RU2265739C1 - Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine implementation the method - Google Patents

Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine implementation the method Download PDF

Info

Publication number
RU2265739C1
RU2265739C1 RU2004120409/06A RU2004120409A RU2265739C1 RU 2265739 C1 RU2265739 C1 RU 2265739C1 RU 2004120409/06 A RU2004120409/06 A RU 2004120409/06A RU 2004120409 A RU2004120409 A RU 2004120409A RU 2265739 C1 RU2265739 C1 RU 2265739C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
air
heat exchanger
fuel
electric
Prior art date
Application number
RU2004120409/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
И.О. Прутчиков (RU)
И.О. Прутчиков
В.В. Камлюк (RU)
В.В. Камлюк
В.Н. Солдатов (RU)
В.Н. Солдатов
Н.А. Карельский (RU)
Н.А. Карельский
нов Д.А. Емель (RU)
Д.А. Емельянов
В.И. Михайлов (RU)
В.И. Михайлов
В.В. Зорин (RU)
В.В. Зорин
Original Assignee
Военный инженерно-технический университет
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 Военный инженерно-технический университет filed Critical Военный инженерно-технический университет
Priority to RU2004120409/06A priority Critical patent/RU2265739C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2265739C1 publication Critical patent/RU2265739C1/en

Links

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

  • Supercharger (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; internal combustion engines.
SUBSTANCE: according to proposed method of operation of internal combustion engine, by intake of compressed air, its compression, injection and combustion of fuel and exhaust of waste gases and delivery of additional working medium at transient conditions, compression ratio of air at transient conditions is increased by turning rotor of turbocompressor, and at transient starting and keeping of engine at hot stand-by mode, engine is warmed before delivery of fuel and compressed air into cylinders. Rotor of turbocompressor is turned at transient conditions by steam formed by heat of exhaust gases in heat exchanger installed at engine outlet and by additional working medium received by combustion of mixture of air from air space and exhaust gases of engine at engine outlet before heat exchanger. Crankshaft of engine at transient conditions and operation at overload is turned up by electric machine supplied by storage battery through frequency and voltage converter. Used as additional working medium supplied to intake of engine, compressed air from reservoir is used with replenishment of air by electric compressor. Additional working medium-heat carrier is introduced into exhaust gases of engine at transient conditions and at operation at low load. Said heat carrier is prepared by combustion of mixture of fuel delivered under pressure from reservoir at engine outlet before heat exchanger, and mixture of air from air space and exhaust gases of engine. Storage batteries are trickle-charged by thermoelectric generator built into heat exchanger, and their charging is carried out when engine operates at low loads by electric machine through frequency and voltage converter. Delivery of energy from frequency and voltage converter to all consumers and delivery of steam from heat exchanger are provided under all operating conditions.
EFFECT: improved efficiency of engine operation under static and transient conditions, power and heat supply of consumers, dynamic characteristics of turbocompressor.
3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для повышения эффективности работы двигателей внутреннего сгорания на статических и переходных режимах сгорания.The invention relates to the field of engine building and can be used to improve the efficiency of internal combustion engines in static and transient combustion modes.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, предусматривающий подачу в цилиндры двигателя на переходных режимах работы дополнительного кислорода (окислителя) и дополнительного рабочего тела, получаемого путем сжигания топлива, а также подкрутку ротора турбокомпрессора обратимой электрической машиной. Причем на предпусковых режимах за счет сжигания топлива в электрофакельном устройстве на впуске производят предпусковой подогрев двигателя с одновременной подзарядкой стартерных батарей от обратимой электрической машины, приводимой во вращение турбокомпрессором (см. RU 2231660, опубл. 27.06.2004).A known method of operation of an internal combustion engine, which provides for supplying additional oxygen (an oxidizing agent) and an additional working fluid obtained by burning fuel to the engine cylinders during transient operation, as well as twisting the rotor of a turbocompressor with a reversible electric machine. Moreover, in prestarting modes, due to the combustion of fuel in an electric torch device, the engine is preheated while the starter batteries are recharged from a reversible electric machine driven by a turbocharger (see RU 2231660, published June 27, 2004).

Недостатки данного способа работы и двигателя внутреннего сгорания:The disadvantages of this method of operation and internal combustion engine:

1. Недостаточно эффективные предпусковой прогрев двигателя, а также подзарядка стартерной аккумуляторной батареи, вызванные тем, что турбина турбокомпрессора в этом случае работает на нерасчетном режиме с малой частотой вращения и низким КПД. В таком режиме снять с нее большую мощность одновременно на привод компрессора и подзарядку стартерной аккумуляторной батареи не представляется возможным.1. Insufficiently effective preheating of the engine, as well as recharging the starter battery, caused by the fact that the turbocharger turbine in this case operates in off-design mode with a low speed and low efficiency. In this mode, it is not possible to remove large power from it simultaneously to the compressor drive and recharging the starter battery.

2. Ограниченность запаса и взрывоопасность использования дополнительного окислителя, в качестве которого применен сжатый в емкости высокого давления кислород.2. The limited supply and explosive use of an additional oxidizing agent, which is used as oxygen compressed in a high-pressure tank.

3. Неблагоприятные физико-химические и термодинамические характеристики дополнительного рабочего тела, подаваемого в цилиндры двигателя при набросах нагрузки. В качестве дополнительного рабочего тела используют высокотемпературные продукты сгорания топлива и смеси воздуха с кислородом. Малая плотность высокотемпературной газовой смеси не позволяет разместить в цилиндрах двигателя достаточное количество рабочего тела. Несовершенство процессов смесеобразования и сгорания в электрофакельном устройстве может привести к местному переобогащению рабочей смеси кислородом либо продуктами неполного сгорания топлива (сажей), что влечет за собой опасность отложений и последующих взрывов во впускном коллекторе, нарушений рабочего процесса двигателя, загрязнения деталей цилиндропоршневой группы и газовоздушных трактов.3. Adverse physicochemical and thermodynamic characteristics of the additional working fluid supplied to the engine cylinders during load surges. As an additional working fluid, high-temperature products of fuel combustion and air-oxygen mixtures are used. The low density of the high-temperature gas mixture does not allow to place a sufficient amount of working fluid in the engine cylinders. The imperfection of the processes of mixture formation and combustion in an electric torch device can lead to local re-enrichment of the working mixture with oxygen or products of incomplete combustion of fuel (soot), which entails the risk of deposits and subsequent explosions in the intake manifold, disruptions to the engine’s working process, contamination of cylinder piston parts and gas-air ducts .

4. Малая эффективность работы двигателя на малых нагрузках и перегрузках.4. Low engine efficiency at low loads and overloads.

5. Ограниченные мощностью турбокомпрессора возможности по электроснабжению потребителей.5. Limited capacity turbocharger power supply consumers.

6. Низкая экономичность ввиду отсутствия утилизации теплоты отработавших газов.6. Low efficiency due to the lack of heat recovery of exhaust gases.

Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности работы двигателя внутреннего сгорания на статических и переходных режимах работы (запуск, разгон, наброс нагрузки, работа на малых нагрузках, работа с перегрузкой), расширение возможностей по электроснабжению и теплоснабжению потребителей в процессе работы двигателя, улучшение динамических характеристик турбокомпрессора.The objective of the invention is to increase the efficiency of the internal combustion engine in static and transient modes of operation (starting, accelerating, load shedding, working at low loads, working with overload), expanding the possibilities of power supply and heat supply to consumers during engine operation, improving the dynamic characteristics of a turbocharger .

Поставленная задача решается в способе работы двигателя внутреннего сгорания путем впуска сжатого воздуха, его сжатия, впрыска и сгорания топлива, выпуска отработавших газов, подачи в переходных режимах дополнительного рабочего тела по управляющему сигналу, формируемому по моменту достижения максимальной подачи топлива на заданном режиме, при этом степень сжатия воздуха в переходных режимах увеличивают, подкручивая ротор турбокомпрессора, а на переходных режимах пуска и поддержания двигателя в «горячем резерве» перед подачей топлива и сжатого воздуха в цилиндры двигатель прогревают, согласно изобретению ротор турбокомпрессора подкручивают в переходных режимах паром, образованным за счет теплоты отработавших газов в теплообменнике, установленном на выпуске двигателя, и дополнительным рабочим телом, получаемым путем сжигания на выпуске двигателя перед теплообменником смеси воздуха из воздушной емкости и отработавших газов двигателя, коленчатый вал двигателя в переходных режимах и работе с перегрузкой подкручивают электрической машиной, питающейся от аккумуляторной батареи через преобразователь частоты и напряжения, при этом в качестве дополнительного рабочего тела, подаваемого на впуск двигателя, используют сжатый воздух из емкости с его запасом, который пополняют посредством электрокомпрессора, а в отработавшие газы двигателя на переходных режимах и при работе на малых нагрузках вводят дополнительное рабочее тело - теплоноситель, приготавливаемое путем сжигания на выпуске двигателя перед теплообменником смеси топлива, подаваемого под давлением из емкости с его запасом, и смеси воздуха из воздушной емкости, а также отработавших газов двигателя, подзарядку аккумуляторных батарей проводят от термоэлектрогенератора, встроенного в теплообменник, а их зарядку производят при работе двигателя на малых нагрузках от электрической машины через преобразователь частоты и напряжения, при этом на всех эксплутационных режимах предусматривают подачу потребителям электроэнергии от преобразователя частоты и напряжения, а также пара от теплообменника.The problem is solved in the method of operation of the internal combustion engine by inlet of compressed air, its compression, injection and combustion of fuel, exhaust gas, supply in transition modes of an additional working fluid by a control signal generated at the time of reaching maximum fuel supply in a given mode, while the degree of air compression in transient conditions is increased by tightening the rotor of the turbocompressor, and in transient modes of starting and maintaining the engine in the “hot reserve” before fuel supply and compressed air into the cylinders, the engine is heated, according to the invention, the rotor of the turbocompressor is twisted in transient conditions by steam generated due to the heat of the exhaust gases in the heat exchanger installed on the engine outlet and an additional working fluid obtained by burning air mixture from the air tank at the engine outlet before the heat exchanger and engine exhaust gases, the crankshaft of the engine in transient conditions and operation with overload is tightened up by an electric machine powered by batteries a battery through a frequency and voltage converter, using compressed air from a tank with its supply as an additional working fluid supplied to the engine inlet, which is replenished by an electric compressor, and introduced into the exhaust gases of the engine during transient conditions and when operating at low loads additional working fluid - heat carrier, prepared by burning at the engine outlet in front of the heat exchanger a mixture of fuel supplied under pressure from a tank with its reserve, and a mixture of air from air capacity, as well as engine exhaust gases, the batteries are charged from a thermoelectric generator built into the heat exchanger, and they are charged when the engine is running at light loads from an electric machine through a frequency and voltage converter, while at all operating modes, electricity is supplied to consumers from a frequency and voltage converter, as well as steam from a heat exchanger.

Для реализации указанного способа предлагается двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по крайней мере, один цилиндр с размещенным в нем поршнем, кинематически связанным с валом, турбокомпрессор, у которого выход турбины и вход компрессора связаны с атмосферой, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, магистраль подачи углеводородного топлива в цилиндры, снабженную топливным насосом высокого давления, оборудованным датчиком максимальной подачи топлива, емкость высокого давления, соединенную с электроклапаном подачи газообразного окислителя в двигатель, аккумуляторную батарею, устройство управления, управляющие выходы которого соединены с датчиком предельного положения рейки ТНВД и датчиком температуры, а управляющие входы с электроклапаном подачи газообразного окислителя на впуск двигателя, электроклапаном подачи топлива, а также преобразователем частоты и напряжения, электрофакельное устройство, снабженное электрозапальным устройством поджига топливовоздушной смеси, емкость с запасом топлива, электроклапан подачи топлива, соединенный с электрофакельным устройством, электрическую машину, соединенную через преобразователь частоты и напряжения с аккумуляторной батареей, датчик температуры, установленный на двигателе, согласно изобретению двигатель дополнительно содержит воздушный компрессор, снабженный приводным электродвигателем постоянного тока, электроклапан подачи газообразного окислителя (воздуха) в электрофакельное устройство, электроклапан подачи пара в турбину турбокомпрессора, кожухотрубный теплообменник с запасом воды в межтрубном пространстве и встроенным термоэлектрогенератором, датчик электрической нагрузки (активного тока), установленный в преобразователе частоты и напряжения, датчик давления воздуха, установленный в емкости высокого давления, причем электрическая машина кинематически связана с коленчатым валом двигателя, выход емкости высокого давления одновременно соединен с воздушным электрокомпрессором, верхней частью емкости с запасом топлива, через клапан подачи воздуха в электрофакельное устройство с первым газовым входом электрофакельного устройства, через клапан подачи окислителя на впуск двигателя с его впускным трубопроводом, также соединенным с выходом компрессора, при этом второй газовый вход электрофакельного устройства соединен с выпускным трубопроводом (коллектором) двигателя, а выход через трубное пространство теплообменника соединен с входом турбины, который также через электроклапан подачи пара связан с верхней частью межтрубного пространства теплообменника, причем встроенный в теплообменник термоэлектрогенератор соединен с аккумуляторной батареей, а дополнительные управляющие входы устройства управления соединены с датчиком давления и датчиком электрической нагрузки, а дополнительные управляющие выходы связаны с двигателем электрокомпрессора, электроклапаном подачи пара и электроклапаном подачи воздуха в электрофакельное устройство.To implement this method, an internal combustion engine is proposed, comprising at least one cylinder with a piston kinematically connected to the shaft, a turbocompressor in which the turbine outlet and compressor inlet are connected to the atmosphere, an inlet pipe, an exhaust pipe, a hydrocarbon supply line fuel to the cylinders, equipped with a high pressure fuel pump equipped with a maximum fuel supply sensor, a high pressure tank connected to the gas supply solenoid valve oxidizing agent into the engine, the battery, the control device, the control outputs of which are connected to the limit position sensor of the injection pump rail and the temperature sensor, and the control inputs with the electro-valve for supplying the gaseous oxidizer to the engine inlet, the electro-valve for supplying fuel, as well as the frequency and voltage converter, the electric torch device equipped with an electro-ignition device for igniting the air-fuel mixture, a tank with a fuel supply, a fuel solenoid valve connected to an electric faculty According to the invention, the engine further comprises an air compressor equipped with a direct current drive electric motor, an electrovalve for supplying a gaseous oxidizer (air) to an electro-torch device, an electrovalve for supplying steam into the turbine of the turbocharger, shell-and-tube heat exchanger with a supply of water in the annulus and built-in thermo an electric generator, an electric load (active current) sensor installed in the frequency and voltage converter, an air pressure sensor installed in the high pressure vessel, the electric machine being kinematically connected to the engine crankshaft, the output of the high pressure vessel is simultaneously connected to the air electric compressor, the upper part of the vessel with fuel supply, through the air supply valve to the electric torch device with the first gas inlet of the electric torch device, through the oxide supply valve an engine inlet with its inlet pipe also connected to the compressor outlet, the second gas inlet of the electric torch device is connected to the exhaust pipe (collector) of the engine, and the outlet through the pipe space of the heat exchanger is connected to the turbine inlet, which is also connected to the steam supply solenoid valve the upper part of the annulus of the heat exchanger, and the thermoelectric generator built into the heat exchanger is connected to the battery, and additional control inputs are arranged CTBA control connected to the pressure sensor and the sensor electrical load, and the additional control outputs connected electric compressor with a motor, a solenoid and a solenoid valve supplying steam into the air supply electric-device.

