RU2391523C2 - Operating method of internal combustion engine and device for method's implementation - Google Patents

Operating method of internal combustion engine and device for method's implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2391523C2
RU2391523C2 RU2008129595/06A RU2008129595A RU2391523C2 RU 2391523 C2 RU2391523 C2 RU 2391523C2 RU 2008129595/06 A RU2008129595/06 A RU 2008129595/06A RU 2008129595 A RU2008129595 A RU 2008129595A RU 2391523 C2 RU2391523 C2 RU 2391523C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
steam
cylinders
engine
gas
fuel
Prior art date
Application number
RU2008129595/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008129595A (en
Inventor
Евгений Алексеевич Рубинов (RU)
Евгений Алексеевич Рубинов
Марк Евгеньевич Рубинов (RU)
Марк Евгеньевич Рубинов
Original Assignee
Евгений Алексеевич Рубинов
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 Алексеевич Рубинов filed Critical Евгений Алексеевич Рубинов
Priority to RU2008129595/06A priority Critical patent/RU2391523C2/en
Publication of RU2008129595A publication Critical patent/RU2008129595A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2391523C2 publication Critical patent/RU2391523C2/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/032Producing and adding steam
    • F02M25/038Producing and adding steam into the cylinder or the pre-combustion chamber
    • 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

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: air and fuel is supplied to cylinders. Fuel-air mixture is compressed. Combustible mixture is burnt. Steam is supplied to cylinders. As a result, combustion products and steam is expanded. Useful mechanical work is carried out during movement of pistons, waste gas and steam is discharged from cylinders and their heat is recovered by water heating and steam generation in recovery system. Steam is supplied to engine cylinders in expansion stroke (working travel). Steam introduced to engine cylinders is pre-heated, steam is introduced at the beginning of working travel at maximum pressure and temperature of gases, and waste steam-gas mixture is supplied to heat recovery system consisting of steam generator and superheater. Device for implementation of the method of internal combustion engine operation includes mechanisms for performing working processes, systems of gas distribution, fuel, air feed, waste gas outlet, heat recovery system of waste gas for generation of water vapour and is equipped with a valve or an atomiser with possibility of introduction of superheated steam to engine cylinders in expansion stroke (working travel). Heat recovery system of waste gas and steam includes steam generator, superheater and control gas valve installed before the outlet of waste gas to atmosphere.
EFFECT: increasing engine efficiency, reducing toxicity level of waste gas, improving operating reliability of heat-stressed elements.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергомашиностроения, двигателестроения, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания, например, карбюраторным, дизельным.The invention relates to the field of power engineering, engine building, mainly to internal combustion engines, for example, carburetor, diesel.

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления (см. описание изобретения к патенту РФ №2093692, кл. F02B 47/02, 20.10.1997 г.), включающие рекуперацию тепла системы охлаждения и тепла выхлопных газов для увеличения мощности двигателя, КПД на 20%, уменьшения вредных выбросов в атмосферу. За счет тепла системы охлаждения и тепла отработавших газов в теплообменнике-котле вырабатывается водяной пар высокого давления в количестве 20-40% по отношению к количеству засасываемого в цилиндры воздуха, к нему подмешивают топливо в парообразном состоянии и перед началом процесса сгорания паротопливную смесь и воздух подают в цилиндры двигателя.A known method of operation of an internal combustion engine and a device for its implementation (see the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2093692, CL F02B 47/02, 10/20/1997), including the recovery of heat from the cooling system and heat of exhaust gases to increase engine power, Efficiency by 20%, reduction of harmful emissions into the atmosphere. Due to the heat of the cooling system and the heat of the exhaust gases in the heat exchanger-boiler, high-pressure water vapor is generated in an amount of 20-40% relative to the amount of air sucked into the cylinders, fuel is mixed in it in a vapor state, and before the start of the combustion process the steam-fuel mixture and air are supplied into the engine cylinders.

