ensuring macro- and micro-mixture formation, resulting in is the reduction of toxicity, heat stress, hard engine operation, etc. However, the injection of water into the combustion chamber, in addition to the manifestation of these effects, allows It differently organizes heat flows in the engine, i.e. change the heat balance of the engine in the direction of increasing its efficiency. Indeed, the injection of water with appropriate mixing of its vapor phase with fuel significantly increases the efficiency of the diesel engine, however, the amount of water supplied is limited by a change in the flow of heat stress towards the overcooling of engine parts. This situation is observed both in water-cooled engines, where heat is removed both in the cooling system and in the water injected onto the walls of the combustion chamber. It is obvious that the injection of water into the engine cylinder in large (in comparison with the known methods) quantities in accordance with the proposed dependence allows the water system to be abandoned in water-cooled engines, since the heat will be removed from the cylinder walls directly with water, the vapor phase of which will be further contribute to a greater manifestation of effects (reduction of toxicity, heat stress, etc.) achieved in the known methods using water in the work cycle.

К преимуществам предлагаемого способа относится и то, что использование воды, количество которой определяется зависимостью Gв=n · k · Gт, приемлемо для всех режимов работы двигателя, в том числе и для пускового режима, где отсутствие системы водяного охлаждения, с одной стороны, и впрыскивание в камеру сгорания вместе с топливом, например подогретого заряда воды, с другой стороны, существенно облегчает запуск двигателя. Немаловажно и то, что количество впрыскиваемой в камеру сгорания воды в соответствии с предлагаемой зависимостью пропорционально подаваемой дозе топлива и не требует специальных систем регулирования.The advantages of the proposed method also include the fact that the use of water, the amount of which is determined by the dependence G in = n · k · G t , is acceptable for all engine operating modes, including the starting mode, where there is no water cooling system, on the one hand and injecting into the combustion chamber together with the fuel, for example, a heated charge of water, on the other hand, greatly facilitates starting the engine. It is also important that the amount of water injected into the combustion chamber in accordance with the proposed dependence is proportional to the supplied dose of fuel and does not require special control systems.

Наконец, внутреннее охлаждение двигателя будет эффективнее наружного (с водяной системой), поскольку отбор тепла происходит непосредственно на поверхности охлаждаемых деталей без существующего градиента температур между охлаждающей жидкостью и охлаждаемыми деталями цилиндропоршневой группы. При этом использование способа позволяет широко применять регенерацию тепла отработавших газов путем подогрева ими впрыскиваемой воды, тем самым дополнительно снижая температуру уходящих газов. Finally, internal cooling of the engine will be more effective than external (with a water system), since heat is removed directly on the surface of the cooled parts without the existing temperature gradient between the cooling liquid and the cooled parts of the piston-cylinder group. Moreover, the use of the method allows the widespread use of heat recovery of exhaust gases by heating the injected water with them, thereby further reducing the temperature of the exhaust gases.

Работа двигателя по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. Вода в камеру сгорания двигателя впрыскивается до или одновременно с подачей топливной дозы, при этом количество подаваемой воды устанавливается в соответствии с зависимостью
Gв=n · K · Gт, при этом n

Figure 00000002
где Qт теплота сгорания топлива;
Gт расход топлива;
K коэффициент, характеризующий долю тепла, уходящего в систему охлаждения;
iв энтальпия воды, соответствующая температуре впрыска;
iп энтальпия пара, соответствующая температуре отработавших газов.The engine according to the proposed method is as follows. Water is injected into the combustion chamber of the engine before or simultaneously with the supply of the fuel dose, while the amount of water supplied is set in accordance with the dependence
G in = n · K · G t , with n
Figure 00000002
where Q t the calorific value of the fuel;
G t fuel consumption;
K is a coefficient characterizing the fraction of heat leaving the cooling system;
i in the enthalpy of water corresponding to the injection temperature;
i p the enthalpy of steam corresponding to the temperature of the exhaust gases.

Впрыснутая в цилиндр двигателя вода при сгорании топлива испаряется, охлаждая стенки камеры сгорания. Пар перемешивается с продуктами сгорания топлива и совершает механическую работу расширения. В этом случае имеют место эффекты при использовании воды: антидетонационные свойства позволяют повысить степень сжатия без увеличения октанового числа, снижается токсичность газов, теплонапряженность деталей и пр. Новое свойство, которое проявляется в этом случае, состоит в том, что функцию охлаждения цилиндропоршневой группы выполняет впрыскиваемая в камеру сгорания вода, т.е. отводимое ранее тепло двигателя в систему водяного охлаждения в количестве 0,16 0,36 от общего сгорания тепла топлива не уносится из двигателя, а участвует в совершении полезной работы, повышая тем самым КПД двигателя
Эффективность предлагаемого технического решения подтверждается проведенными для двух конкретных типов двигателей расчетов теплового баланса.
The water injected into the cylinder of the engine during fuel combustion evaporates, cooling the walls of the combustion chamber. The steam is mixed with the combustion products of the fuel and performs the mechanical expansion work. In this case, there are effects when using water: antiknock properties allow to increase the compression ratio without increasing the octane number, reduces the toxicity of gases, heat stress of parts, etc. The new property that manifests itself in this case is that the injection function performs cooling of the cylinder-piston group water into the combustion chamber, i.e. previously removed engine heat to the water cooling system in the amount of 0.16 0.36 of the total combustion of fuel heat is not carried away from the engine, but is involved in the completion of useful work, thereby increasing engine efficiency
The effectiveness of the proposed technical solution is confirmed by carried out for two specific types of engines for calculating the heat balance.

