RU2055997C1 - Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine - Google Patents

Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
RU2055997C1
RU2055997C1 SU915000072A SU5000072A RU2055997C1 RU 2055997 C1 RU2055997 C1 RU 2055997C1 SU 915000072 A SU915000072 A SU 915000072A SU 5000072 A SU5000072 A SU 5000072A RU 2055997 C1 RU2055997 C1 RU 2055997C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compressor
air
compressed
water
compression
Prior art date
Application number
SU915000072A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Глебович Шадек
Original Assignee
Евгений Глебович Шадек
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 Евгений Глебович Шадек filed Critical Евгений Глебович Шадек
Priority to SU915000072A priority Critical patent/RU2055997C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2055997C1 publication Critical patent/RU2055997C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Supercharger (AREA)

Abstract

FIELD: internal combustion engines. SUBSTANCE: compression is effected isothermally by injecting the sprayed water into inlet branch pipe of compressor or directly into compression stage and fuel is burnt in steam-and-gas mixture thus formed. Compressed steam-and-gas mixture is additionally compressed due to heating in heat exchanger - thermal compressor by heat of waste gases. Waste gas energy is recovered due to additional expansion of gases in turbocompressor where air charge is preliminarily compressed and water is injected into it. Water supply system may be closed because it is provided with cooler-condenser. EFFECT: reduced consumption of power required for compression of fresh charge. 8 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателестроению. The invention relates to mechanical engineering, in particular, to engine building.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания путем всасывания и изотермического сжатия воздуха в компрессоре, перепуска сжатого воздуха с одновременным его подогревом в поршневой расширитель, дополнительного адиабатического сжатия в последнем, сжигания топливного заряда, расширения продуктов сгорания для использования работы расширения и выпуска отработавших газов [1]
Однако последующее после сжатия дополнительное сжатие именно в поршневом расширителе не позволяет достичь высокой экономичности работы двигателя, в частности из-за увеличения механических потерь в поршневом расширителе.A known method of operation of an internal combustion engine by suction and isothermal compression of air in a compressor, bypassing compressed air with its simultaneous heating into a piston expander, additional adiabatic compression in the latter, burning the fuel charge, expanding the combustion products to use the expansion and exhaust work [1]
However, subsequent compression after additional compression in the piston expander does not allow to achieve high efficiency of the engine, in particular due to an increase in mechanical losses in the piston expander.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ работы двигателя путем всасывания и сжатия воздуха в компрессоре, перепуска сжатого воздуха в поршневой расширитель, сжигания топливного заряда, расширения продуктов сгорания для использования работы расширения и выпуска отработавших газов [2]
Недостатком прототипа является его низкая экономичность из-за тепловых потерь на сжатие воздуха в поршневом компрессоре.The closest technical solution to the claimed one is the method of operation of the engine by suction and compression of air in the compressor, bypassing compressed air into the piston expander, burning the fuel charge, expanding the combustion products to use the work of expansion and exhaust gas [2]
The disadvantage of the prototype is its low efficiency due to heat loss due to air compression in the reciprocating compressor.

Целью изобретения является повышение технико-экономических и экологических показателей. The aim of the invention is to increase the feasibility and environmental indicators.

Поставленная цель достигается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания, заключающемся во всасывании и сжатии в компрессоре воздуха, его перепуске в поршневой расширитель, сжигании топливного заряда, расширении продуктов сгорания для использования работы расширения и выпуска отработавших газов, сжатие производят изотермически путем отвода теплоты от сжимаемого воздуха на испарение до состояния насыщения впрыскиваемой в последний воды, а топливный заряд сжигают в образовавшейся паровоздушной смеси. This goal is achieved by the fact that in the method of operation of an internal combustion engine, which consists in suction and compression of air in a compressor, its transfer to a piston expander, combustion of a fuel charge, expansion of combustion products to use the work of expansion and exhaust exhaust, the compression isothermally performed by heat removal from compressed air to evaporation to a state of saturation of the water injected into the latter, and the fuel charge is burned in the resulting vapor-air mixture.

Цель может также достигаться тем, что паровоздушную смесь дополнительно сжимают путем последовательного нагрева в замкнутых объемах теплом отработавших газов в противотоке. The goal can also be achieved by the fact that the vapor-air mixture is additionally compressed by sequential heating of the exhaust gases in countercurrent in closed volumes with heat.

Цель достигается также тем, что отработавшие газы дополнительно расширяют и энергию их расширения используют для предварительного сжатия воздуха перед всасыванием. The goal is also achieved by the fact that the exhaust gases expand further and their expansion energy is used to pre-compress the air before suction.