Основным недостатком этого способа и устройства для его осуществления является то, что вводить пар в цилиндры двигателя допускается в небольшом количестве из-за затруднения процесса воспламенения горючей смеси, ухудшения эффективного горения топлива, приводящего к значительной химической и механической неполноте сгорания, из-за большого количества тепла топлива, затрачиваемого на нагрев водяного пара в камере сгорания. Это ограничение уменьшает возможную степень рекуперации тепла отработавших газов, возможность повышения КПД двигателя.The main disadvantage of this method and device for its implementation is that the introduction of steam into the cylinders of the engine is allowed in small quantities due to the difficulty of the process of ignition of the combustible mixture, the deterioration of the effective combustion of the fuel, leading to significant chemical and mechanical incompleteness of combustion, due to the large quantity heat of fuel spent on heating water vapor in the combustion chamber. This limitation reduces the possible degree of heat recovery of exhaust gases, the possibility of increasing engine efficiency.

Основным недостатком устройства для осуществления этого способа является сложность конструкции двухфазных паротопливных устройств для введения смеси в цилиндры, значительно усложняющих конструкцию двигателя в целом, его эксплуатацию при запуске и на переменных режимах работы.The main disadvantage of the device for implementing this method is the complexity of the design of two-phase steam-fuel devices for introducing the mixture into the cylinders, significantly complicating the design of the engine as a whole, its operation at start-up and at variable operating modes.

Известен также способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления, принятый за прототип (см. описание изобретения к патенту РФ №2168030, кл. F02B 47/02, 27.05.2001 г.), включающий рекуперацию тепла отработавших газов для повышения КПД двигателя путем газификации (испарения) жидких топлив перед подачей их в цилиндры, а также дополнительное форсирование и охлаждение двигателя путем интенсификации цикла за счет впрыска катализатора- воды в рабочие камеры-цилиндры на такте расширения (рабочего хода) при наибольшем давлении газа в цикле. Впрыск катализатора-воды в камеры-цилиндры приводит также к уменьшению токсичности отработавших газов.There is also a known method of operating an internal combustion engine and a device for its implementation, adopted as a prototype (see the description of the invention to the patent of the Russian Federation No. 2168030, class F02B 47/02, 05.27.2001), including the recovery of heat from exhaust gases to increase engine efficiency by gasification (evaporation) of liquid fuels before feeding them into the cylinders, as well as additional boosting and cooling of the engine by intensifying the cycle by injecting catalyst-water into the working chamber-cylinders at the expansion stroke (stroke) at the highest pressure ha and in the loop. The injection of catalyst water into the cylinder chambers also reduces exhaust emissions.

Основным недостатком этого способа является низкая степень рекуперации тепла отработавших газов, а значит и невысокое увеличение КПД двигателя. Большое количество вводимого катализатора-воды в камеры-цилиндры в такте расширения (рабочего хода) для увеличения КПД двигателя недопустимо, так как это приведет как к положительному фактору - полезному увеличению массы расширяющихся газов, так и отрицательному - существенному снижению работоспособности продуктов сгорания из-за уменьшения температуры и давления, теплосодержания смеси, обусловленной потреблением тепла на испарение воды, перегрев пара.The main disadvantage of this method is the low degree of heat recovery of the exhaust gases, and hence a low increase in engine efficiency. A large amount of introduced catalyst water into the cylinder chambers in the expansion stroke (stroke) to increase the engine efficiency is unacceptable, as this will lead both to a positive factor - a useful increase in the mass of expanding gases, and a negative one - a significant decrease in the efficiency of combustion products due to decrease in temperature and pressure, heat content of the mixture due to heat consumption for water evaporation, steam overheating.

Другими недостатками этого способа и устройства для его осуществления являются: отсутствие рекуперации тепла отработавших газов и устройств, теплообменников для нагрева воды-катализатора перед введением в цилиндры, значительные затраты на приготовление катализатора-воды, а также сложность конструкции.Other disadvantages of this method and device for its implementation are: the lack of heat recovery of exhaust gases and devices, heat exchangers for heating the catalyst water before being introduced into the cylinders, the significant cost of preparing the catalyst water, as well as the complexity of the design.

