RU2442902C2 - Высокоэкономичный способ работы двигателя внутреннего сгорания по циклу ерченко - Google Patents

Высокоэкономичный способ работы двигателя внутреннего сгорания по циклу ерченко Download PDF

Info

Publication number
RU2442902C2
RU2442902C2 RU2010119683/06A RU2010119683A RU2442902C2 RU 2442902 C2 RU2442902 C2 RU 2442902C2 RU 2010119683/06 A RU2010119683/06 A RU 2010119683/06A RU 2010119683 A RU2010119683 A RU 2010119683A RU 2442902 C2 RU2442902 C2 RU 2442902C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
cylinder
stroke
air
compression
Prior art date
Application number
RU2010119683/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2010119683A (ru
Inventor
Герман Николаевич Ерченко (RU)
Герман Николаевич Ерченко
Original Assignee
Герман Николаевич Ерченко
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 Герман Николаевич Ерченко filed Critical Герман Николаевич Ерченко
Priority to RU2010119683/06A priority Critical patent/RU2442902C2/ru
Publication of RU2010119683A publication Critical patent/RU2010119683A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2442902C2 publication Critical patent/RU2442902C2/ru

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что цикл включает адиабатный процесс сжатия воздуха в цилиндре, в конце которого топливо, впрыскиваемое в цилиндр, самовоспламеняется. Процесс горения происходит сначала при постоянном объеме, а остальная часть топлива сгорает при постоянном давлении. Затем осуществляется рабочий ход при адиабатном расширении продуктов сгорания. После чего происходит отвод теплоты в окружающую среду по изохоре. Для достижения высокоэкономичной работы двигателя адиабатный процесс сжатия воздуха начинают с запаздыванием по отношению к началу движения поршня в такте сжатия, осуществляя для этого на участке от начала движения поршня в такте сжатия перепуск воздуха из цилиндра за его пределы по изобаре-изотерме. Для установления оптимального соотношения степени сжатия и суммарной степени расширения в процессах изобарного горения топлива и адиабатного расширения продуктов сгорания последовательно от режима к режиму увеличивают продолжительность перепуска воздуха в такте сжатия, сохраняя каждый раз величину степени сжатия неизменной. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к способам работы двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано при создании новых высокоэкономичных двигателей различного назначения и, в частности для морского, железнодорожного, автомобильного транспорта и в теплоэнергетике для привода электрогенераторов, а также оно может быть использовано при модернизации двигателей, находящихся в эксплуатации, для повышения их экономических показателей.
Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания по циклу Отто или циклу быстрого сгорания при постоянном объеме, включающему в себя процесс сжатия рабочей смеси по адиабате, в конце которого рабочая смесь воздуха с топливом воспламеняется от электрической искры и сгорает при постоянном объеме - по изохоре, что соответствует подводу теплоты, а затем осуществляется рабочий ход при адиабатном расширении продуктов сгорания, после чего происходит отвод теплоты в окружающую среду по изохоре, соответствующей в четырехтактных двигателях выхлопу газов и всасыванию новой порции рабочей смеси, и в двухтактных двигателях выхлопу и продувке цилиндра [1].
Недостатком такого способа работы двигателя внутреннего сгорания является то, что в цилиндр при всасывании новой порции рабочей смеси и продувке цилиндра в последний подается готовая горючая смесь. Поэтому, в связи с указанным, предлагаемый способ повышения экономической эффективности в двигателях, работающих по циклу быстрого сгорания, не может быть осуществлен.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ работы двигателя внутреннего сгорания, который осуществляется в работающем с надувом или без надува четырехтактном или двухтактном двигателе, каждый из которых работает по циклу, включающему в себя адиабатный процесс сжатия воздуха в цилиндре двигателя, в конце которого топливо, впрыскиваемое в цилиндр через форсунку, самовоспламеняется, а процесс горения топлива происходит сначала при постоянном объеме - по изохоре, а затем остальная часть топлива по мере поступления его из форсунки в цилиндр сгорает при постоянном давлении - изобаре, затем осуществляется рабочий ход при адиабатном расширении продуктов сгорания, после чего происходит отвод теплоты в окружающую среду по изохоре, соответствующей в четырехтактных двигателях выхлопу газов и всасыванию атмосферного воздуха или соответствующей в двухтактных двигателях выхлопу и продувке цилиндра [1].
Недостатком такого способа работы является невозможность дальнейшего повышения экономической эффективности двигателя, работающего по вышеуказанному способу.