Цель достигается также тем, что отработавшие газы охлаждают до конденсации, выпавший при этом конденсат фильтруют и подают в компрессор в качестве воды на испарение. The goal is also achieved by the fact that the exhaust gases are cooled to condensation, the condensate that has precipitated is filtered and fed to the compressor as evaporation water.

На фиг. 1 представлен двигатель внутреннего сгорания, в котором реализуется предложенный способ; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 вариант двигателя для реализации способа по п.2 формулы; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг.5 вариант двигателя для реализации способа по п.3 формулы; на фиг. 6 то же, для реализации способа по п.4 формулы; на фиг.7 теоретические диаграммы P-V-циклов известных двигателей с самовоспламенением заряда и принудительным его воспламенением; на фиг.8 то же, двигателей, в которых реализуется предложенный способ; на фиг.9 то же, двигателей, в которых реализуется способ по п.2 формулы. In FIG. 1 shows an internal combustion engine in which the proposed method is implemented; figure 2 section aa in figure 1; figure 3 is a variant of the engine for implementing the method according to claim 2 of the formula; in Fig.4 a section bB in Fig. 3; figure 5 is a variant of the engine for implementing the method according to claim 3 of the formula; in FIG. 6 the same, for implementing the method according to claim 4 of the formula; Fig.7 theoretical diagrams of P-V cycles of known engines with self-ignition charge and its forced ignition; on Fig the same, engines in which the proposed method is implemented; Fig.9 is the same, engines, which implements the method according to claim 2 of the formula.

Двигатель содержит компрессор 1, например многоступенчатый, установленный в магистрали 2 впуска сжатого заряда, снабженный впускным патрубком 3, поршневой расширитель 4, снабженный средствами 5 воспламенения и сжигания топливного заряда и связанный с магистралью 2 впуска и с магистралью 6 выпуска отработавших газов, и подогреватель 7 сжатого заряда теплом отработавших газов, установленный между компрессором 1 и расширителем 4, причем компрессор 1 выполнен лопаточным и снабжен устройством 8 впрыска и распыления воды, установленным во впускном патрубке 3 и в ступенях сжатия компрессора 1. Компрессор 1 может быть связан с валом расширителя 4 при помощи редуктора 9. The engine comprises a compressor 1, for example a multi-stage, installed in the compressed air inlet line 2, equipped with an inlet pipe 3, a piston expander 4, equipped with means 5 for igniting and burning the fuel charge and connected to the intake line 2 and to the exhaust gas line 6, and a heater 7 the compressed charge of the heat of the exhaust gases installed between the compressor 1 and the expander 4, and the compressor 1 is made of a blade and is equipped with a device 8 for injection and spraying water installed in the inlet m pipe 3 and in the compression stages of compressor 1. Compressor 1 can be connected to the shaft of the expander 4 using gear 9.

Для реализации способа работы по п.2 формулы изобретения подогреватель 7 может быть выполнен в виде противоточного поверхностного теплообменника-термокомпрессора, разделенного обратными клапанами 10 на изолированные секции 11. To implement the method of operation according to claim 2, the heater 7 can be made in the form of a countercurrent surface heat exchanger-thermocompressor, divided by check valves 10 into insulated sections 11.

Для реализации способа по п.3 формулы двигатель может быть снабжен турбокомпрессором 12, установленным перед впускным патрубком 3 компрессора 1. To implement the method according to claim 3, the engine can be equipped with a turbocharger 12 installed in front of the inlet pipe 3 of the compressor 1.

Для реализации способа по п.4 формулы двигатель может быть снабжен холодильником-конденсатором 13 и подключенными к нему последовательно водосборником 14, фильтром 15 и насосом 16 высокого давления, причем насос 16 подсоединен к устройству 8 впрыска и распыления воды, а холодильник-конденсатор 13 установлен в магистрали 6 выпуска отработавших газов. Холодильник-конденсатор 13 может быть выполнен в виде радиатора 17 и осевого вентилятора 18, просасывающего через него воздух. To implement the method according to claim 4, the engine can be equipped with a condenser cooler 13 and a water collector 14 connected to it in series, a filter 15 and a high pressure pump 16, the pump 16 being connected to the water injection and spraying device 8, and the condenser condenser 13 is installed in the highway 6 exhaust emissions. The refrigerator-condenser 13 can be made in the form of a radiator 17 and an axial fan 18, which sucks air through it.

Заявленный способ реализуется следующим образом. The claimed method is implemented as follows.