Таким образом, рассмотренные способы работы двигателей и устройства для их осуществления не позволяют в полной мере использовать тепло отработавших газов, большая часть которой теряется в окружающей среде.Thus, the considered methods of operation of engines and devices for their implementation do not allow the full use of the heat of exhaust gases, most of which is lost in the environment.

Технической задачей изобретения является: повышение КПД двигателя внутреннего сгорания (например дизеля, двигателя внутреннего сгорания с принудительным зажиганием, карбюраторного или двигателя с впрыском жидкого топлива во впускную систему и др.), снижение токсичности отработавших газов, повышение надежности работы теплонапряженных элементов двигателя.An object of the invention is: to increase the efficiency of an internal combustion engine (for example, a diesel engine, internal combustion engine with positive ignition, a carburetor or an engine with liquid fuel injection into the intake system, etc.), to reduce the toxicity of exhaust gases, to increase the reliability of heat-stressed engine elements.

Техническая задача решается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания, включающем подачу воздуха и топлива в цилиндры, сжатие воздуха, топливовоздушной смеси, сгорание горючей смеси, расширение продуктов сгорания, совершение полезной механической работы при движении поршней, выпуск отработавших газов из цилиндров, рекуперацию их тепла путем нагрева воды, образования пара в теплообменниках, введение пара в цилиндры двигателя производят в такте расширения (рабочего хода).The technical problem is solved in that in the method of operation of an internal combustion engine, which includes supplying air and fuel to the cylinders, compressing air, air-fuel mixture, burning the combustible mixture, expanding the combustion products, performing useful mechanical work when the pistons move, exhausting the exhaust gases from the cylinders, recovering their heat by heating water, the formation of steam in heat exchangers, the introduction of steam into the engine cylinders is carried out in the expansion stroke (stroke).

В способе вводимый в цилиндры двигателя пар предварительно перегревают по отношению к давлению, превышающему давление газов в цилиндрах до введения пара.In the method, the steam introduced into the engine cylinders is preheated with respect to a pressure exceeding the gas pressure in the cylinders before the steam is introduced.

В устройстве для осуществления способа работы двигателя внутреннего сгорания, содержащем механизмы для осуществления рабочих процессов, системы газораспределения, питания топливом, воздухом, выпуска отработавших газов, рекуперации тепла отработавших газов для выработки водяного пара, имеются клапаны для введения перегретого пара в цилиндры двигателя в такте расширения (рабочего хода), самостоятельная система рекуперации тепла отработавших газов и пара, включающая пароперегреватель и регулирующий газовый клапан, установленный перед выходом отработавших газов в атмосферу.In the device for implementing the method of operation of an internal combustion engine containing mechanisms for carrying out work processes, a gas distribution system, fuel, air, exhaust gas recovery, heat recovery of exhaust gases to generate water vapor, there are valves for introducing superheated steam into the engine cylinders in an expansion stroke (working stroke), an independent system of heat recovery of exhaust gases and steam, including a superheater and a gas control valve installed in front of the release of exhaust gases into the atmosphere.

На фиг.1 изображены совмещенные сравнительные схематизированные надежность работы теплонапряженных элементов двигателя за счет значительного уменьшения времени действия и абсолютного значения температуры газов в цилиндрах.Figure 1 shows the combined comparative schematized reliability of heat-stressed engine elements due to a significant reduction in the duration and absolute temperature of the gases in the cylinders.