Задачей изобретения является создание способа работы двигателя внутреннего сгорания, использование которого обеспечивает дальнейшее повышение экономической эффективности работающего двигателя по отношению к достигнутому в настоящее время уровню его эффективности.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе работы двигателя внутреннего сгорания, который осуществляется в работающем с наддувом или без наддува в четырехтактном или двухтактном двигателе, каждый из которых работает по циклу, включающему в себя адиабатный процесс сжатия воздуха в цилиндре двигателя, в конце которого топливо, впрыскиваемое в цилиндр через форсунку, самовоспламеняется, а процесс горения топлива происходит сначала при постоянном объеме - по изохоре, а затем остальная часть топлива по мере поступления его из форсунки в цилиндр сгорает при постоянном давлении - изобаре, затем осуществляется рабочий ход при адиабатном расширении продуктов сгорания, после чего происходит отвод теплоты в окружающую среду по изохоре, соответствующей в четырехтактных двигателях выхлопу газов и всасыванию атмосферного воздуха или соответствующей в двухтактных двигателях выхлопу и продувке цилиндра, для достижения высокоэкономичной работы четырехтактного или двухтактного двигателя адиабатный процесс сжатия воздуха начинают с запаздыванием по отношению к началу движения поршня в такте сжатия, осуществляя для этого на участке от начала движения поршня в такте сжатия до начала процесса адиабатного сжатия перепуск воздуха из цилиндра двигателя за его пределы по изобаре-изотерме, когда давление и температура воздуха внутри цилиндра двигателя на указанном участке движения поршня остаются неизменными, а степень сжатия вследствие наличия вышеуказанного перепуска воздуха из цилиндра двигателя оказывается меньше суммарной степени расширения в процессах изобарного горения топлива и адиабатного расширения продуктов сгорания, что в рассматриваемом случае в сравнении со способом работы двигателя-прототипа, работающим по циклу без вышеуказанного перепуска воздуха из цилиндра двигателя в такте сжатия, приводит при прочих равных условиях совершения цикла рабочим телом, вне зависимости от его массы, находящейся в цилиндре при совершении цикла, к увеличению глубины расширения продуктов сгорания, увеличению удельной работы, совершаемой рабочим телом, при одном и том же количестве удельной теплоты, подводимой к последнему при сгорании топлива и одинаковой степени сжатия, в сравниваемых циклах, а следовательно, и к увеличению коэффициента полезного действия двигателя, а для установления оптимального соотношения степени сжатия и суммарной степени расширения в процессах изобарного горения топлива и адиабатного расширения продуктов сгорания, при котором достигается высокоэкономичная работа двигателя и соблюдаются требования, обеспечивающие его надежную работу, последовательно от режима к режиму увеличивают на заданную величину продолжительность перепуска воздуха из цилиндра двигателя за его пределы по изобаре-изотерме в такте сжатия, которая определяется величиной приращения хода поршня в условном "процессе" вышеуказанного перепуска воздуха и отсчитываемую по углу поворота коленчатого вала двигателя, сохраняя каждый раз величину степени сжатия неизменной, а выполнение условия изменения продолжительности вышеуказанного перепуска воздуха в такте сжатия путем изменения по углу поворота коленчатого вала момента закрытия впускного клапана четырехтактного двигателя или клапана, устанавливаемого в крышке цилиндра двухтактного двигателя, для перепуска воздуха в вышеуказанном такте, роль которого в двухтактных двигателях с прямоточной клапанно-щелевой продувкой выполняет выпускной клапан, достигается за счет использования набора кулачковых шайб различного профиля, поочередно устанавливаемых на распределительном валу привода вышеуказанных клапанов в соответствии с заданным режимом работы двигателя, а сохранение неизменной степени сжатия на каждом из задаваемых режимов работы двигателя достигается, например, за счет использования поршня с отъемной головкой, позволяющей в соответствии с выбранным режимом устанавливать проставку между последним и тронком поршня требуемой высоты, при этом на каждом из устанавливаемых режимов работы двигателя выполняются измерения мощности, развиваемой двигателем, максимального давления в цилиндре последнего, расхода топлива, температуры выхлопных газов на выходе из цилиндра, продолжительности перепуска воздуха из цилиндра двигателя в такте сжатия по углу поворота коленчатого вала, и выполняется анализ состава выхлопных газов, после чего расчетным путем определяется удельный расход топлива и на основе сравнения полученных результатов устанавливается оптимальное соотношение вышеуказанных степени сжатия и суммарной степени расширения, обеспечивающее высокий коэффициент полезного действия двигателя и его надежную работу.
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с аналогом и прототипом позволяет сделать вывод о наличии новых отличительных признаков, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".
В известных науке и технике решениях нами не обнаружены совокупности отличительных признаков заявляемого решения, проявляющих аналогичные свойства и позволяющих достичь указанный в цели изобретения результат, следовательно, решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия".