Такая конструкция двигателя обеспечивает: улучшение качества переходных режимов работы двигателя, сопровождающихся нарушением процесса сгорания и выходом рейки ТНВД на упор максимальной подачи (запуск, разгон, наброс, нагрузки) за счет того, что повышается количество (плотность) рабочего тела, уменьшается время разгона до номинальной частоты вращения турбокомпрессора за счет подачи в турбину дополнительного рабочего тела, а также подвода дополнительной мощности к валу двигателя от электрической машины, получающей электропитание от аккумуляторной батареи через преобразователь частоты и напряжения; повышение эффективности предпускового подогрева двигателя и поддержание его в «горячем резерве» за счет более стабильной и производительной работы электрофакельного устройства, а также использования термогенератора для подзарядки аккумуляторной батареи; повышение эффективности работы двигателя с перегрузкой благодаря возможности подвода дополнительной мощности к валу двигателя от электрической машины; повышение экономичности работы двигателя за счет выравнивания графика нагрузки и уменьшения времени работы с малой нагрузкой за счет использования аккумуляторной батареи совместно с преобразователем частоты и напряжения в качестве накопителя электрической энергии; повышение эффективности использования двигателя и его общего кпд за счет утилизации теплоты отработавших газов в теплообменнике, сопровождающейся выработкой пара и дополнительной электроэнергии; снижение взрыво- и пожароопасности эксплуатации двигателя вследствие использования в качестве дополнительного рабочего тела сжатого воздуха вместо кислорода.This engine design provides: improving the quality of transient engine operation, accompanied by a violation of the combustion process and the injection pump rail at the maximum feed (start, acceleration, surge, load) due to the fact that the quantity (density) of the working fluid increases, the acceleration time decreases to the nominal frequency of rotation of the turbocompressor due to the supply of an additional working fluid to the turbine, as well as the supply of additional power to the engine shaft from an electric machine receiving power from cumulative battery through a frequency and voltage converter; increasing the efficiency of engine preheating and maintaining it in a “hot reserve” due to more stable and productive operation of the electric torch device, as well as the use of a thermal generator to recharge the battery; increasing the efficiency of the engine with overload due to the possibility of supplying additional power to the motor shaft from an electric machine; increasing the efficiency of the engine due to the equalization of the load schedule and reducing the time of working with a small load due to the use of the battery together with the frequency and voltage converter as an electric energy storage device; improving the efficiency of engine use and its overall efficiency due to the utilization of the heat of the exhaust gases in the heat exchanger, accompanied by the generation of steam and additional electricity; reduction of explosion and fire hazard of engine operation due to the use of compressed air instead of oxygen as an additional working fluid.

Таким образом, заявляемое техническое устройство позволяет реализовать заявляемый способ.Thus, the claimed technical device allows to implement the inventive method.

Из изложенного следует, что при реализации заявляемого способа и устройства для его осуществления достигается технический результат, заключающийся в улучшении качества переходных режимов работы двигателя (запуск, разгон, наброс нагрузки), повышении перегрузочной способности двигателя, улучшении технико-экономических показателей при работе двигателя на частичных нагрузках, утилизации теплоты отработавших газов двигателя, сопровождающейся дополнительной выработкой тепловой и электрической энергии, возможности электроснабжения и теплоснабжения потребителей при функционировании двигателя на всех возможных эксплуатационных режимах: «горячем резерве», работе в транспортном режиме с переменной частотой вращения, работе в двигатель-генераторном режиме с постоянной частотой вращения, улучшении динамических характеристик турбокомпрессора.It follows from the foregoing that when implementing the proposed method and device for its implementation, a technical result is achieved, which consists in improving the quality of transient engine operation modes (starting, acceleration, load shedding), increasing the overload capacity of the engine, improving technical and economic indicators when the engine is running on partial loads, utilization of the heat of the exhaust gases of the engine, accompanied by additional generation of thermal and electric energy, the possibility of power supply and those supplying consumers with the engine operating at all possible operating modes: “hot standby”, working in a transport mode with a variable speed, working in a motor-generator mode with a constant speed, improving the dynamic characteristics of a turbocharger.

Заявляемая группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку заявка относится к объектам изобретения одного вида, одинакового направления, обеспечивающих получение одного и того же технического результата принципиально одним и тем же путем.The claimed group of inventions meets the requirement of the unity of the invention, since the application relates to objects of the invention of the same type, of the same direction, providing the same technical result in essentially the same way.

На чертеже, поясняющем изобретение, представлена принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания, реализующего данный способ работы. Схема включает в себя двигатель 1 с системами и механизмами, обеспечивающими процесс сгорания топлива, блочный плунжерный насос ТНВД 2, установленный на остове двигателя 1 и снабженный рейкой 3, датчик предельного положения рейки ТНВД (микропереключатель) 4, емкость 5 с запасом окислителя (воздуха), компрессор 6 и турбину 7 турбокомпрессора, кожухотрубный теплообменник 8 со встроенным термоэлектрогенератором, установленный на выпуске двигателя, электрофакельное устройство 9, емкость с запасом топлива 10, электрическую машину 11, воздушный компрессор 12 с электроприводом 13, управляющее устройство 14, накопитель электроэнергии (аккумуляторную батарею) 15, преобразователь частоты и напряжения 16, датчик температуры 17, датчик электрической нагрузки (активного тока) 18, электроклапан 19 подачи воздуха на впуск двигателя, электроклапан 20 подачи воздуха в электрофакельное устройство, электроклапан 21 подачи топлива в электрофакельное устройство, электроклапан 22 подачи пара в турбину турбокомпрессора, электрозапальное устройство 23, датчик давления воздуха 24.In the drawing, explaining the invention, shows a schematic diagram of an internal combustion engine that implements this method of operation. The scheme includes an engine 1 with systems and mechanisms for the fuel combustion process, a block pump plunger pump TNVD 2 mounted on the skeleton of engine 1 and equipped with a rail 3, a limit switch sensor of the injection pump rail (microswitch) 4, a tank 5 with an oxidizer (air) reserve , compressor 6 and turbocharger turbine 7, shell-and-tube heat exchanger 8 with a built-in thermoelectric generator installed at the engine outlet, electric torch device 9, tank with fuel supply 10, electric machine 11, aircomp essor 12 with electric drive 13, control device 14, electric power storage (battery) 15, frequency and voltage converter 16, temperature sensor 17, electric load (active current) sensor 18, air supply valve 19 to the engine inlet, air valve 20 to the air electric torch device, electric valve 21 for supplying fuel to the electric torch device, electric valve 22 for supplying steam to the turbine of the turbocompressor, electrosapal device 23, air pressure sensor 24.

Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом: по команде на запуск двигателя управляющее устройство 14 подает сигнал на открытие клапанов 20 и 21, а также на импульсное включение электрозапального устройства 23. При этом топливовоздушная смесь воспламеняется и сгорает в электрофакельном устройстве 9. Высокотемпературные отработавшие газы (ОГ) из электрофакельного устройства 9 поступают в теплообменник 8 и далее через турбину 7 в атмосферу. При этом часть тепловой энергии от ОГ передается через теплообменник 8 в систему охлаждения двигателя для его предпускового прогрева. Предпусковой прогрев двигателя может быть произведен путем подачи в двигатель горячей воды или пара из корпуса теплообменника 8. Одновременно при необходимости производится подзарядка аккумуляторной батареи 15 от встроенного в теплообменник 8 термоэлектрического генератора, производящего прямое преобразование тепловой энергии в электрическую. После прогрева двигателя 1 и достижения требуемой для надежного запуска и включения под нагрузку температуры по сигналу от датчика температуры 17 устройство управления формирует сигнал на запуск двигателя 1 путем включения его электростартера либо электрической машины 11 в двигательном режиме от аккумуляторной батареи. Одновременно с прокруткой коленчатого вала двигателя по сигналу от управляющего устройства 14 путем открытия электроклапана 19 производится подача воздуха под давлением в цилиндры двигателя, а подача топлива и воздуха в электрофакельное устройство прекращается путем закрытия электроклапанов 20 и 21. Подача сжатого воздуха на впуск двигателя обеспечивает повышение степени повышения давления сжатия в цилиндрах и более надежное воспламенение топлива.The internal combustion engine operates as follows: on a command to start the engine, the control device 14 gives a signal to open the valves 20 and 21, as well as to pulse-switch on the electric fuel injection device 23. In this case, the air-fuel mixture ignites and burns in the electric torch device 9. High-temperature exhaust gases ) from the electric torch device 9 enter the heat exchanger 8 and then through the turbine 7 into the atmosphere. In this case, part of the thermal energy from the exhaust gas is transmitted through the heat exchanger 8 to the engine cooling system for its prestarting heating. Prestarting of the engine can be done by supplying hot water or steam to the engine from the heat exchanger body 8. At the same time, if necessary, the battery 15 is recharged from the thermoelectric generator built into the heat exchanger 8, which directly converts thermal energy into electrical energy. After warming up the engine 1 and reaching the temperature required for reliable starting and switching on the load according to the signal from the temperature sensor 17, the control device generates a signal to start the engine 1 by turning on its electric starter or electric machine 11 in the motor mode from the battery. Simultaneously with scrolling the engine crankshaft by a signal from the control device 14 by opening the electrovalve 19, air is supplied under pressure to the engine cylinders, and the fuel and air supply to the electro-torch device is stopped by closing the electrovalves 20 and 21. The supply of compressed air to the engine inlet increases the degree increasing compression pressure in the cylinders and more reliable ignition of the fuel.

В случае, если требуется длительное время поддерживать двигатель в постоянной готовности к пуску и приему нагрузки (режим «горячего резерва»), то после описанного выше периода прогрева двигателя до заданной температуры (если нет команды на запуск и включение под нагрузку) по сигналу от датчика 17 управляющее устройство 14 формирует сигналы на закрытие электроклапанов 20 и 21. В процессе дальнейшего охлаждения двигателя при достижении его минимально допустимой температуры по сигналу от датчика 17 происходит открытие клапанов 20 и 21, включение электрозапального устройства и прогрев двигателя высокотемпературными отработавшими газами. При этом происходит постоянная подзарядка аккумуляторной батареи 15 от встроенного в теплообменник 8 термоэлектрогенератора, а также периодическая подкачка воздуха в емкость 5 компрессором 12 с электроприводом постоянного тока 13, управляемым по сигналам от датчика давления 24. Таким образом, периоды принудительного прогрева и естественного охлаждения двигателя 1 чередуются, обеспечивая постоянное нахождение его в готовности к пуску и приему нагрузки. При этом сам двигатель на самопрогрев не запускается, и специальные дополнительные устройства для его прогрева не используются.If it is required to maintain the engine in constant readiness for starting and receiving a load for a long time (“hot reserve” mode), then after the above-described period of warming up the engine to a predetermined temperature (if there is no command to start and turn on the load) by a signal from the sensor 17, the control device 14 generates signals to close the solenoid valves 20 and 21. In the process of further cooling of the engine when it reaches the minimum acceptable temperature by the signal from the sensor 17, the valves 20 and 21 open, turn on lektrozapalnogo devices and high-temperature heating of engine exhaust gases. In this case, the battery 15 is constantly recharged from the thermoelectric generator integrated in the heat exchanger 8, and air is pumped periodically into the container 5 by the compressor 12 with a DC electric drive 13, controlled by signals from the pressure sensor 24. Thus, periods of forced heating and natural cooling of the engine 1 alternate, ensuring its constant readiness for starting and receiving loads. In this case, the engine itself does not start for self-heating, and special additional devices for its heating are not used.

После запуска двигателя, выхода его на номинальную частоту вращения и включения под нагрузку электрическая машина 11 переводится на работу в генераторном режиме. Вырабатываемая электрической машиной 11 электроэнергия может быть использована для подзарядки аккумуляторной батареи 15 либо для непосредственной подачи электропотребителям через преобразователь частоты и напряжения 16. Наличие преобразователя 16 обеспечивает подачу электроэнергии переменного тока стабилизированного напряжения и постоянной частоты при работе двигателя с любой частотой вращения. Электроэнергия потребителю может подаваться также и при неработающем двигателе, когда преобразователь 16 получает электропитание от аккумуляторной батареи.After starting the engine, reaching its rated speed and turning it on under load, the electric machine 11 is put into operation in the generator mode. The electricity generated by the electric machine 11 can be used to recharge the battery 15 or for direct supply to consumers through a frequency and voltage converter 16. The presence of the converter 16 provides a constant voltage and constant frequency AC power supply when the engine is running at any speed. Electricity to the consumer can also be supplied when the engine is not running, when the converter 16 receives power from the battery.