Атмосферный воздух засасывается многоступенчатым центробежным или осевым компрессором 1, например, связанным с поршневым расширителем 4 посредством редуктора 9, и сжимается. Во впускном патрубке 3 компрессора 1 с помощью устройства впрыска и распыления 8, например, прямоструйных или центробежных форсунок, а также между ступенями компрессора 1 впрыскивается с мелкодисперсным распылом вода (или другая жидкость с меньшей теплотой испарения), за счет чего сжатие осуществляется изотермически. Тонкий распыл обеспечивается высоким давлением (20-50 МПа) воды, создаваемым насосом 16 (фиг.6) и небольшим проходным сечением сопловых отверстий форсунок (0,1-0,8 мм). Atmospheric air is sucked in by a multistage centrifugal or axial compressor 1, for example, connected to a piston expander 4 by means of a reducer 9, and is compressed. In the inlet pipe 3 of the compressor 1 using an injection and spraying device 8, for example, direct-jet or centrifugal nozzles, as well as between the stages of the compressor 1, water (or other liquid with a lower heat of vaporization) is sprayed with fine spray, due to which the compression is isothermal. Thin spray is provided by a high pressure (20-50 MPa) of water created by the pump 16 (Fig.6) and a small flow area of nozzle nozzle openings (0.1-0.8 mm).

Как известно, в изотермическом процессе сжатия при Т const достигается минимальное количество работы. Реальный процесс близок к политропному с показателем политропы сжатия n, изменяющимся в пределах n 1,32-1,39. Как показывает расчетный теоретический анализ, работа сжатия в политропном процессе с n 1,36 больше, чем в изотермическом на величину от 6% при конечном давлении сжатия Рс 2 ·106 Па до 40% при Рс8 ·106 Па. По расчетным данным для идеализированных теоретических циклов с изохорным и изобарным подводом тепла (при сгорании топлива в цилиндре) указанное превышение составляет долю от всей произведенной за полный цикл работы двигателя соответственно 8-17 и 6-16% в возможном диапазоне параметров. Для надежной и экономичной работы ступеней компрессора, работающего с влажным газом, эффективен многоразовый или непрерывный впрыск воды в ступенях при сохранении удельного расхода воды для сжатия неизменным.As is known, in the isothermal compression process at T const a minimum amount of work is achieved. The real process is close to polytropic with the compression polytropic index n varying within the range of 1.32-1.39. As the calculated theoretical analysis shows, the compression work in the polytropic process with n 1.36 is greater than in the isothermal process by 6% at the final compression pressure P from 2 · 10 6 Pa to 40% at P from 8 · 10 6 Pa. According to the calculated data for idealized theoretical cycles with isochoric and isobaric heat input (during fuel combustion in the cylinder), the specified excess makes up a fraction of all produced for a full cycle of the engine, 8-17 and 6-16%, respectively, in a possible range of parameters. For reliable and economical operation of the stages of a compressor working with wet gas, reusable or continuous injection of water in stages is effective while maintaining the specific flow rate of water for compression unchanged.

В установке используется компрессор, в котором учтены условия работы с влажным газом. Расход воды на впрыск в поток воздуха в компрессоре 1 устанавливают с возможностью ее полного испарения, при этом состояние газа соответствует насыщенному с относительной влажностью Φ 1 (однофазная парогазовая смесь). The compressor is used in the installation, in which the working conditions with wet gas are taken into account. The flow rate of water for injection into the air stream in the compressor 1 is set with the possibility of its complete evaporation, while the state of the gas corresponds to saturated with relative humidity Φ 1 (single-phase vapor-gas mixture).

Насыщенная парогазовая смесь направляется из компрессора 1 в магистраль 2 впуска, сообщающуюся непосредственно с впускными органами поршневого расширителя 4. В данном способе, в связи с низкой температурой воздушного заряда, возможна работа только с принудительным воспламенением, при этом наиболее рациональной представляется схема с использованием непосредственного впрыска бензина в расширитель 4 либо в магистраль 2 впуска, как наиболее надежная, универсальная и простая в конструктивном выполнении. В таком двигателе улучшается приемистость, снимается проблема создания надежной системы питания с карбюратором, при впрыске топлива снижаются требования к октановому числу, т.е. уменьшается склонность двигателя к детонации. В то же время использование турбонаддува в двигателях с искровым зажиганием связано с опасностью возникновения детонации и калильного зажигания, повышением октанового числа. Для предотвращения детонации применяют, в частности, впрыск воды. В описываемом способе эта проблема решается, так как двигатель работает на паровоздушной смеси, при этом сохраняются все достоинства работы двигателя с турбонаддувом и внутренним смесеобразованием. A saturated vapor-gas mixture is directed from the compressor 1 to the intake manifold 2, which communicates directly with the intake organs of the piston expander 4. In this method, due to the low temperature of the air charge, it is possible to work only with forced ignition, while the scheme using direct injection seems to be the most rational gas in the expander 4 or in the intake manifold 2, as the most reliable, versatile and simple in design. In such an engine, the throttle response is improved, the problem of creating a reliable power system with a carburetor is removed, with fuel injection, the requirements for the octane number are reduced, i.e. the tendency of the engine to knock decreases. At the same time, the use of turbocharging in engines with spark ignition is associated with the danger of knocking and ignition ignition, an increase in octane number. In particular, water injection is used to prevent detonation. In the described method, this problem is solved, since the engine runs on a steam-air mixture, while retaining all the advantages of a turbo-charged engine and internal mixture formation.