На фиг.1 представлен теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания с перепуском воздуха в такте сжатия в p, v-диаграмме; на фиг.2 - теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания с перепуском воздуха в такте сжатия в T, s-диаграмме; на фиг.3 - теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания с перепуском воздуха в такте сжатия и адиабатным сжатием обогащенного кислородом воздуха; на фиг.4 - схема установки вихревого устройства для разделения сред во всасывающий или продувочный тракт двигателя; на фиг.5 - схема установки вихревого устройства для разделения сред во всасывающий или продувочный тракт двигателя.
В высокоэкономичном способе работы двигателя внутреннего сгорания по циклу Ерченко, осуществляемом в работающем с наддувом или без наддува четырехтактном или двухтактном двигателе, каждый из которых работает по циклу (фиг.1, 2), включающему в себя адиабатный процесс 1-2 сжатия воздуха в цилиндре двигателя, в конце которого топливо, впрыскиваемое в цилиндр через форсунку, самовоспламеняется, а процесс горения топлива происходит сначала при постоянном объеме - по изохоре 2-3, а затем остальная часть топлива по мере поступления его из форсунки в цилиндр сгорает при постоянном давлении - изобаре 3-4, затем осуществляется рабочий ход при адиабатном расширении 4-5 продуктов сгорания, после чего происходит отвод теплоты q2 в окружающую среду по изохоре 5-6, соответствующей в четырехтактных двигателях выхлопу газов и всасыванию атмосферного воздуха или соответствующей в двухтактных двигателях выхлопу и продувке цилиндра, для достижения высокоэкономичной работы четырехтактного или двухтактного двигателя адиабатный процесс сжатия 1-2 воздуха начинают с запаздыванием по отношению к началу движения поршня в такте сжатия, осуществляя для этого на участке от начала движения поршня в такте сжатия до начала процесса адиабатного сжатия перепуск воздуха из цилиндра двигателя за его пределы по изобаре-изотерме 6-1, когда давление и температура воздуха внутри цилиндра двигателя на указанном участке движения поршня остаются неизменными, а степень сжатия ε вследствие наличия вышеуказанного перепуска воздуха из цилиндра двигателя оказывается меньше суммарной степени расширения ρ в процессах изобарного горения топлива ρp и адиабатного расширения ρs продуктов сгорания, что в рассматриваемом случае в сравнении со способом работы двигателя-прототипа, работающим по циклу без вышеуказанного перепуска воздуха из цилиндра двигателя в такте сжатия, приводит при прочих равных условиях совершения цикла рабочим телом, вне зависимости от его массы, находящейся в цилиндре при совершении цикла, к увеличению глубины расширения продуктов сгорания (p5<p5′), увеличению удельной работы lц, совершаемой рабочим телом, при одном и том же количестве удельной теплоты (
Figure 00000001
), подводимой к последнему при сгорании топлива, и одинаковой степени сжатия ε, в сравниваемых циклах, а следовательно, и к увеличению коэффициента полезного действия ηt двигателя, а для установления оптимального соотношения степени сжатия ε и суммарной степени расширения ρ в процессах изобарного горения 3-4 топлива и адиабатного расширения 4-5 продуктов сгорания, при котором достигается высокоэкономичная работа двигателя и соблюдаются требования, обеспечивающие его надежную работу, последовательно от режима к режиму увеличивают на заданную величину продолжительность перепуска воздуха из цилиндра двигателя за его пределы по изобаре-изотерме 6-1 в такте сжатия, которая определяется величиной приращения хода поршня в условном "процессе" 6-1 вышеуказанного перепуска воздуха и отсчитываемую по углу поворота коленчатого вала двигателя, сохраняя каждый раз величину степени сжатия ε неизменной, а выполнение условия изменения продолжительности вышеуказанного перепуска воздуха в такте сжатия путем изменения по углу поворота коленчатого вала момента закрытия впускного клапана четырехтактного двигателя или клапана, устанавливаемого в крышке цилиндра двухтактного двигателя, для перепуска воздуха в вышеуказанном такте, роль которого в двухтактных двигателях с прямоточной клапанно-щелевой продувкой выполняет выпускной клапан, достигается за счет использования набора кулачковых шайб различного профиля, поочередно устанавливаемых на распределительном валу привода вышеуказанных клапанов в соответствии с заданным режимом работы двигателя, а сохранение неизменной степени сжатия ε на каждом из задаваемых режимов работы двигателя достигается, например, за счет использования поршня с отъемной головкой, позволяющей в соответствии с выбранным режимом устанавливать проставку между последним и тронком поршня требуемой высоты, при этом на каждом из устанавливаемых режимов работы двигателя выполняются измерения мощности, развиваемой двигателем, максимального давления p3 в цилиндре последнего, расхода топлива, температуры выхлопных газов T5 на выходе из цилиндра, продолжительности перепуска воздуха из цилиндра двигателя в такте сжатия по углу поворота коленчатого вала, и выполняется анализ состава выхлопных газов, после чего расчетным путем определяется удельный расход топлива gт и на основе сравнения полученных результатов устанавливается оптимальное соотношение вышеуказанных степени сжатия ε и суммарной степени расширения ρ, обеспечивающее высокий коэффициент полезного действия двигателя и его надежную работу.