В известном способе работы двигателя, принятом за прототип, впрыск катализатора-воды в такте расширения не позволяет достичь такого эффекта, как в предлагаемом способе, по следующим причинам: существенное снижение полезной работы и КПД из-за значительного уменьшения давления и температуры расширяющейся водопарогазовой смеси, ее работоспособности, вызванного большим расходом теплосодержания продуктов сгорания на испарение воды; ничтожно малая доля тепла отработавших газов, затрачиваемая на нагрев воды, то есть маленькая степень рекуперации.In the known method of engine operation, adopted as a prototype, the injection of catalyst-water in the expansion stroke does not allow to achieve such an effect as in the proposed method, for the following reasons: a significant decrease in useful work and efficiency due to a significant decrease in pressure and temperature of the expanding gas-vapor mixture, its performance caused by the high consumption of heat content of the combustion products for water evaporation; a negligible fraction of the heat of the exhaust gas spent on heating the water, that is, a small degree of recovery.

Вариант двигателя на фиг.2, работающий по предлагаемому способу, состоит из цилиндров 1, поршней 2, головки цилиндров 3, патрубков всасывания воздуха 4, топливного бака 5, карбюратора 6 известной конструкции. На головке цилиндров расположены патрубки ввода топливовоздушной смеси с впускными клапанами 7 известной конструкции, свечи зажигания 8 известной конструкции, выхлопные патрубки парогазовой смеси с выпускными клапанами 9 известной конструкции, из которых отработавшая парогазовая смесь поступает в самостоятельную систему рекуперации тепла, состоящую из парогенератора 10, пароперегревателя 11, емкости возврата водяного конденсата 12 известной конструкции, аппарата водоочистки 13 известной конструкции для восполнения потерь конденсата, питательного насоса высокого давления 14 известной конструкции, регулирующего газового клапана 15, установленного перед выходом отработавших газов в атмосферу.The engine variant of FIG. 2, operating according to the proposed method, consists of cylinders 1, pistons 2, cylinder heads 3, air intake pipes 4, fuel tank 5, carburetor 6 of known design. On the cylinder head there are nozzles for introducing the air-fuel mixture with inlet valves 7 of a known design, spark plugs 8 of a known design, exhaust pipes of a gas-vapor mixture with exhaust valves 9 of a known design, of which the exhaust gas mixture enters an independent heat recovery system consisting of a steam generator 10, a superheater 11, the return tank of water condensate 12 of a known design, a water purification apparatus 13 of a known design to make up for condensate loss, p tatelnogo high pressure pump 14 of known construction, the gas regulating valve 15 installed before an exit of exhaust gases into the atmosphere.

Перегретый пар по паропроводу 16 поступает в клапаны 17 для непосредственного введения в цилиндры двигателя в такте расширения (рабочего хода).Superheated steam through the steam line 16 enters the valves 17 for direct introduction into the engine cylinders in the expansion stroke (stroke).

Способ работы двигателя и устройство для его осуществления рассмотрим на прохождении одного цикла. За исходную точку отсчета цикла примем точку а″ (фиг.1) - конец такта впуска топливовоздушной смеси, поршень находится в «НМТ», все клапаны закрыты посредством известных систем, механизмов.We consider the method of operation of the engine and the device for its implementation on the passage of one cycle. For the starting point of the cycle reference we take point a ″ (Fig. 1) - the end of the intake stroke of the air-fuel mixture, the piston is in the "BDC", all valves are closed by means of known systems, mechanisms.

При движении поршня к «ВМТ» происходит политропный процесс сжатия с повышением давления и температуры топливовоздушной смеси.When the piston moves to the TDC, a polytropic compression process occurs with increasing pressure and temperature of the air-fuel mixture.