Высокое давление подаваемого в расширитель 4 воздушного заряда в описываемом способе обеспечивает интенсивную турбулизацию рабочей смеси, завихрение, вращательное движение потоков в цилиндре расширителя 4 или камере сгорания все это улучшает смесеобразование, однородность смеси, полноту ее сгорания, т.е. в итоге использование топлива. В этом еще одно преимущество предлагаемого решения. The high pressure of the air charge supplied to expander 4 in the described method provides intensive turbulization of the working mixture, swirling, rotational flows in the cylinder of expander 4 or the combustion chamber all this improves the mixture formation, the uniformity of the mixture, the completeness of its combustion, i.e. in the end, the use of fuel. This is another advantage of the proposed solution.

При подаче паровоздушной смеси в цилиндр поршневого расширителя 4 поршень последнего находится в районе верхней мертвой точки (ВМТ). Одновременно в паровоздушный поток впрыскивается топливо и включается искровое зажигание, топливный заряд воспламеняется от электрической искры, сгорает, расширяетcя при движении поршня к нижней мертвой точке (НМТ) с передачей работы расширения потребителю. Следует при этом отметить, что работоспособность смеси пара, продуктов сгорания и воздуха выше, чем работоспособность отработавших газов, например, в прототипе. Затем при ходе поршня по инерции от НМТ к ВМТ происходит очистка цилиндра от продуктов сгорания, их вытеснение и удаление в магистраль 6 выпуска отработавших газов. Возможна также очистка цилиндра продувкой его сжатым воздухом аналогично способу очистки в двухтактном двигателе, при этом может быть предусмотрена дополнительная схема подачи сжатого воздуха от компрессора 1. When the steam-air mixture is fed into the cylinder of the piston expander 4, the piston of the latter is in the region of the top dead center (TDC). At the same time, fuel is injected into the vapor-air flow and spark ignition is turned on, the fuel charge ignites from an electric spark, burns, expands when the piston moves to the bottom dead center (BDC) with the transfer of expansion work to the consumer. It should be noted that the efficiency of the mixture of steam, combustion products and air is higher than the efficiency of the exhaust gases, for example, in the prototype. Then, during the piston stroke by inertia from BDC to TDC, the cylinder is cleaned of combustion products, they are displaced and removed to the exhaust gas exhaust line 6. It is also possible to clean the cylinder by blowing it with compressed air, similarly to the cleaning method in a two-stroke engine, while an additional scheme for supplying compressed air from compressor 1 can be provided.

При подходе поршня в ВМТ после выпуска начинается следующий цикл работы двигателя. Таким образом, в отличие от cпоcобов работы извеcтных двигателей в предложенном отcутcтвует движение поршней раcширителя на тактах вcаcывания и cжатия за cчет их перемещения в компреccор c "влажным" cжатием. When the piston approaches the TDC after release, the next cycle of the engine starts. Thus, in contrast to the modes of operation of the known engines, the proposed one does not have the movement of the expander pistons at the suction and compression cycles due to their movement into the compressor with "wet" compression.

Оcновное преимущеcтво заявленного cпоcоба по cравнению c аналогами выигрыш в энергии за cчет cнижения работы сжатия (сравниваются затраты энергии на работу сжатия влажного газа в компрессоре и воздушного заряда в цилиндре при равных значениях Рс). Этот выигрыш тем больше, чем больше конечное давление сжатия Рс и, следовательно, расход воды на испарение. На "влажное" сжатие затрачивается в 1,5-2 раза меньше мощности компрессора, чем при "сухом" сжатии, а коэффициент отдачи полезной мощности расширителя, например газовой турбины, увеличивается в 1,65-2 раза.The main advantage of the claimed method in comparison with analogs is the gain in energy due to the reduction in compression work (energy costs for the compression work of wet gas in the compressor and air charge in the cylinder are compared at equal values of P s ). This gain is greater, the greater the final compression pressure P s and, consequently, the water flow rate for evaporation. 1.5-2 times less compressor power is spent on “wet” compression than on “dry” compression, and the coefficient of return of the usable power of an expander, for example a gas turbine, increases by 1.65-2 times.