При этом он может заключаться в том, что для увеличения удельной работы, совершаемой рабочим телом в цикле, и достижения при этом высокоэффективной работы двигателя, в процессе всасывания в четырехтактном двигателе или продувки в двухтактном двигателе в цилиндр подается воздух с повышенным содержанием кислорода O2, оптимальное процентное содержание которого в воздухе устанавливается опытным путем из условия обеспечения полного сгорания подаваемого в цилиндр топлива на номинальном режиме работы двигателя, на котором достигаются заданные максимальные значения давления p3 и температуры T4 рабочего тела в цилиндре двигателя (фиг.3), обеспечивающие надежную его работу, а для получения обогащенного кислородом воздуха используется, например, вихревое устройство 1 (фиг.4, 5) для разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов, выполненное по патенту RU 2081355 С1, 10.06.1997, при этом для установления вышеуказанного оптимального процентного содержания кислорода O2 в подаваемом в цилиндр двигателя обогащенном им воздухе на начальном режиме работы двигателя при заданном процентном содержании кислорода O2 в воздухе постепенно увеличивают цикловую подачу топлива до начала неполного сгорания его в цилиндре двигателя, измеряя при этом максимальные значения давления p3 и температуры T4 рабочего тела в цилиндре двигателя и выполняя анализ состава выхлопных газов, затем производят дальнейшее увеличение на заданную величину процентного содержания кислорода O2 в воздухе, подаваемом в цилиндр работающего двигателя, и продолжают дальнейшее постепенное увеличение цикловой подачи топлива до момента наступления неполного его сгорания, выполняя при этом вышеперечисленные измерения и анализ состава выхлопных газов, и так продолжают до момента достижения заданных максимальных значений давления p3 и температуры T4 рабочего тела в цилиндре двигателя, обеспечивающих надежную его работу, при этом на достигнутом номинальном режиме работы двигателя измеряют мощность, развиваемую двигателем, расход топлива и расчетным путем определяют удельный расход топлива, коэффициент полезного действия двигателя и устанавливают оптимальное процентное содержание кислорода в подаваемом в цилиндр двигателя воздухе на номинальном режиме его работы.
Для реализации вышеуказанного высокоэкономичного способа работы двигателя внутреннего сгорания по циклу Ерченко, который осуществляется в работающем с наддувом или без наддува четырехтактном или двухтактном двигателе, устанавливают следующий порядок совершения в цикле процессов (фиг.1, 2). Указанный цикл включает в себя адиабатный процесс 1-2 сжатия воздуха в цилиндре двигателя, в конце которого топливо, впрыскиваемое в цилиндр через форсунку, самовоспламеняется.
Процесс горения топлива происходит сначала при постоянном объеме - по изохоре 2-3, а затем остальная часть топлива по мере поступления его из форсунки в цилиндр сгорает при постоянном давлении - изобаре 3-4. Суммарное количество подводимой теплоты в изохорном и изобарном процессах
Figure 00000002
(фиг.1). В диаграмме T, s (фиг.2) количество теплоты
Figure 00000003
, подведенной в изохорном процессе 2-3, определяется площадью
Figure 00000004
, а в изобарном процессе определяется площадью
Figure 00000005
.
Затем осуществляется рабочий ход при адиабатном расширении 4-5 продуктов сгорания (фиг.1, 2). По окончании рабочего хода происходит отвод теплоты q2 в окружающую среду по изохоре 5-6, соответствующей в четырехтактных двигателях выхлопу газов и всасыванию атмосферного воздуха или соответствующей в двухтактных двигателях выхлопу и продувке цилиндра. В диаграмме T,s (фиг.2) количество отводимой теплоты в изохорном процессе 5-6 определяется площадью q2=пл.563′4′5.
При этом для достижения высокоэкономичной работы четырехтактного или двухтактного двигателя адиабатный процесс сжатия 1-2 воздуха начинают с запаздыванием по отношению к началу движения поршня в такте сжатия. Для этого осуществляют на участке от начала движения поршня в такте сжатия (точка 6, фиг.1, 2) до начала процесса адиабатного сжатия (точка 1, фиг.1, 2) перепуск воздуха из цилиндра двигателя за его пределы по изобаре-изотерме 6-1, когда давление и температура воздуха внутри цилиндра двигателя на указанном участке движения поршня остаются неизменными.
Степень сжатия ε вследствие наличия вышеуказанного перепуска воздуха из цилиндра двигателя оказывается меньше суммарной степени расширения p в процессах изобарного горения топлива ρp и адиабатного расширения ρs продуктов сгорания.