При работе двигателя 1 только на электрическую машину 11 его частота вращения устанавливается постоянной, и электроэнергия потребителям может быть подана непосредственно от электрической машины 11. Преобразователь 16 при этом переключается на параллельную работу с электрической машиной 11. По сравнению с последовательным режимом включения преобразователя 16 и электрической машины 11 в транспортном режиме параллельное их включение при работе двигателя 1 только на выработку электроэнергии позволяет снять с электрической машины 11 гораздо большую мощность, чем мощность преобразователя 16. Коммутация преобразователя 16 на последовательную либо параллельную работу с электрической машиной 11 производится по сигналу от устройства управления 14 в зависимости от выбранного режима работы двигателя 1.When the engine 1 is operated only on the electric machine 11, its rotational speed is set constant, and electricity can be supplied to consumers directly from the electric machine 11. In this case, the converter 16 switches to parallel operation with the electric machine 11. Compared to the sequential switching mode of the converter 16 and the electric machines 11 in transport mode, parallel switching them on when engine 1 is used only for generating electricity allows you to remove much more from electric machine 11 shuyu power than the inverter 16. Switching power converter 16 to the serial or parallel operation of the electric machine 11 is performed on a signal from the control unit 14 depending on the engine operating condition 1.

При работе двигателя 1 за счет утилизации теплоты его отработавших газов в теплообменнике 8 образуется водяной пар. Работая в режиме парогенератора, кожухотрубный теплообменник 8 позволяет подавать пар из межтрубного пространства потребителям. Запас воды в теплообменнике 8 восполняется за счет возврата конденсата либо путем дополнительной подачи свежей воды от постороннего источника. Работа теплообменника 8 в испарительном режиме является благоприятной основой для установки в нем термоэлектрического генератора, поскольку в данном случае обеспечивается значительный и стабильный перепад температур в элементах корпуса. Таким образом, дополнительная выработка тепловой и электрической энергии в теплообменнике 8 способствует значительному повышению экономичности работы двигателя.When the engine 1 is operated due to utilization of the heat of its exhaust gases, water vapor is generated in the heat exchanger 8. Working in the mode of a steam generator, shell-and-tube heat exchanger 8 allows you to supply steam from the annular space to consumers. The water supply in the heat exchanger 8 is replenished by the return of condensate or by additional supply of fresh water from an external source. The operation of the heat exchanger 8 in the evaporative mode is a favorable basis for installing a thermoelectric generator in it, since in this case a significant and stable temperature difference in the housing elements is ensured. Thus, the additional generation of thermal and electric energy in the heat exchanger 8 contributes to a significant increase in the efficiency of the engine.

При работе двигателя 1 на малых нагрузках теплоты его отработавших газов может не хватать для нужд теплоснабжения. В этом случае устройство управления 14 по сигналу от потребителя тепловой энергии путем включения электроклапанов 20, 21 и электрозапального устройства 23 обеспечивает приготовление в электрофакельном устройстве дополнительного рабочего тела - теплоносителя, обеспечивающего увеличение выработки пара.When the engine 1 is operating at low loads, the heat of its exhaust gases may not be enough for the needs of heat supply. In this case, the control device 14, upon a signal from the consumer of thermal energy, by turning on the electric valves 20, 21 and the electro-filling device 23, provides for the preparation of an additional working fluid, a heat carrier, in the electric torch device, which ensures an increase in steam production.

В процессе функционирования двигателя с переменной нагрузкой возможны значительные колебания его частоты вращения, что крайне нежелательно, особенно при работе его на электрогенератор (в составе дизель-генераторной установки). С целью исключения значительных колебаний частоты вращения при набросах нагрузки двигатель 1 оборудован емкостью 5 с запасом воздуха. При набросе значительной нагрузки по сигналу от датчика предельного положения рейки ТНВД устройство управления 14 подает команду на импульсное открытие электроклапана подачи воздуха на впуск двигателя. При этом происходит импульсное увеличение на впуске в двигатель количества рабочего тела и одновременно окислителя, так как помимо нейтрального азота воздух содержит также кислород.During the operation of an engine with a variable load, significant fluctuations in its rotational speed are possible, which is extremely undesirable, especially when working on an electric generator (as part of a diesel generator set). In order to exclude significant fluctuations in speed during load surges, engine 1 is equipped with a capacity of 5 with an air supply. When a significant load is thrown by a signal from the sensor of the limit position of the injection pump rail, the control device 14 gives a command to pulse open the electrovalve of the air supply to the engine inlet. In this case, a pulsed increase occurs at the inlet to the engine of the amount of the working fluid and at the same time the oxidizing agent, since in addition to neutral nitrogen, air also contains oxygen.

Кроме мероприятий по увеличению количества рабочего тела и окислителя на впуске в заявляемом техническом решении предусмотрены меры для подачи дополнительного рабочего тела в турбину турбокомпрессора для уменьшения времени раскрутки ее ротора до номинальной частоты при набросах нагрузки. Для этого по сигналу от датчика 4 о выходе рейки ТНВД на упор максимальной подачи топлива устройство управления 14 формирует командные импульсы на открытие электроклапанов 22 и 20, а также электрозапального устройства 23. Вследствие недостатка окислителя в первый момент переходного процесса, вызванного набросом нагрузки на двигатель, в последнем имеет место неполное сгорание топлива. Импульсная подача на выпуск двигателя дополнительного окислителя (воздуха) из емкости 5 посредством открытия клапана 20, а также включение электрозапального устройства 23 одновременно обеспечивают дожигание неполностью сгоревшего в двигателе топлива и подачу дополнительного рабочего тела в турбину. Кроме этого в заявляемом техническом решении предусмотрено использование в качестве дополнительного рабочего тела пара, подаваемого из теплообменника 8 в турбину 7 посредством импульсного открытия электроклапана 22.In addition to measures to increase the number of working fluid and oxidizer at the inlet, the claimed technical solution provides measures for supplying an additional working fluid to the turbocharger turbine to reduce the time of spinning of its rotor to the nominal frequency during load surges. To this end, according to the signal from the sensor 4 about the injection pump rail at the maximum fuel supply stop, the control unit 14 generates command pulses for opening the electrovalves 22 and 20, as well as the electro-filling device 23. Due to the lack of oxidizer at the first moment of the transition process caused by an overload of the engine load, in the latter, incomplete combustion of fuel takes place. The pulse supply to the engine exhaust of additional oxidizer (air) from the tank 5 by opening the valve 20, as well as the inclusion of an electro-dropping device 23, simultaneously provide the afterburning of the incompletely burned fuel in the engine and the supply of an additional working fluid to the turbine. In addition, the claimed technical solution provides for the use as an additional working fluid of steam supplied from the heat exchanger 8 to the turbine 7 by means of a pulse opening of the electrovalve 22.

По сравнению с наиболее близким аналогом, где подкрутка ротора турбокомпрессора производится электрической машиной, заявляемое техническое решение обеспечивает большое быстродействие ввиду отсутствия электромеханического преобразования энергии, а также значительно большую подаваемую на раскрутку ротора мощность. Мощность электрической машины у наиболее близкого аналога ограничена разрядными характеристиками стартерных аккумуляторных батарей (от 10% до 15% мощности двигателя). При КПД двигателя внутреннего сгорания 30-45% на выработку пара может быть дополнительно использовано до 20-30% от энергии сгоревшего в двигателе топлива, что позволяет затратить на раскрутку ротора мощность, соизмеримую с мощностью собственно двигателя.Compared with the closest analogue, where the turbocompressor rotor is twisted by an electric machine, the claimed technical solution provides high speed due to the lack of electromechanical energy conversion, as well as significantly higher power supplied to the rotor. The power of the electric machine at the closest analogue is limited by the discharge characteristics of starter batteries (from 10% to 15% of engine power). When the efficiency of the internal combustion engine is 30-45% for steam production, up to 20-30% of the energy of the fuel burned in the engine can be additionally used, which makes it possible to expend power comparable to the capacity of the engine itself to spin the rotor.