Для осуществления способа с подводом теплоты в расширителе 4 при постоянном объеме (с самовоспламенением заряда) сжатый в компрессоре 1 парогазовый заряд может быть подогрет в подогревателе 7 теплом отработавших газов, выпускаемых из цилиндра расширителя 4 по магистрали 6 выпуска. Указанный вариант способа может быть осуществлен в дизеле с любым выполнением камеры сгорания, а для подачи топлива в нее может быть применено пневматическое его распыление через топливную форсунку с использованием компрессора 1,
Подогрев в указанном способе может быть осуществлен в противоточном поверхностном теплообменнике-термокомпрессоре, разделенном обратными клапанами 10 на изолированные секции 11. Нагрев воздуха в теплообменнике происходит при постоянном объеме с соответствующим повышением давления прямо пропорционально абсолютной температуре нагрева Тн. Такой режим обеспечивается конструкцией теплообменника и условиями теплообмена. В каждой секции 11 заключена в герметичном объеме между обратными клапанами 10 порция сжатого в компрессоре 1 заряда. Эта порция должна превышать максимальную разовую подачу заряда в цилиндр расширителя 4.To implement the method with the supply of heat in the expander 4 at a constant volume (with self-ignition of the charge), the combined-gas charge compressed in the compressor 1 can be heated in the heater 7 by the heat of exhaust gases discharged from the cylinder of the expander 4 through the exhaust pipe 6. The indicated variant of the method can be carried out in a diesel engine with any embodiment of the combustion chamber, and pneumatic spraying through a fuel nozzle using compressor 1 can be used to supply fuel to it;
Heating in this method can be carried out in a countercurrent surface heat exchanger-thermocompressor, divided by check valves 10 into insulated sections 11. Air heating in the heat exchanger occurs at a constant volume with a corresponding increase in pressure in direct proportion to the absolute heating temperature T n . This mode is ensured by the design of the heat exchanger and heat transfer conditions. In each section 11, a portion of the charge compressed in the compressor 1 is enclosed in a sealed volume between the check valves 10. This portion should exceed the maximum single charge supply to the cylinder of the expander 4.

При работе двигателя температура воздуха Тг вдоль подогревателя 7 по секциям устанавливается в соответствии с температурой Тг отработавших газов: значение Тг убывает по ходу движения отработавших газов, например с 800 до 400 К, значение Тн возрастает от первой до последней секции, например с 350 до 700 К.When the engine is running, the air temperature T g along the heater 7 in sections is set in accordance with the temperature T g of the exhaust gases: the value of T g decreases in the direction of exhaust gases, for example, from 800 to 400 K, the value of T n increases from the first to the last section, for example from 350 to 700 K.

Соответственно абсолютной температуре Тн, а именно прямо пропорционально ей, устанавливается и абсолютное давление в каждой секции 11 (имеются в виду усредненные для секций значения Тн и Р) в соответствии с уравнением состояния
PV GRT, где Р и Т абсолютные значения давления (Па) и температура (К);
G весовое количество и объем воздуха в секции, кг· м3;
R универсальная газовая постоянная, Дж/кг· К.Accordingly, the absolute temperature T n , namely, directly proportional to it, sets the absolute pressure in each section 11 (we mean the values of T n and P averaged for the sections) in accordance with the equation of state
PV GRT, where P and T are absolute pressure values (Pa) and temperature (K);
G weight quantity and volume of air in the section, kg · m 3 ;
R universal gas constant, J / kg · K.

При подходе поршня расширителя 4 к ВМТ в цилиндр из магистрали 2 впуска перетекает требуемая порция воздуха. Давление в магистрали 2 падает, становится меньше, чем в соседней (предыдущей) по ходу движения заряда секции 11, поэтому срабатывает обратный клапан 10 между ними и пропускает воздушный заряд в магистраль 2 до тех пор, пока давления в ней и секции не уравняются. Аналогичный процесс происходит последовательно по всем секциям 11. Таким образом обеспечивается автоматический переток заряда вдоль подогревателя 7 в процессе нагрева. When approaching the piston of the expander 4 to the TDC, the required portion of air flows from the intake line 2 into the cylinder. The pressure in the line 2 drops, becomes less than in the neighboring (previous) section 11 in the direction of the charge, so the check valve 10 between them works and passes the air charge into the line 2 until the pressures in it and the sections equalize. A similar process occurs sequentially in all sections 11. Thus, an automatic flow of charge along the heater 7 during heating is ensured.