Последнее (ρ>ε, где ρ=ρp+ρs) в рассматриваемом случае, в сравнении со способом работы двигателя-прототипа по циклу без вышеуказанного перепуска воздуха из цилиндра двигателя в такте сжатия, приводит при прочих равных условиях совершения цикла рабочим телом, вне зависимости от его массы, находящейся в цилиндре при совершении цикла, к увеличению глубины расширения продуктов сгорания.
Из теоретического цикла 12345′ двигателя-прототипа, приведенного на фиг.1 и 2 соответственно в диаграммах p-v и T-s, это наглядно видно. Так, сравнивая рассматриваемый цикл с базовым циклом без перепуска воздуха на начальном участке такта сжатия при условии одинаковых массе рабочего тела, совершающего цикл, и степени сжатия ε, видим, что давление p5 в конце адиабатного расширения 4-5 продуктов сгорания в рассматриваемом цикле оказывается меньше давления p5′ в цикле двигателя-прототипа.
Вышеуказанное приводит к увеличению удельной работы lц, совершаемой рабочим телом в рассматриваемом цикле, по отношению к удельной работе l'ц, совершаемой рабочим телом в цикле без вышеуказанного перепуска воздуха в такте сжатия, при одном и том же количестве удельной теплоты (
Figure 00000006
), подводимой к рабочему телу при сгорании топлива, и одинаковой степени сжатия ε, в сравниваемых циклах. Из диаграммы T,s видно, что пл.1234561>пл.12345′1. Указанные площади представляют собой количество теплоты, превращаемой в сравниваемых циклах в работу цикла.
Следовательно, термический коэффициент полезного действия ηt рассматриваемого цикла оказывается больше, чем
Figure 00000007
цикла двигателя-прототипа, т.е.
Figure 00000008
, где
Figure 00000009
;
Figure 00000010
;
Figure 00000011
.
Для установления оптимального соотношения степени сжатия ε и суммарной степени расширения ρ в процессах изобарного горения 3-4 топлива и адиабатного расширения 4-5 продуктов сгорания, при котором достигается высокоэкономичная работа двигателя и соблюдаются требования, обеспечивающие его надежную работу, последовательно от режима к режиму увеличивают на заданную величину продолжительность перепуска воздуха из цилиндра двигателя за его пределы по изобаре-изотерме 6-1 в такте сжатия. При этом увеличение продолжительности вышеуказанного перепуска воздуха определяют величиной приращения хода поршня в условном "процессе" 6-1 перепуска воздуха. Величину приращения хода поршня в "процессе" 6-1 отсчитывают по углу поворота коленчатого вала двигателя, сохраняя каждый раз величину степени сжатия ε неизменной.
При этом выполнение условия изменения продолжительности вышеуказанного перепуска воздуха в такте сжатия путем изменения по углу поворота коленчатого вала момента закрытия впускного клапана четырехтактного двигателя или клапана, устанавливаемого в крышке цилиндра двухтактного двигателя, для перепуска воздуха в вышеуказанном такте, роль которого в двухтактных двигателях с прямоточной клапанно-щелевой продувкой выполняет выпускной клапан, достигается за счет использования набора кулачковых шайб различного профиля. Последние поочередно устанавливают на распределительном валу привода вышеуказанных клапанов в соответствии с заданным режимом работы двигателя.
Сохранение неизменной степени сжатия ε на каждом из задаваемых режимов работы двигателя достигается, например, за счет использования поршня с отъемной головкой. Последнее позволяет в соответствии с выбранным режимом работы двигателя устанавливать проставку между отъемной головкой и тронком поршня требуемой высоты.
При этом на каждом из устанавливаемых режимов работы двигателя выполняются измерения мощности, развиваемой двигателем, максимального давления в цилиндре последнего, расхода топлива, температуры выхлопных газов T5 на выходе из цилиндра, продолжительности перепуска воздуха из цилиндра двигателя в такте сжатия по углу поворота коленчатого вала.
Методика выполнения перечисленных измерений в настоящее время хорошо освоена, средства для измерения выпускаются промышленностью и по этому дополнительных пояснений по этому вопросу не требуется.
На основе полученных данных расчетным путем определяется удельный расход топлива gт и на основе сравнения полученных результатов устанавливается оптимальное соотношение вышеуказанных степени сжатия ε и суммарной степени расширения ρ, обеспечивающее высокий коэффициент полезного действия двигателя и его надежную работу.
Для увеличения удельной работы, совершаемой рабочим телом в цикле, и достижения при этом высокоэффективной работы двигателя, в процессе всасывания в четырехтактном двигателе или продувки в двухтактном двигателе в цилиндр подают воздух с повышенным содержанием кислорода. При этом оптимальное процентное содержание кислорода в обогащенном им воздухе устанавливается опытным путем из условия обеспечения полного сгорания подаваемого в цилиндр топлива на номинальном режиме работы двигателя, на котором достигаются заданные максимальные значения давления р3 и температуры T4 рабочего тела в цилиндре последнего (фиг.3), при которых обеспечивается надежная его работа.