При подходе поршня к «ВМТ» производят принудительное зажигание топливной смеси посредством свечи зажигания. При положении поршня в «ВМТ», точка с″ (фиг.1), такт сжатия закончен, продолжается процесс горения топливовоздушной смеси. Процесс сгорания основной массы топлива происходит с увеличением давления и температуры, при этом происходит также предварительное расширение, незначительное увеличение объема газов, точка z″ (фиг.1), далее такт расширения (рабочего хода) продолжается. В точке z″ при максимальном давлении за цикл посредством клапанов в цилиндр двигателя вводят перегретый пар, при этом продолжается расширение газов и пара в цилиндре с совершением полезной работы при постоянном давлении, как принято для рассматриваемого варианта. Процесс расширения при введении пара в цилиндр может проходить и при других изменениях параметров. Введение пара заканчивается в точке к″ (фиг.1), далее такт расширения (рабочего хода) продолжается по политропе и заканчивается приблизительно при положении поршня в «НМТ», точка в″ (фиг.1). При подходе поршня к «НМТ» открывают выпускные клапаны посредством известных механизмов, начинается такт выпуска отработавших газов и пара под действием перепада давлений в цилиндре и окружающей среде, который длится при движении поршня до «ВМТ». Выходящие из цилиндра отработавшие газы и пар поступают в патрубок выхлопа газов и далее в систему рекуперации тепла. В конце такта выпуска закрывают выпускные и открывают впускные клапаны посредством известных механизмов и систем при движении поршня к «НМТ» в цилиндр, в котором создается разрежение, под действием давления окружающей среды засасывается топливовоздушная смесь, образуемая с использованием карбюратора и других известных механизмов и систем. Такт впуска заканчивается при подходе поршня к «НМТ», точка а″, цикл заканчивается. Из патрубка выхлопа отработавшие газы и пар поступают в рекуперативный пароперегреватель, частично охлаждаются и следуют далее в парогенератор, в котором происходит дальнейшее охлаждение парогазовой смеси, частичная конденсация из нее водяного пара на теплопередающей поверхности; далее отработавший газ и оставшийся не сконденсировавшийся водяной пар выбрасываются через регулирующий газовый клапан в атмосферу. Водяной конденсат из парогенератора поступает в емкость возврата конденсата, откуда снова посредством питательного насоса высокого давления известной конструкции подается в парогенератор, в котором вода превращается в насыщенный пар и поступает в пароперегреватель, в котором перегревается и по паропроводу поступает в клапаны и далее непосредственно в цилиндр двигателя. Восполнение не сконденсировавшейся части водяного пара из парогазовой смеси осуществляют посредством введения в емкость возврата конденсата добавки технической воды, прошедшей аппарат водоочистки известной конструкции. Степень конденсации водяного пара из парогазовой смеси зависит от ее давления и регулируется газовым клапаном.When the piston approaches the “TDC”, the fuel mixture is forcedly ignited by means of a spark plug. When the piston is in the “TDC”, point c ″ (FIG. 1), the compression stroke is completed, the combustion process continues. The process of combustion of the bulk of the fuel occurs with an increase in pressure and temperature, while there is also a preliminary expansion, a slight increase in the volume of gases, point z ″ (Fig. 1), then the expansion stroke (stroke) continues. At the point z ″ at maximum pressure per cycle, superheated steam is introduced into the engine cylinder by means of valves, while the expansion of gases and steam in the cylinder continues with the completion of useful work at constant pressure, as is customary for the considered option. The expansion process with the introduction of steam into the cylinder can take place with other changes in parameters. The introduction of steam ends at the point to ″ (Fig. 1), then the expansion stroke (stroke) continues along the polytropic and ends approximately at the position of the piston in "BDC", the point at ″ (Fig. 1). When the piston approaches the "BDC", the exhaust valves are opened by means of known mechanisms, the cycle of exhaust gas and steam release begins under the influence of the pressure drop in the cylinder and the environment, which lasts when the piston moves to the "TDC". Exhaust gases and steam leaving the cylinder enter the exhaust pipe and then into the heat recovery system. At the end of the exhaust stroke, the exhaust valves are closed and the inlet valves are opened by means of known mechanisms and systems when the piston moves to the "BDC" in the cylinder, in which the vacuum is created, the air-fuel mixture is sucked in under the influence of environmental pressure, formed using a carburetor and other known mechanisms and systems. The intake stroke ends when the piston approaches the "BDC", point a ″, the cycle ends. From the exhaust pipe, the exhaust gases and steam enter the recuperative superheater, are partially cooled and then go to the steam generator, in which the steam-gas mixture is further cooled, and partial condensation of water vapor from it on the heat transfer surface; Further, the exhaust gas and the remaining non-condensed water vapor are discharged through the control gas valve into the atmosphere. Water condensate from the steam generator enters the condensate return tank, from where it is again fed through a high-pressure feed pump of a known design to the steam generator, in which water is converted to saturated steam and enters the superheater, in which it overheats and flows through the steam line to the valves and then directly to the engine cylinder . The replenishment of the non-condensable part of the water vapor from the vapor-gas mixture is carried out by introducing into the condensate return tank an additive of industrial water that has passed the water purification apparatus of known design. The degree of condensation of water vapor from a gas-vapor mixture depends on its pressure and is regulated by a gas valve.