Повышение давления воздуха при нагреве в подогревателе 7 примерно в 2-3 раза за счет утилизации тепла отработавших газов снижает потребный уровень давления в компрессоре 1 и может снизить его работу по сжатию заряда. The increase in air pressure during heating in the heater 7 by about 2-3 times due to the utilization of the heat of the exhaust gases reduces the required pressure level in the compressor 1 and can reduce its work in charge compression.

Утилизировать энергию отработавших газов возможно также для привода турбокомпрессора 12 как первой ступени сжатия "влажного" газа. По ориентировочным расчетным данным для теоретического цикла значения давлений Рr в конце расширения в цилиндре для возможных условий работы по известным и предлагаемому способам близки и находятся в пределах (0,2-0,9) МПа, что представляет существенный энергетический потенциал.It is also possible to utilize the energy of the exhaust gases to drive the turbocharger 12 as the first stage of compression of the "wet" gas. According to approximate calculated data for the theoretical cycle, the pressure values P r at the end of the expansion in the cylinder for possible working conditions by the known and proposed methods are close and are in the range (0.2-0.9) MPa, which represents a significant energy potential.

В общем случае отработавшие газы после подогревателя 7 или, если он отсутствует, сразу из магистрали 6 выпуска расширителя 4 направляют на вход турбокомпрессора 12 аналогично схемам с турбонаддувом в известных способах. На входе в турбокомпрессор 12 установлено устройство 8 впрыска воды.Из турбокомпрессора 12 сжатый заряд подается во впускной патрубок 3 компрессора 1. Возможна также компоновка обеих ступеней сжатия в виде единого агрегата, т. е. размещение обоих компрессоров на общем валу. In the General case, the exhaust gas after the heater 7 or, if it is absent, immediately from the exhaust pipe 6 of the expander 4 is directed to the input of the turbocharger 12 similarly to turbocharged circuits in known methods. A water injection device 8 is installed at the inlet of the turbocharger 12. From the turbocharger 12, the compressed charge is supplied to the inlet pipe 3 of the compressor 1. It is also possible to arrange both compression stages as a single unit, i.e., to place both compressors on a common shaft.

В описываемом способе работы двигателя возможно также использование замкнутого контура циркуляции охлаждающей компрессор воды, т.е. оборотного цикла. Он применим во всех вариантах заявленного способа. Применение его предпочтительно, так как эксплуатационные затраты, связанные с расходом воды (ее приготовление, транспортировка) могут свеcти на нет преимущества предложенного решения. Отработавшие газы в этом случае из подогревателя 7 направляют в холодильник-конденсатор 13, например, радиаторного типа, где они охлаждаются в противоточном теплообменнике 17 за счет теплообмена с наружным воздухом, который прогоняется через теплообменник 17 под действием осевого вентилятора 18. Охлаждение отработавших газов (по существу парогазовой смеси) ведут до или несколько ниже температуры точки росы. При этом водяные пары, содержащиеся в них, конденсируются, собираются в водосборнике 14. Насосом 16 высокого давления (20-50 МПа) конденсат откачивают из водосборника 14. В фильтрах 15 конденсат перед насосом 16 подвергают тщательной фильтрации от взвешенных примесей, загрязнений, масла и подают по высоконапорному трубопроводу во впускной патрубок 3 компрессора 1. Предусматривается также подпитка контура свежей водой для компенсации потерь циркулирующей воды. Осушенные отработавшие газы выпускают в атмосферу. Чтобы получить непрерывность циркуляции воды в конденсаторе 13, достаточно охладить отработавшие газы до температуры конденсации 310-330 К, что вполне достижимо при обычном воздушном охлаждении обдувом вентиляторным воздухом. In the described method of engine operation, it is also possible to use a closed circulation circuit for cooling the compressor water, i.e. reverse cycle. It is applicable in all variants of the claimed method. Its use is preferable, since the operational costs associated with the consumption of water (its preparation, transportation) can negate the advantages of the proposed solution. In this case, the exhaust gases from the heater 7 are directed to a refrigerator-condenser 13, for example, of a radiator type, where they are cooled in a counterflow heat exchanger 17 due to heat exchange with external air, which is driven through the heat exchanger 17 under the action of an axial fan 18. Exhaust gas cooling (by essentially gas-vapor mixture) lead to or slightly below the dew point temperature. In this case, the water vapor contained in them is condensed, collected in the catchment 14. High pressure pump 16 (20-50 MPa), the condensate is pumped out of the catchment 14. In the filters 15, the condensate in front of the pump 16 is carefully filtered from suspended impurities, contaminants, oil and fed through a high-pressure pipe to the inlet pipe 3 of the compressor 1. It is also envisaged to recharge the circuit with fresh water to compensate for the losses of circulating water. Dried exhaust gas is released into the atmosphere. In order to obtain a continuous circulation of water in the condenser 13, it is enough to cool the exhaust gases to a condensation temperature of 310-330 K, which is quite achievable with conventional air cooling by blowing with fan air.