На фиг.3 приведен теоретический цикл 123456 двигателя с перепуском воздуха в такте сжатия и с повышенным содержанием кислорода в сжимаемом в цикле воздухе в диаграмме T, s. Совмещение в этой диаграмме T, s вышеуказанного цикла 123456 с аналогичным циклом, но в котором в процессе адиабатного сжатия в цилиндре сжимается обычный атмосферный воздух (цикл 123′4′5′6) наглядно показывает, что за счет сжигания большего количества топлива в первом цикле его удельная работа lц оказывается больше, чем во втором случае l′ц (пл.1234561>пл.123′4′5′61).
Необходимо отметить, что при модернизации двигателя, используя рассматриваемый способ повышения эффективности его работы, количество рабочего тела, совершающего рабочий цикл уменьшается и поэтому появляется вероятность того, что даже несмотря на увеличение удельной работы, получаемой при осуществлении цикла, мощность двигателя может оказаться меньшей, чем была до его модернизации. Поэтому благодаря подаче в цилиндр двигателя обогащенного кислородом воздуха его мощность можно поднять до номинальной за счет сжигания в цикле дополнительного количества топлива.
Для получения обогащенного кислородом атмосферного воздуха используется, например, вихревое устройство для разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов, выполненное по патенту RU 2081355 С1, 10.06.1997. При этом необходимо отметить, что для обогащения кислородов атмосферного воздуха в вышеуказанном вихревом устройстве целесообразно его подачу внутрь последнего обеспечивать за счет использования для этого кинетической энергии ветра. В этом случае необходимо устройство располагать таким образом, чтобы его ось совпадала с направлением ветра, а его входное отверстие было расположено навстречу ветру.
Выходящий из вихревого устройства 1 обогащенный кислородом атмосферный воздух может напрямую подаваться во всасывающий или продувочный тракт 2 двигателя 3 (фиг.4). Кроме того, выходящий из вихревого устройства 1 обогащенный кислородом воздух может направляться в герметичную емкость 4, а из нее напрямую подаваться во всасывающий или продувочный тракт двигателя 3 (фиг.5). В последнем случае в герметичную емкость 4 обогащенный кислородом атмосферный воздух может подаваться одновременно из нескольких параллельно установленных вихревых устройств 1.
В качестве резервного устройства, обеспечивающего подачу в вихревое устройство воздуха для его обогащения кислородом, можно использовать приводной нагнетатель. Помимо этого, используя байпасный воздухопровод, атмосферный воздух при необходимости можно напрямую, минуя вихревое устройство, подавать во всасывающий или продувочный тракт двигателя.
Рассматриваемый цикл двигателя внутреннего сгорания с адиабатным сжатием обогащенного кислородом воздуха 123456 приведен в диаграмме T,s на фиг.3. В случае адиабатного сжатия с цикле обычного атмосферного воздуха при одинаковой степени сжатия ε с вышеприведенным циклом первый 123′4′5′6 оказывается вписанным в цикл 123456. Сравнивая оба эти цикла в T,s-диаграмме, видим, что удельная работа и коэффициент полезного действия при использовании обогащенного кислородом воздуха увеличиваются.
Для установления вышеуказанного оптимального процентного содержания кислорода в подаваемом в цилиндр двигателя обогащенном им воздухе на начальном режиме работы двигателя при заданном процентном содержании кислорода в воздухе постепенно увеличивают цикловую подачу топлива до начала неполного сгорания его в цилиндре двигателя. При этом измеряют максимальные значения давления p3 и температуры T4 рабочего тела в цилиндре двигателя и выполняют анализ состава выхлопных газов.
Затем производят дальнейшее увеличение на заданную величину процентного содержания кислорода в воздухе, подаваемом в цилиндр работающего двигателя, и продолжают дальнейшее постепенное увеличение цикловой подачи топлива до момента наступления неполного его сгорания. При этом выполняют вышеперечисленные измерения и анализ состава выхлопных газов, и так продолжают до момента достижения заданных максимальных значении давления p3 и температуры T4 рабочего тела в цилиндре двигателя, обеспечивающих надежную его работу.
На достигнутом номинальном режиме работы двигателя измеряют мощность, развиваемую двигателем, расход топлива и расчетным путем определяют удельный расход топлива, коэффициент полезного действия двигателя и устанавливают оптимальное процентное содержание кислорода в подаваемом в цилиндр двигателя воздухе на номинальном режиме его работы.
В общем случае использование обогащенного кислородом воздуха для увеличения мощности и повышения эффективности работы возможно в любом типе двигателя внутреннего сгорания.
Рассматриваемый способ высокоэкономичной работы двигателя внутреннего сгорания по циклу Ерченко позволяет достигать прироста коэффициента полезного действия на 5…10 и более процентов, что несомненно является важнейшим фактором для начала его широкого использования при создании новых высокоэкономичных двигателей внутреннего сгорания и модернизации таких двигателей, находящихся в эксплуатации.
Источники информации
1. Ерченко Г.Н. Законы термодинамики и циклы теплоэнергетических установок и двигателей: Учебное пособие. - СПб.: ПИМаш, 2006. - 148 с. (с.110-111).
2. Патент RU 2081355 C1, 10.06.1997.