Вместо раскрутки ротора турбокомпрессора в заявляемом техническом решении электрическая машина 11 используется для передачи мощности и стабилизации частоты вращения двигателя при набросах нагрузки и перегрузках. Такое решение позволяет в качестве обратимой электрической машины использовать силовой синхронный генератор - двигатель генераторных установок. При набросе нагрузки, а также при работе двигателя с перегрузкой по сигналу датчика активного тока 18 либо датчика 4 положения рейки ТНВД устройство управления 14 подает командный импульс в преобразователь 16 на перевод его из режима заряда аккумуляторной батареи 15, устанавливаемого при работе двигателя на частичных нагрузках, в режим их разряда на электрическую машину 11 (через преобразователь 16). В данном случае преобразователь работает параллельно с электрической машиной, вырабатывая дополнительную электроэнергию переменного тока за счет энергии аккумуляторной батареи 15.Instead of spinning the rotor of the turbocharger in the claimed technical solution, the electric machine 11 is used to transmit power and stabilize the engine speed during load surges and overloads. Such a solution allows the use of a synchronous power generator — the engine of generator sets — as a reversible electric machine. When the load is charged, as well as when the engine is overloaded by the signal of the active current sensor 18 or the fuel rail position sensor 4, the control unit 14 supplies a command pulse to the converter 16 to transfer it from the charge mode of the battery 15, which is set when the engine is operating at partial loads, in the mode of their discharge to the electric machine 11 (through the Converter 16). In this case, the converter operates in parallel with the electric machine, generating additional electric power of alternating current due to the energy of the battery 15.

При использовании в качестве накопителя электроэнергии 15 стартерных аккумуляторных батарей дополнительная мощность, отдаваемая в сеть при набросах нагрузки и перегрузках, может составлять 10-15% от мощности двигателя. Если допустить возможную кратковременную 200% перегрузку преобразователя, то отдаваемая им при набросах нагрузки дополнительная мощность может достигнуть 20-30% от мощности двигателя, что можно считать достаточным для обеспечения переходных режимов работы двигателя.When using 15 starter batteries as an energy storage device, the additional power supplied to the network during load surges and overloads can be 10-15% of the engine power. If we allow a possible short-term 200% overload of the converter, then the additional power given to them during load surges can reach 20-30% of the motor power, which can be considered sufficient to ensure transient operation of the motor.

Помимо обеспечения переходных режимов работы двигателя, таких как предпусковой подогрев, запуск, наброс нагрузки заявляемое техническое решение позволяет также повысить эффективность использования двигателя на малых нагрузках и при перегрузках. Использование преобразователя 16 в стационарных режимах работы двигателя 1 в качестве накопителя электроэнергии позволяет значительно снизить расход топлива вследствие выравнивания графика электрических нагрузок (уменьшение времени работы на малых нагрузках и с перегрузкой).In addition to providing transient engine operation modes, such as preheating, starting, load shedding, the claimed technical solution also allows to increase the efficiency of engine use at low loads and during overloads. The use of the converter 16 in stationary modes of engine 1 as an energy storage device can significantly reduce fuel consumption due to the equalization of the schedule of electrical loads (reduction of operating time at low loads and with overload).

Также повышению экономичности использования двигателя способствует утилизация теплоты отработавших газов двигателя в теплообменнике 8, сопровождающаяся выработкой и подачей пара потребителям, а также дополнительной выработкой электроэнергии встроенным в теплообменник 8 термоэлектрогенератором.Also, the utilization of the engine exhaust heat in the heat exchanger 8, which is accompanied by the generation and supply of steam to consumers, as well as the additional generation of electricity by the thermoelectric generator built into the heat exchanger 8, also contributes to the economical use of the engine.

Помимо режимов сброса-наброса нагрузки на двигатель подача дополнительного рабочего тела (воздуха) на впуск двигателя, подкрутка ротора турбокомпрессора дополнительным рабочим телом, а также передача на вал двигателя дополнительной мощности от аккумуляторной батареи могут производиться и на других режимах работы двигателя, сопровождающихся нарушением внутрицилиндровых процессов смесеобразования и сгорания топлива, например, в циклах разгон-торможение, при перегрузках, работе при аномальных условиях окружающей среды (в туннелях, карьерах). При этом в режиме «горячего резерва» двигателя появляется возможность дополнительной выработки и подачи потребителю электрической и тепловой энергии.In addition to the modes of dumping-loading of the engine load, the supply of an additional working fluid (air) to the engine inlet, twisting of the turbocompressor rotor by an additional working fluid, and also transferring additional power to the engine shaft from the battery can be performed in other engine operating modes, accompanied by a violation of the internal cylinder processes mixture formation and fuel combustion, for example, in acceleration-braking cycles, during overloads, operation under abnormal environmental conditions (in tunnels, car yer). Moreover, in the “hot reserve” mode of the engine, it becomes possible to additionally generate and supply electric and thermal energy to the consumer.

Процесс приготовления рабочей смеси, подаваемой на впуск двигателя, проводится согласно заявляемому способу в следующей последовательности.The process of preparing the working mixture supplied to the engine inlet is carried out according to the claimed method in the following sequence.

1. По сигналу на запуск двигателя или на включение из режима «горячий резерв» управляющее устройство 14 посредством подачи сигнала на электроклапан 19 обеспечивает подачу дополнительного воздуха в цилиндры для надежного воспламенения топлива.1. Based on a signal to start the engine or to switch on from the “hot standby” mode, the control device 14, by supplying a signal to the electrovalve 19, provides additional air to the cylinders for reliable ignition of the fuel.

2. На всех переходных режимах, сопровождающихся выходом рейки на упор максимальной подачи топлива, по сигналу от датчика 4 предельного положения рейки ТНВД управляющее устройство 14 формирует импульс на открытие электроклапана 19 подачи дополнительного воздуха в цилиндры. Подачу дополнительного воздуха прекращают по сигналу от датчика 4 после ухода рейки ТНВД с упора максимальной подачи. На других эксплуатационных режимах, не сопровождающихся выходом рейки на упор максимальной подачи топлива, рабочая смесь готовится путем сжатия атмосферного воздуха в компрессоре.2. At all transitional modes, accompanied by the release of the rail at the maximum fuel supply stop, by the signal from the sensor 4 of the limit position of the injection pump rail, the control device 14 generates a pulse to open the electric valve 19 for supplying additional air to the cylinders. The supply of additional air is stopped by a signal from the sensor 4 after the injection pump rail has gone from the maximum supply stop. In other operating conditions, not accompanied by the release of the rail at the stop of the maximum fuel supply, the working mixture is prepared by compressing atmospheric air in the compressor.