Включение в схему двигателя утилизации тепла отработавших газов дает, кроме основного энергетического, конкретный энерготехнологический эффект: охлаждение отработавших газов в теплообменнике упрощает устройство и работу холодильника-конденсатора 13, повышает его надежность, компактность, снижает расход охладителя и энергии, эксплуатационные затраты. The inclusion in the engine heat recovery circuit of the exhaust gases gives, in addition to the main energy, a specific energy-technological effect: cooling the exhaust gases in the heat exchanger simplifies the design and operation of the condenser cooler 13, increases its reliability, compactness, reduces the consumption of cooler and energy, operating costs.

Таким образом, при использовании заявленного способа работы двигателя значительно уменьшаются работа сжатия, потери от необратимости процесса, могут быть осуществимы большие значения степени сжатия, увеличиваются напор и количество подводимого от горячего источника тепла, производится охлаждение отработавших газов до температуры, близкой температуре окружающей среды, увеличивается диапазон беспомпажного регулирования компрессора и тем самым значительно увеличивается полезная работа. Thus, when using the claimed method of engine operation, the compression work, losses from the process irreversibility are significantly reduced, large values of the degree of compression can be realized, the pressure and amount of heat supplied from the hot source can be increased, the exhaust gases are cooled to a temperature close to the ambient temperature, and the range of compressor non-surge control and thereby significantly increases the useful work.

Все указанные преимущества свидетельствуют о высокой энерготехнологической эффективности предложенного способа. All these advantages indicate a high energy technological efficiency of the proposed method.

Наиболее рациональными областями применения изобретения являются стационарные энергетические установки, например, для привода электрогенераторов, судовые и т.п. The most rational areas of application of the invention are stationary power plants, for example, to drive electric generators, ship, etc.

Claims (8)

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания путем всасывания воздуха сжатия его в компрессоре, перепуска сжатого воздуха в поршневой расширитель сжигания топлива, расширения продуктов сгорания для использования работы расширения и выпуска отработавших газов, отличающийся тем, что сжатие воздуха производят изотермически путем отвода теплоты от сжимаемого воздуха на испарение впрыскиваемой воды и перевода последней в состояние насыщенного пара, а топливо сжигают в образовавшейся паровоздушной смеси. 1. The method of operation of an internal combustion engine by sucking air to compress it in a compressor, transferring compressed air to a piston expander for fuel combustion, expanding the combustion products to use the expansion and exhaust work, characterized in that the air is isothermally compressed by removing heat from the compressed air to evaporate the injected water and transfer the latter to a state of saturated steam, and the fuel is burned in the resulting vapor-air mixture. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что паровоздушную смесь дополнительно сжимают путем последовательного нагрева в замкнутых объемах теплом отработавших газов, причем смесь и отработавшие газы в процессе нагрева смеси перемещают противотоком. 2. The method according to p. 1, characterized in that the vapor-air mixture is additionally compressed by sequential heating of the exhaust gases in closed volumes, the mixture and exhaust gases being moved countercurrently in the process of heating the mixture. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отработавшие газы после выпуска дополнительно расширяют и энергию расширения используют для предварительного сжатия воздуха перед всасыванием. 3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the exhaust gases after exhaustion further expand and the expansion energy is used to pre-compress the air before suction. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что отработавшие газы охлаждают до конденсации паров воды, выпавший конденсат фильтрут и подают в компрессор в качестве воды на испарение. 4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the exhaust gases are cooled to condense water vapor, the condensate that has precipitated is filtered and fed to the compressor as evaporation water. 5. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессор, установленный в магистрали впуска и сжатия свежего заряда и снабженный впускным патрубком, поршневой расширитель, снабженный средствами сжигания толива в сжатом заряде и связанный с магистралью выпуска отработавших газов, и подогреватель сжатого заряда теплом отработавших газов, установленный между компрессором и расширителем, отличающийся тем, что компрессор выполнен многоступенчатым и снабжен средствами для впрыска и распыления воды, установленными во впускном патрубке и между ступенями. 5. An internal combustion engine comprising a compressor installed in the intake and compression line of a fresh charge and equipped with an inlet pipe, a piston expander equipped with means for burning toliv in a compressed charge and connected to an exhaust gas outlet pipe, and a compressed charge heater with exhaust gas heat installed between compressor and expander, characterized in that the compressor is multi-stage and equipped with means for the injection and spraying of water installed in the inlet pipe and waiting in steps. 6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что подогреватель сжатого заряда выполнен в виде противоточного поверхностного теплообменника-термокомпрессора, разделенного обратными клапанами на изолированные секции. 6. The engine according to claim 5, characterized in that the compressed charge heater is made in the form of a countercurrent surface heat exchanger-thermocompressor, divided by check valves into insulated sections. 7. Двигатель по пп.5 и 6, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен холодильником-конденсатором и подключенными к нему последовательно водосборником, фильтром и насосом высокого давления, причем последний подсоединен к средствам для впрыска и распыления воды в компрессоре, а холодильник-конденсатор установлен в магистрали выпуска отработавших газов. 7. The engine according to claims 5 and 6, characterized in that it is additionally equipped with a condenser refrigerator and a water collector, a filter and a high pressure pump connected to it in series, the latter being connected to means for injecting and spraying water in the compressor, and a condenser refrigerator installed in the exhaust pipe. 8. Двигатель по п.5 - 7, отличающийся тем, что многоступенчатый компрессор выполнен лопаточным. 8. The engine according to claim 5 - 7, characterized in that the multistage compressor is made of a blade.
SU915000072A 1991-07-05 1991-07-05 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine RU2055997C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU915000072A RU2055997C1 (en) 1991-07-05 1991-07-05 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU915000072A RU2055997C1 (en) 1991-07-05 1991-07-05 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2055997C1 true RU2055997C1 (en) 1996-03-10