Claims (2)

1. Высокоэкономичный способ работы двигателя внутреннего сгорания, заключающийся в том, что он осуществляется в работающем с наддувом или без наддува четырехтактном или двухтактном двигателе, каждый из которых работает по циклу, включающему в себя адиабатный процесс сжатия воздуха в цилиндре двигателя, в конце которого топливо, впрыскиваемое в цилиндр через форсунку, самовоспламеняется, а процесс горения топлива происходит сначала при постоянном объеме - по изохоре, а затем остальная часть топлива по мере поступления его из форсунки в цилиндр сгорает при постоянном давлении - изобаре, затем осуществляется рабочий ход при адиабатном расширении продуктов сгорания, после чего происходит отвод теплоты в окружающую среду по изохоре, соответствующей в четырехтактных двигателях выхлопу газов и всасыванию атмосферного воздуха или соответствующей в двухтактных двигателях выхлопу и продувке цилиндра, отличающийся тем, что для достижения высокоэкономичной работы четырехтактного или двухтактного двигателя адиабатный процесс сжатия воздуха начинают с запаздыванием по отношению к началу движения поршня в такте сжатия, осуществляя для этого на участке от начала движения поршня в такте сжатия до начала процесса адиабатного сжатия перепуск воздуха из цилиндра двигателя за его пределы по изобаре-изотерме, когда давление и температура воздуха внутри цилиндра двигателя на указанном участке движения поршня остаются неизменными, а степень сжатия вследствие наличия вышеуказанного перепуска воздуха из цилиндра двигателя оказывается меньше суммарной степени расширения в процессах изобарного горения топлива и адиабатного расширения продуктов сгорания, что в рассматриваемом случае в сравнении со способом работы двигателя-прототипа, работающего по циклу без вышеуказанного перепуска воздуха из цилиндра двигателя в такте сжатия, приводит при прочих равных условиях совершения цикла рабочим телом, вне зависимости от его массы, находящейся в цилиндре при совершении цикла, к увеличению глубины расширения продуктов сгорания, увеличению удельной работы, совершаемой рабочим телом, при одном и том же количестве удельной теплоты, подводимой к последнему при сгорании топлива, в сравниваемых циклах, а следовательно и к увеличению коэффициента полезного действия двигателя, а для установления оптимального соотношения степени сжатия и суммарной степени расширения в процессах изобарного горения топлива и адиабатного расширения продуктов сгорания, при котором достигается высокоэкономичная работа двигателя и соблюдаются требования, обеспечивающие его надежную работу, последовательно от режима к режиму увеличивают на заданную величину продолжительность перепуска воздуха из цилиндра двигателя за его пределы по изобаре-изотерме в такте сжатия, которая определяется величиной приращения хода поршня в условном "процессе" вышеуказанного перепуска воздуха и отсчитывается по углу поворота коленчатого вала двигателя, сохраняя каждый раз величину степени сжатия неизменной, а выполнение условия изменения продолжительности вышеуказанного перепуска воздуха в такте сжатия путем изменения по углу поворота коленчатого вала момента закрытия впускного клапана четырехтактного двигателя или клапана, устанавливаемого в крышке цилиндра двухтактного двигателя, для перепуска воздуха в вышеуказанном такте, роль которого в двухтактных двигателях с прямоточной клапанно-щелевой продувкой выполняет выпускной клапан, достигается за счет использования набора кулачковых шайб различного профиля, поочередно устанавливаемых на распределительном валу привода вышеуказанных клапанов в соответствии с заданным режимом работы двигателя, а сохранение неизменной степени сжатия на каждом из задаваемых режимов работы двигателя достигается, например, за счет использования поршня с отъемной головкой, позволяющей в соответствии с выбранным режимом устанавливать проставку между последним и тронком поршня требуемой высоты, при этом на каждом из устанавливаемых режимов работы двигателя выполняются измерения мощности, развиваемой двигателем, максимального давления в цилиндре последнего, расхода топлива, температуры выхлопных газов на выходе из цилиндра, продолжительности перепуска воздуха из цилиндра двигателя в такте сжатия по углу поворота коленчатого вала, и выполняется анализ состава выхлопных газов, после чего расчетным путем определяется удельный расход топлива и на основе сравнения полученных результатов, устанавливается оптимальное соотношение вышеуказанных степени сжатия и суммарной степени расширения, обеспечивающее высокий коэффициент полезного действия двигателя и его надежную работу.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для увеличения удельной работы, совершаемой рабочим телом в цикле, и достижения при этом высокоэффективной работы двигателя, в процессе всасывания в четырехтактном двигателе или продувки в двухтактном двигателе в цилиндр подается воздух с повышенным содержанием кислорода, оптимальное процентное содержание которого в воздухе устанавливается опытным путем из условия обеспечения полного сгорания подаваемого в цилиндр топлива на номинальном режиме работы двигателя, на котором достигаются заданные максимальные значения давления и температуры рабочего тела в цилиндре двигателя, обеспечивающие надежную его работу, а для получения обогащенного кислородом воздуха используется, например, вихревое устройство для разделения сред с неоднородным полем плотностей и с разной молекулярной массой компонентов, при этом для установления вышеуказанного оптимального процентного содержания кислорода в подаваемом в цилиндр двигателя обогащенном им воздухе на начальном режиме работы двигателя при заданном процентном содержании кислорода в воздухе постепенно увеличивают цикловую подачу топлива до начала неполного сгорания его в цилиндре двигателя, измеряя при этом максимальные значения давления и температуры рабочего тела в цилиндре двигателя и выполняя анализ состава выхлопных газов, затем производят дальнейшее увеличение на заданную величину процентного содержания кислорода в воздухе, подаваемом в цилиндр работающего двигателя, и продолжают дальнейшее постепенное увеличение цикловой подачи топлива до момента наступления неполного его сгорания, выполняя при этом вышеперечисленные измерения и анализ состава выхлопных газов, и так продолжают до момента достижения заданных максимальных значений давления и температуры рабочего тела в цилиндре двигателя, обеспечивающих надежную его работу, при этом на достигнутом номинальном режиме работы двигателя измеряют мощность, развиваемую двигателем, расход топлива и расчетным путем определяют удельный расход топлива, коэффициент полезного действия двигателя и устанавливают оптимальное процентное содержание кислорода в подаваемом в цилиндр двигателя воздухе на номинальном режиме его работы.
RU2010119683/06A 2010-05-17 2010-05-17 Высокоэкономичный способ работы двигателя внутреннего сгорания по циклу ерченко RU2442902C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010119683/06A RU2442902C2 (ru) 2010-05-17 2010-05-17 Высокоэкономичный способ работы двигателя внутреннего сгорания по циклу ерченко