Как показывают сравнительные расчеты эффективности работы двигателей внутреннего сгорания с принудительным зажиганием топливовоздушной смеси и дизелей, увеличение КПД двигателей, работающих по предлагаемому способу, по сравнению с двигателями, работающими по известному способу, составляет приблизительно 40-75%.As comparative calculations of the efficiency of internal combustion engines with forced ignition of the air-fuel mixture and diesel engines show, the increase in the efficiency of engines working according to the proposed method, compared with engines operating according to the known method, is approximately 40-75%.

В качестве примера приведем результаты расчета карбюраторного 4-х тактного 4-х цилиндрового двигателя внутреннего сгорания, работающего по известному способу и по предлагаемому. Расчетные индикаторные диаграммы представлены на фиг.1As an example, we present the results of the calculation of a carburetor 4-stroke 4-cylinder internal combustion engine operating according to the known method and according to the proposed one. The calculated indicator diagrams are presented in figure 1

Условия работы и результаты расчета для двигателя, работающего по известному способу: низшая теплота сгорания жидкого топлива принята Н=44 МДж/кг; степень сжатия Е=8,5; Ра=0,09 Мпа; Рс=1,58 МПа; Pz=6,18 МПа; коэффициент избытка воздуха - 1,0; температура после сгорания топлива, вначале такта расширения Tz=2720 К; Тв=1480 К; Рв=0,41 МПа; эффективная мощность двигателя Ne=51,1 кВт; расход топлива Gt=15,1 кг/ч; расход воздуха Gb=223,6 кг/ч; количество выхлопных газов Gг=238,5 кг/ч; эффективный КПД - 0,28.Working conditions and calculation results for an engine operating according to a known method: the net calorific value of liquid fuel is adopted N = 44 MJ / kg; compression ratio E = 8.5; Ra = 0.09 MPa; Pc = 1.58 MPa; Pz = 6.18 MPa; excess air ratio - 1.0; temperature after fuel combustion, at the beginning of the expansion stroke Tz = 2720 K; Tv = 1480 K; Pb = 0.41 MPa; effective engine power Ne = 51.1 kW; fuel consumption Gt = 15.1 kg / h; air consumption Gb = 223.6 kg / h; the amount of exhaust gas Gg = 238.5 kg / h; effective efficiency - 0.28.