Family

ID=21584532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU915000072A RU2055997C1 (en) 1991-07-05 1991-07-05 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2055997C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2583493C1 (en) * 2015-02-10 2016-05-10 Александр Львович Бурмистров Method of operating steam and gas turbine engine and engine
US10072841B2 (en) 2010-01-22 2018-09-11 Rv Lizenz Ag Emission-free devices and method for performing mechanical work and for generating electrical and thermal energy
RU183746U1 (en) * 2017-07-12 2018-10-02 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Adaptation device for a heat pump (VT) with an internal combustion engine (ICE)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Заявка ЕПВ N 0037218, кл. F 02B 37/00, опублик. 1981. 2. Авторское свидетельство СССР N 746126, F 02B 75/12, 1976. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10072841B2 (en) 2010-01-22 2018-09-11 Rv Lizenz Ag Emission-free devices and method for performing mechanical work and for generating electrical and thermal energy
US11397004B2 (en) 2010-01-22 2022-07-26 Rv Lizenz Ag Emission-free devices and method for performing mechanical work and for generating electrical and thermal energy
RU2583493C1 (en) * 2015-02-10 2016-05-10 Александр Львович Бурмистров Method of operating steam and gas turbine engine and engine
RU183746U1 (en) * 2017-07-12 2018-10-02 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Adaptation device for a heat pump (VT) with an internal combustion engine (ICE)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2082891C1 (en) Internal combustion engine and method of its operation
US6095100A (en) Combination internal combustion and steam engine
US3932987A (en) Method of operating a combustion piston engine with external combustion
US5339632A (en) Method and apparatus for increasing the efficiency of internal combustion engines
PL179811B1 (en) Engine with water injection into its cylinder
US4237689A (en) Internal combustion engines
JPH09509998A (en) How to convert fossil fuels to power with less pollutants
US3842808A (en) Regenerative steam ignition internal combustion engine
US4807579A (en) Turbocompounded two-stroke piston engines
RU2055997C1 (en) Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine
US967828A (en) Compound internal-combustion engine.
WO1999017001A1 (en) Power output engine
CN1017740B (en) Six strokes adiabatic engine device
SU1090906A1 (en) Method of operating heat engine
DE19625449A1 (en) Combination connection method for diesel engines
RU2018015C1 (en) Internal combustion engine
SU1320475A1 (en) Internal-combustion engine and method of its operation
SU1023121A1 (en) Method of operation of four-cycle internal combustion engine
RU2056510C1 (en) Method of operation of two-stroke internal combustion engine
RU2044911C1 (en) Heat internal combustion engine
CN2260175Y (en) Engine using fuel added with steam
RU2044900C1 (en) Internal combustion engine
GB2110305A (en) Apparatus for vaporising a liquid by hot compressed gas to produce power
RU2091599C1 (en) Engine unit
RU2176323C1 (en) Method of operation of internal combustion engine and design of engine