Процесс приготовления рабочей смеси, подаваемой в турбину 7 турбокомпрессора двигателя, проводится согласно заявляемому способу в следующей последовательности.The process of preparing the working mixture supplied to the turbine 7 of the turbocharger of the engine is carried out according to the claimed method in the following sequence.

На режимах предпускового подогрева и «горячего резерва» по сигналу от датчика 17 температуры двигателя управляющее устройство 14 подает сигналы на открытие электроклапанов подачи топлива 21 и воздуха 20 в электрофакельное устройство 9, а также на включение электрозапального устройства 23. Образованная в результате сжигания топлива высокотемпературная газовая смесь подается в теплообменник 8, где отдает тепло, используемое на нагрев воды, приготовление пара и одновременно выработку электроэнергии для заряда аккумуляторной батареи 15. По достижении требуемой для запуска двигателя температуры по сигналу от датчика 17 устройство управления 14 подает сигналы на закрытие электроклапанов 20 и 21 и отключение электрозапального устройства 23.In the preheating and “hot reserve” modes, according to the signal from the engine temperature sensor 17, the control device 14 sends signals to open the fuel solenoid valves 21 and air 20 to the electroflame device 9, as well as to turn on the electroslip device 23. The high-temperature gas formed as a result of fuel combustion the mixture is fed to a heat exchanger 8, where it gives off the heat used to heat water, prepare steam and at the same time generate electricity to charge the battery 15. By reducing the temperature required to start the engine by a signal from the sensor 17, the control device 14 provides signals to close the solenoid valves 20 and 21 and turn off the electro-dropping device 23.

На переходных режимах, приводящих к выходу рейки ТНВД на упор максимальной подачи топлива, по сигналу от датчика 4 устройство управления 14 подает сигналы на открытие электроклапанов 22 и 20, а также включение электрозапального устройства 23. При этом рабочая смесь, подаваемая на вход турбины, образуется путем смешения отработавших газов двигателя, дополнительной газовой смеси, получаемой от дожигания неполностью сгоревшего топлива в электрофакельном устройстве 9 и пара в теплообменнике 8. При уходе рейки с упора максимальной подачи по сигналу от датчика 4 устройство управления 14 подает сигнал на закрытие электроклапанов 20 и 22, а также отключение электрозапального устройства 23.In transient conditions, leading to the injection pump rail at the maximum fuel supply stop, by a signal from the sensor 4, the control device 14 provides signals for opening the electrovalves 22 and 20, as well as the inclusion of the electro-filling device 23. In this case, the working mixture supplied to the turbine input is formed by mixing the exhaust gases of the engine, the additional gas mixture obtained from the afterburning of incompletely burned fuel in the electric torch device 9 and steam in the heat exchanger 8. When the rail leaves the stop of the maximum supply by signal 4 at the sensor control unit 14 sends a signal for closing the solenoid valves 20 and 22, as well as disabling elektrozapalnogo device 23.

При работе на малых (частичных) нагрузках и недостаточной выработке пара в теплообменнике 8 по сигналу от потребителя тепловой энергии управляющее устройство 14 формирует сигнал на открытие электроклапанов 20 и 21, а также включение электрозапального устройства 23. Рабочая смесь, подаваемая в теплообменник 8 и далее в турбину 7, образуется путем смешения ОГ двигателя с дополнительной газовой смесью, образованной за счет сжигания топлива в электрофакельном устройстве. На других эксплуатационных режимах в качестве рабочей смеси, подаваемой в турбину 7, используются отработавшие газы двигателя.When operating at low (partial) loads and insufficient steam production in the heat exchanger 8, the control device 14 generates a signal to open the solenoid valves 20 and 21, as well as to turn on the electro-filling device 23, upon the signal from the heat energy consumer. The working mixture is supplied to the heat exchanger 8 and then to a turbine 7 is formed by mixing the exhaust gas of the engine with an additional gas mixture formed by burning fuel in an electric torch device. In other operating conditions, the engine exhaust gas is used as the working mixture supplied to the turbine 7.

Claims (2)