1. Двигатель дизельный, мощность 300 кВт, 8 цилиндров, максимальное давление сгорания 11,52 МН/м2, температура 2140оК, α=1,55 (табл. 1).1. The diesel engine, the power of 300 kW, the cylinder 8, the maximum combustion pressure of 11.52 MN / m 2, temperature of 2140 K, α = 1,55 (Table. 1).

Из расчета следует, что при совместном впрыскивании топлива и воды в отношении 56: 44 доля теплоты, эквивалентной эффективной работе, возрастает на 12% (с 39,46% до 52,5%). It follows from the calculation that with the joint injection of fuel and water in the ratio 56: 44, the proportion of heat equivalent to efficient operation increases by 12% (from 39.46% to 52.5%).

2. Двигатель карбюраторный, мощность 55,2 кВт, 4 цилиндра, максимальное давление сгорания 6,41 МНм/м2 и температура 2733оК, α=0,9, ε=9 (табл. 2).2. The engine carburetor, the power of 55.2 kW, four cylinder, the maximum combustion pressure of 6.41 MNm / m 2 and a temperature of about 2733 K, α = 0,9, ε = 9 (Table. 2).

И в данном случае впрыскивание воды увеличивает долю теплоты, эквивалентную эффективной работе, что позволяет говорить о повышении КПД двигателя. And in this case, the injection of water increases the fraction of heat equivalent to efficient operation, which suggests an increase in engine efficiency.

Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет не только достичь эффектов, имеющих место в известных способах и устройствах, но путем перехода с внешнего на внутренний отбор тепла от стенок камеры сгорания повысить эффективную работу двигателя с одновременным снижением массогабаритных параметров, что может способствовать созданию значительного эффекта в народном хозяйстве. Thus, the use of the proposed technical solution allows not only to achieve the effects that occur in known methods and devices, but by switching from external to internal heat extraction from the walls of the combustion chamber to increase the effective operation of the engine while reducing weight and size parameters, which can contribute to the creation of a significant effect in the national economy.

Claims (1)

СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем впрыскивания в камеру сгорания топлива и воды на максимальных, номинальных и частичных режимах, отличающийся тем, что воду впрыскивают дополнительно на пусковом режиме работы двигателя и определяют ее количество Gв для всех режимов работы в соответствии с зависимостью
Gв= n × K × Gт,
при этом
Figure 00000003

где θт - теплота сгорания топлива;
Gт - расход топлива;
K = 0,16 - 0,36 - коэффициент, характеризующий долю тепла, уходящего в систему охлаждения;
iв - энтальпия воды, соответствующая температуре впрыска;
iп - энтальпия пара, соответствующая температуре отработавших газов.
METHOD OF WORKING THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE by injecting fuel and water into the combustion chamber at maximum, nominal and partial modes, characterized in that water is additionally injected at the starting engine operation mode and its quantity G in is determined for all operating modes in accordance with the dependence
G in = n × K × G t ,
wherein
Figure 00000003

where θ t is the calorific value of fuel;
G t - fuel consumption;
K = 0.16 - 0.36 - coefficient characterizing the proportion of heat leaving in the cooling system;
i в - enthalpy of water corresponding to the injection temperature;
i p is the vapor enthalpy corresponding to the temperature of the exhaust gases.
RU9393010784A 1993-03-01 1993-03-01 Method of operation of internal combustion engine RU2053390C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9393010784A RU2053390C1 (en) 1993-03-01 1993-03-01 Method of operation of internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU9393010784A RU2053390C1 (en) 1993-03-01 1993-03-01 Method of operation of internal combustion engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU93010784A RU93010784A (en) 1995-11-20
RU2053390C1 true RU2053390C1 (en) 1996-01-27

Family

ID=20137972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU9393010784A RU2053390C1 (en) 1993-03-01 1993-03-01 Method of operation of internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2053390C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1455006, кл. F 02B 47/02, 1989. Авторское свидетельство СССР N 1677356, кл. F 02B 47/02, 1990. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6907157B2 (en) Internal combustion engine that is internally cooled and its method
US5339632A (en) Method and apparatus for increasing the efficiency of internal combustion engines
US20030188700A1 (en) Method of operating reciprocating internal combustion engines, and system therefor
Arabaci et al. Experimental investigation of the effects of direct water injection parameters on engine performance in a six-stroke engine
PL179811B1 (en) Engine with water injection into its cylinder
JP2016501334A (en) Internally cooled exhaust gas recirculation system and method for internal combustion engines
US10208712B2 (en) Control system of engine
JP6278213B2 (en) Engine system
US8006654B1 (en) High efficiency eight stroke internal combustion engine
CN106103947B (en) Engine system and control method
RU2053390C1 (en) Method of operation of internal combustion engine
CN103883386A (en) Water spraying cooling system of piston reciprocating internal combustion engine
CN104727957B (en) A kind of internal-combustion piston engine control method of dynamic change burning room volume
US9297337B2 (en) Internal combustion and waste heat steam engine having a heat recovery steam generator exhaust manifold
CN203730114U (en) Water-spraying cooling system of piston reciprocating internal combustion engine
AU6425294A (en) Process and device for operating an internal combustion engine or a combustion plant
JP2008115723A (en) Reciprocating internal combustion engine
GB2077853A (en) I.C. Engine with Power Stroke Cooling Fluid Injection
GB2059501A (en) Internal Combustion Engine with Hot Water Injection
JPH02199263A (en) Reciprocating type internal combustion engine utilizing both spark ignition and compression ignition
JP2526052B2 (en) Reciprocating internal combustion engine for both spark ignition and compression ignition
RU2633972C1 (en) Method for fuel supply to combustion chamber of internal combustion engine
SU746126A1 (en) I.c.engine
RU2163975C1 (en) Internal combustion engine operation method
RU2296233C1 (en) Method of operation of liquefied gas-cooled internal combustion engine