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010119683/06A RU2442902C2 (ru) 2010-05-17 2010-05-17 Высокоэкономичный способ работы двигателя внутреннего сгорания по циклу ерченко

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010119683A RU2010119683A (ru) 2010-10-20
RU2442902C2 true RU2442902C2 (ru) 2012-02-20

Family

ID=44023779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010119683/06A RU2442902C2 (ru) 2010-05-17 2010-05-17 Высокоэкономичный способ работы двигателя внутреннего сгорания по циклу ерченко

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2442902C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771911C1 (ru) * 2021-07-27 2022-05-13 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков имени Героя Советского Союза А.К. Серова" Четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания со смешанным подводом и изобарным отводом теплоты

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5233948A (en) * 1992-12-10 1993-08-10 Ford Motor Company Variable cycle engine
RU2023188C1 (ru) * 1993-04-29 1994-11-15 Гаджикадир Алиярович Ибадуллаев Устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания
RU2144991C1 (ru) * 1997-10-16 2000-01-27 Ибадуллаев Гаджикадир Алиярович Двигатель внутреннего сгорания с переменным объемом камер сгорания
EP1754872A1 (de) * 2005-08-17 2007-02-21 Ford Global Technologies, LLC Ottomotor mit variabler Ventilsteuerung und einem Betrieb im Atkinsonzyklus
WO2007088560A1 (en) * 2006-02-02 2007-08-09 Ravi P An improved hybrid internal combustion engine with extended expansion
JP2009036121A (ja) * 2007-08-02 2009-02-19 Toyota Motor Corp 内燃機関の可変動弁装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5233948A (en) * 1992-12-10 1993-08-10 Ford Motor Company Variable cycle engine
RU2023188C1 (ru) * 1993-04-29 1994-11-15 Гаджикадир Алиярович Ибадуллаев Устройство для регулирования выходной мощности двигателя внутреннего сгорания
RU2144991C1 (ru) * 1997-10-16 2000-01-27 Ибадуллаев Гаджикадир Алиярович Двигатель внутреннего сгорания с переменным объемом камер сгорания
EP1754872A1 (de) * 2005-08-17 2007-02-21 Ford Global Technologies, LLC Ottomotor mit variabler Ventilsteuerung und einem Betrieb im Atkinsonzyklus
WO2007088560A1 (en) * 2006-02-02 2007-08-09 Ravi P An improved hybrid internal combustion engine with extended expansion
JP2009036121A (ja) * 2007-08-02 2009-02-19 Toyota Motor Corp 内燃機関の可変動弁装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771911C1 (ru) * 2021-07-27 2022-05-13 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков имени Героя Советского Союза А.К. Серова" Четырехтактный поршневой двигатель внутреннего сгорания со смешанным подводом и изобарным отводом теплоты

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010119683A (ru) 2010-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8561581B2 (en) Two-stroke uniflow turbo-compound internal combustion engine
US20110030654A1 (en) Two-Stroke Uniflow Turbo-Compound Internal Combustion Engine
ATE447100T1 (de) Viertakt-selbstzündungsmotor
US9228491B2 (en) Two-stroke uniflow turbo-compound internal combustion engine
KR20090027593A (ko) 내연기관의 소기 공기 질량 및/또는 포집 효율을 결정하기 위한 방법
Sinyavski et al. A zero-dimensional model for internal combustion engine simulation and some modeling results
US9869241B2 (en) Split cycle engine and method of operation
JP2008196483A5 (ru)
Sawada et al. Development of a low emission two-stroke cycle engine
RU2442902C2 (ru) Высокоэкономичный способ работы двигателя внутреннего сгорания по циклу ерченко
Gheorghiu Ultra-downsizing of internal combustion engines
KR20090098667A (ko) 2 행정 내연 기관에서의 연소 가스 교환(소기) 방법
Mitianiec Improvement of working parameters in an opposed piston CI two-stroke engine by modelling research
Buchman et al. Analyzing the Effect of Air Capacitor Turbocharging Single Cylinder Engines on Fuel Economy and Emissions Through Modeling and Experimentation
Shkolnik et al. Progress in development of a small rotary SI engine
Glewen et al. Comparative analysis of EGR and air dilution in spark-ignited natural gas engines
Cameron et al. Combustion characteristics of a spark-ignited split-cycle engine fuelled with methane
Mirmohammadi et al. Studying turbocharging effects on engine performance and emissions by various compression ratios
US8875672B2 (en) Engine system having dedicated cylinder-to-cylinder connection
RU2684046C1 (ru) Способ работы двигателя внутреннего сгорания
Zelenka et al. Optimum Operating Strategies for Gas Engines Using Variable Intake Valve Train
Milkov Waste heat recovery from the exhaust gases of a diesel engine by means of Rankine cycle
Ulishney Experimental Design, Testing, and Evaluation of Methods to Improve the Efficiency and Reduce Emissions from a Small Two-stroke Natural Gas Engine
Kweon et al. Homogeneous Charge Compression Ignition (HCCI) Engine Fueled With Natural Gas for Stationary Power Generation Applications
Ohtsuji et al. 72 Investigation of low emission two-stroke cycle engine chainsaw

Legal Events

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

Effective date: 20140518