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания путем впуска сжатого воздуха, его сжатия, впрыска и сгорания топлива, выпуска отработавших газов, подачи в переходных режимах дополнительного рабочего тела по управляющему сигналу, формируемому по моменту достижения максимальной подачи топлива на заданном режиме, при этом степень сжатия воздуха в переходных режимах увеличивают, подкручивая ротор турбокомпрессора, а на переходных режимах пуска и поддержания двигателя в «горячем резерве» перед подачей топлива и сжатого воздуха в цилиндры двигатель прогревают, отличающийся тем, что ротор турбокомпрессора подкручивают в переходных режимах паром, образованным за счет теплоты отработавших газов в теплообменнике, установленном на выпуске двигателя, и дополнительным рабочим телом, получаемым путем сжигания на выпуске двигателя перед теплообменником смеси воздуха из воздушной емкости и отработавших газов двигателя, коленчатый вал двигателя в переходных режимах и работе с перегрузкой подкручивают электрической машиной, питающейся от аккумуляторной батареи через преобразователь частоты и напряжения, при этом в качестве дополнительного рабочего тела, подаваемого на впуск двигателя, используют сжатый воздух из емкости с его запасом, который пополняют посредством электрокомпрессора, а в отработавшие газы двигателя на переходных режимах и при работе на малых нагрузках вводят дополнительное рабочее тело - теплоноситель, приготавливаемое путем сжигания на выпуске двигателя перед теплообменником смеси топлива, подаваемого под давлением из емкости с его запасом, и смеси воздуха из воздушной емкости, а также отработавших газов двигателя, подзарядку аккумуляторных батарей проводят от термоэлектрогенератора, встроенного в теплообменник, а их зарядку производят при работе двигателя на малых нагрузках от электрической машины через преобразователь частоты и напряжения, при этом на всех эксплутационных режимах предусматривают подачу потребителям электроэнергии от преобразователя частоты и напряжения, а также пара от теплообменника.1. The method of operation of the internal combustion engine by inlet of compressed air, its compression, injection and combustion of fuel, exhaust gas, supply in transition modes of an additional working fluid by a control signal generated at the time of reaching maximum fuel supply in a given mode, the compression ratio of air in transient conditions increase by tightening the rotor of the turbocompressor, and in transient conditions of starting and maintaining the engine in the “hot reserve” before supplying fuel and compressed air to the cylinders the engine is heated, characterized in that the rotor of the turbocharger is twisted in transient conditions by steam generated due to the heat of the exhaust gases in the heat exchanger installed on the engine exhaust and an additional working fluid obtained by burning at the engine exhaust before the heat exchanger a mixture of air from the air tank and exhaust gases the engine, the crankshaft of the engine in transient conditions and working with overload tighten up an electric machine powered by a battery through the conversion In this case, compressed air from the tank with its reserve is used as an additional working fluid supplied to the engine inlet, which is replenished by an electric compressor, and an additional working fluid is introduced into the exhaust gases of the engine during transient conditions and when operating at low loads - heat carrier prepared by burning at the engine outlet in front of the heat exchanger a mixture of fuel supplied under pressure from a tank with its reserve, and a mixture of air from an air tank, as well as of running engine gases, the rechargeable batteries are charged from a thermoelectric generator built into the heat exchanger, and they are charged when the engine is running at light loads from an electric machine through a frequency and voltage converter, while at all operating modes, consumers are supplied with electricity from the frequency and voltage converter, as well as steam from the heat exchanger. 2. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по крайней мере, один цилиндр с размещенным в нем поршнем, кинематически связанным с валом, турбокомпрессор, у которого выход турбины и вход компрессора связаны с атмосферой, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, магистраль подачи углеводородного топлива в цилиндры, снабженную топливным насосом высокого давления, оборудованным датчиком максимальной подачи топлива, емкость высокого давления, соединенную с электроклапаном подачи газообразного окислителя в двигатель, аккумуляторную батарею, устройство управления, управляющие выходы которого соединены с датчиком предельного положения рейки ТНВД и датчиком температуры, а управляющие входы с электроклапаном подачи газообразного окислителя на впуск двигателя, электроклапаном подачи топлива, а также преобразователем частоты и напряжения, электрофакельное устройство, снабженное электрозапальным устройством поджига топливовоздушной смеси, емкость с запасом топлива, электроклапан подачи топлива, соединенный с электрофакельным устройством, электрическую машину, соединенную через преобразователь частоты и напряжения с аккумуляторной батареей, датчик температуры, установленный на двигателе, отличающийся тем, что он дополнительно содержит воздушный компрессор, снабженный приводным электродвигателем постоянного тока, электроклапан подачи газообразного окислителя (воздуха) в электрофакельное устройство, электроклапан подачи пара в турбину турбокомпрессора, кожухотрубный теплообменник с запасом воды в межтрубном пространстве и встроенным термоэлектрогенератором, датчик электрической нагрузки (активного тока), установленный в преобразователе частоты и напряжения, датчик давления воздуха, установленный в емкости высокого давления, причем электрическая машина кинематически связана с коленчатым валом двигателя, выход емкости высокого давления одновременно соединен с воздушным электрокомпрессором, верхней частью емкости с запасом топлива, через клапан подачи воздуха в электрофакельное устройство с первым газовым входом электрофакельного устройства, через клапан подачи окислителя на впуск двигателя с его впускным трубопроводом, также соединенным с выходом компрессора, при этом второй газовый вход электрофакельного устройства соединен с выпускным трубопроводом (коллектором) двигателя, а выход через трубное пространство теплообменника соединен с входом турбины, который также через электроклапан подачи пара связан с верхней частью межтрубного пространства теплообменника, причем встроенный в теплообменник термоэлектрогенератор соединен с аккумуляторной батареей, а дополнительные управляющие входы устройства управления соединены с датчиком давления и датчиком электрической нагрузки, а дополнительные управляющие выходы связаны с двигателем электрокомпрессора, электроклапаном подачи пара и электроклапаном подачи воздуха в электрофакельное устройство.2. An internal combustion engine comprising at least one cylinder with a piston placed therein kinematically connected to the shaft, a turbocharger in which the turbine outlet and compressor inlet are connected to the atmosphere, an inlet pipe, an exhaust pipe, a hydrocarbon fuel supply line to the cylinders equipped with a high-pressure fuel pump equipped with a maximum fuel supply sensor, a high-pressure tank connected to an electrovalve for supplying a gaseous oxidizer to the engine, a rechargeable battery a battery, a control device, the control outputs of which are connected to the limit switch of the injection pump rail and the temperature sensor, and the control inputs with an electrovalve for supplying a gaseous oxidizer to the engine inlet, an electrovalve for supplying fuel, as well as a frequency and voltage converter, an electroflame device equipped with an electro-ignition device for igniting a fuel-air mixtures, a tank with a fuel reserve, a fuel solenoid valve connected to an electric torch device, an electric machine, connected through a frequency and voltage converter with a battery, a temperature sensor mounted on the engine, characterized in that it further comprises an air compressor equipped with a direct current drive electric motor, an electro-valve for supplying gaseous oxidizer (air) to an electro-torch device, an electro-valve for supplying steam to the turbocharger turbine , shell-and-tube heat exchanger with a supply of water in the annulus and a built-in thermoelectric generator, electric load sensor (ac current) installed in the frequency and voltage converter, an air pressure sensor installed in the high-pressure tank, the electric machine being kinematically connected to the crankshaft of the engine, the output of the high-pressure tank is simultaneously connected to the air electric compressor, the upper part of the tank with fuel supply, through a valve supplying air to an electric torch device with a first gas inlet of an electric torch device, through an oxidizer supply valve to the engine inlet with its intake pipe also connected to the compressor outlet, the second gas inlet of the electric torch device is connected to the exhaust pipe (collector) of the engine, and the outlet through the pipe space of the heat exchanger is connected to the turbine inlet, which is also connected through the steam supply solenoid to the upper part of the annular space of the heat exchanger, and in the heat exchanger, the thermoelectric generator is connected to the battery, and the additional control inputs of the control device are connected to the pressure sensor and sensors com of the electric load, and additional control outputs are connected to the electric compressor motor, the steam supply electrovalve and the air supply electrovalve to the torch device.
RU2004120409/06A 2004-07-02 2004-07-02 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine implementation the method RU2265739C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004120409/06A RU2265739C1 (en) 2004-07-02 2004-07-02 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine implementation the method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004120409/06A RU2265739C1 (en) 2004-07-02 2004-07-02 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine implementation the method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2265739C1 true RU2265739C1 (en) 2005-12-10

Family

ID=35868714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004120409/06A RU2265739C1 (en) 2004-07-02 2004-07-02 Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine implementation the method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2265739C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100788322B1 (en) A microturbine power generating system and a method thereof
US4754607A (en) Power generating system
DK3138148T3 (en) POWER-HEATING CONNECTOR FOR DECENTRAL POWER AND HEATING SUPPLY
US20150322874A1 (en) Power generation systems and methods
CN102844544B (en) Heat engine
CN110792530A (en) Liquid rocket engine system
RU2265739C1 (en) Method of operation of internal combustion engine and internal combustion engine implementation the method
RU2737575C1 (en) Operating method of internal combustion engine, internal combustion engine
JP5721129B2 (en) Compressed air heat engine
RU2231660C1 (en) Method of operation and design of internal combustion engine
CN113315152A (en) Gas turbine peak shaving power station combining liquid air energy storage and peak shaving method
RU2459097C1 (en) Electromechanical system for internal combustion engine
WO2016038384A1 (en) An internal combustion engine with a 4-stroke expansion cycle
JP2019103377A (en) Simple emergency power supply device
US11489363B2 (en) System and method for black starting power plant
JP7518974B2 (en) Monoblock reciprocating piston ICE/ORC combined power generation system
CN218750331U (en) Novel power range extending system for range extending type electric automobile
US11879385B2 (en) Engine system with fuel-drive thermal support
JP5623860B2 (en) Hydrogen gas engine and energy-saving car
JP2918403B2 (en) 6 stroke gas engine
CN112610280A (en) Piston type steam explosion power generation system
CN110886664A (en) Efficient energy-saving environment-friendly heat energy power and electric energy power circulating machine
JP2019103196A (en) Simple Emergency Power Supply Unit
SU1224425A2 (en) Internal combustion engine
CN118008654A (en) Combined heat and power heating and heat preserving system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060703