Условия работы и результаты расчета для двигателя, работающего по предлагаемому способу: Н=44 МДж /кг; Е=8,5; Ра″=0,09 МПа; Рс″=1,58 МПа; Pz″=6,18 МПа; Tz″=2720 К; коэффициент избытка воздуха - 1,0; Ne=50,55 кВт; Gt=8,4 кг/ч; Св=124,8 кг/ч; Gг=133,2 кг/ч; количество вводимого перегретого пара при максимальном давлении за цикл Pz″-Gпар=148,9 кг/ч; эффективный КПД - 0,49; давление перегретого пара Рпе=6,5 МПа; температура перегретого пара Тпе=793 К (520°С). Давление и температура парогазовой смеси в конце процесса введения пара: Pк=Pz″; Тк″=1450 К (1177°С). Давление и температура парогазовой смеси в конце процесса расширения (рабочего хода): Рв″=0,72 МПа; Тв″=927 К (654°С).Working conditions and calculation results for an engine operating according to the proposed method: N = 44 MJ / kg; E = 8.5; Ra ″ = 0.09 MPa; Pc ″ = 1.58 MPa; Pz ″ = 6.18 MPa; Tz ″ = 2720 K; excess air ratio - 1.0; Ne = 50.55 kW; Gt = 8.4 kg / h; St = 124.8 kg / h; Gg = 133.2 kg / h; the amount of superheated steam introduced at maximum pressure per cycle Pz ″ -Gpar = 148.9 kg / h; effective efficiency - 0.49; superheated steam pressure Рпе = 6.5 MPa; superheated steam temperature Тпе = 793 К (520 ° С). Pressure and temperature of the gas-vapor mixture at the end of the steam injection process: Pк = Pz ″; Tc ″ = 1450 K (1177 ° C). The pressure and temperature of the vapor-gas mixture at the end of the expansion process (stroke): Rv ″ = 0.72 MPa; Tw ″ = 927 K (654 ° C).

КПД двигателя, работающего по предлагаемому способу, на 75% выше КПД двигателя, работающего по известному способу.The efficiency of the engine operating by the proposed method is 75% higher than the efficiency of the engine operating by the known method.

Важным фактором является также то, что при работе двигателя по предлагаемому способу температура смеси газов после введения пара уменьшается с 2720 К до 1450 К - более, чем на 1000 К. Это приводит к значительному снижению теплонапряженности цилиндров, поршней, головки цилиндров, корпуса двигателя, к повышению надежности, ресурса двигателя. Использование клапанов для введения в цилиндр только пара вместо клапанов для паротопливной смеси упрощает их конструкцию. Значительное уменьшение времени действия и абсолютного значения высокой температуры газов в цилиндрах благодаря введению пара в такте расширения приводит также к уменьшению потерь тепла в систему охлаждения двигателя, в окружающую среду, к увеличению КПД.An important factor is also that when the engine is operating according to the proposed method, the temperature of the gas mixture after steam is introduced decreases from 2720 K to 1450 K - by more than 1000 K. This leads to a significant decrease in the heat stress of cylinders, pistons, cylinder heads, engine blocks, to increase reliability, engine life. The use of valves for introducing only steam into the cylinder instead of valves for the steam-fuel mixture simplifies their design. A significant reduction in the duration and absolute value of the high temperature of the gases in the cylinders due to the introduction of steam in the expansion stroke also leads to a decrease in heat loss in the engine cooling system, into the environment, and an increase in efficiency.

Claims (2)

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что подают воздух и топливо в цилиндры, сжимают топливовоздушную смесь, сжигают горючую смесь, осуществляют подачу пара в цилиндры, в результате чего происходит расширение продуктов сгорания и пара, совершают полезную механическую работу при движении поршней, осуществляют выпуск отработавших газов и пара из цилиндров и рекуперацию их тепла путем нагрева воды и образования пара в системе рекуперации, причем подачу пара в цилиндры двигателя осуществляют в такте расширения (рабочего хода), отличающийся тем, что вводимый в цилиндры двигателя пар предварительно перегревают, введение пара производят вначале рабочего хода при наибольшем давлении и температуре газов, а отработавшую парогазовую смесь подают в систему рекуперации тепла, состоящую из парогенератора и пароперегревателя.1. The method of operation of the internal combustion engine, which consists in supplying air and fuel to the cylinders, compressing the air-fuel mixture, burning the combustible mixture, supplying steam to the cylinders, as a result of which the expansion of the combustion products and steam, performing useful mechanical work during movement pistons discharge exhaust gases and steam from the cylinders and recover their heat by heating water and generating steam in the recovery system, the steam being supplied to the engine cylinders being extended in tact ia (working stroke), characterized in that the steam introduced into the engine cylinders is preheated, the steam is introduced at the beginning of the working stroke at the highest gas pressure and temperature, and the spent steam-gas mixture is fed to a heat recovery system consisting of a steam generator and a superheater. 2. Устройство для осуществления способа работы двигателя внутреннего сгорания, содержащее механизмы для осуществления рабочих процессов, системы газораспределения, питания топливом, воздухом, выпуска отработавших газов, систему рекуперации тепла отработавших газов для выработки водяного пара, отличающееся тем, что снабжено клапаном или форсункой с возможностью введения перегретого пара в цилиндры двигателя в такте расширения (рабочего хода), а система рекуперации тепла отработавших газов и пара включает парогенератор, пароперегреватель и регулирующий газовый клапан, установленный перед выходом отработавших газов в атмосферу. 2. A device for implementing a method of operating an internal combustion engine, comprising mechanisms for carrying out work processes, a gas distribution system, fuel, air, exhaust gas, an exhaust gas heat recovery system for generating water vapor, characterized in that it is provided with a valve or nozzle with the possibility introducing superheated steam into the engine cylinders in the expansion stroke (stroke), and the heat recovery system for exhaust gases and steam includes a steam generator, superheat spruce and gas control valve installed in front of the exhaust gas to the atmosphere.
RU2008129595/06A 2008-07-17 2008-07-17 Operating method of internal combustion engine and device for method's implementation RU2391523C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008129595/06A RU2391523C2 (en) 2008-07-17 2008-07-17 Operating method of internal combustion engine and device for method's implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008129595/06A RU2391523C2 (en) 2008-07-17 2008-07-17 Operating method of internal combustion engine and device for method's implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008129595A RU2008129595A (en) 2010-01-27
RU2391523C2 true RU2391523C2 (en) 2010-06-10

Family

ID=42121552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008129595/06A RU2391523C2 (en) 2008-07-17 2008-07-17 Operating method of internal combustion engine and device for method's implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2391523C2 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008129595A (en) 2010-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3902018B2 (en) Method and system for operating a reciprocating internal combustion engine
US20070022977A1 (en) Method and apparatus for operating an internal combustion engine
US6463890B1 (en) Combined diesel-rankine cycle reciprocating engine
JP2004519583A (en) Operation method of supercritical water injection type internal combustion engine
HU193154B (en) Internal combustion engine operating by hydrogen gas
WO2008066882A3 (en) Internal combustion engine and method of operating
US3842808A (en) Regenerative steam ignition internal combustion engine
PL179811B1 (en) Engine with water injection into its cylinder
JPH10325370A (en) Internal combustion engine comprising at least one combustion chamber and operating method therefor
US9243589B2 (en) High-enthalpy fluid injection
US9631580B2 (en) High-enthalpy fluid injection integrated with glow plug
US20160097350A1 (en) High-enthalpy fluid injection integrated with spark plug
RU2391523C2 (en) Operating method of internal combustion engine and device for method's implementation
JP2006242165A (en) Steam explosion engine utilizing exhaust gas
Mohandas et al. Review of six stroke engine and proposal for alternative fuels
RU2724071C1 (en) Piston engine and method of using fuel in piston engine
RU2009339C1 (en) Method of operating internal combustion engine
RU2764613C1 (en) Method for operation of free-piston gas generator and apparatus for implementation thereof
RU2153085C1 (en) Method of operation of four-stroke internal combustion engine and design of such engine
RU2330971C2 (en) Thermal engine operation and its design
RU2583493C1 (en) Method of operating steam and gas turbine engine and engine
RU2468222C2 (en) Internal combustion engine with generation device of combustible gases from hydrocarbon fuel mixed with water
CN1201865A (en) Internal combustion steam engine
RU2261346C1 (en) Method of operation of internal combustion engine
JP2002213304A (en) Engine using steam explosion

Legal Events

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

Effective date: 20110718