RU2472023C2 - Operating method (versions) and arrangement of compound engine with two-phase working medium based on piston-type internal combustion engine (versions) - Google Patents

Operating method (versions) and arrangement of compound engine with two-phase working medium based on piston-type internal combustion engine (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2472023C2
RU2472023C2 RU2009111735A RU2009111735A RU2472023C2 RU 2472023 C2 RU2472023 C2 RU 2472023C2 RU 2009111735 A RU2009111735 A RU 2009111735A RU 2009111735 A RU2009111735 A RU 2009111735A RU 2472023 C2 RU2472023 C2 RU 2472023C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
fuel
engine
steam
air
Prior art date
Application number
RU2009111735A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009111735A (en
Inventor
Харас Исхакович Акчурин
Михаил Андреевич Миронычев
Аркадий Данилович Зорин
Евгений Николаевич Каратаев
Original Assignee
Харас Исхакович Акчурин
Filing date
Publication date
Application filed by Харас Исхакович Акчурин filed Critical Харас Исхакович Акчурин
Priority to RU2009111735A priority Critical patent/RU2472023C2/en
Priority to PCT/RU2010/000037 priority patent/WO2010114416A1/en
Publication of RU2009111735A publication Critical patent/RU2009111735A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2472023C2 publication Critical patent/RU2472023C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: basic piston-type engine is equipped with converted steam cylinder(s) instead of gas one(s), from which power is transmitted to compound engine. Combustion products are cooled in gas cylinders owing to water spraying in inlet air and their evaporation during fuel burning. Steam for operation of steam cylinder(s) is generated in steam generator as a result of feed water heating with oil heat of lubrication system and combustion products. Water drops evaporating in cylinders during fuel burning decrease thermal factor of the engine, suppress detonation and allow increasing combustion degree of petroleum and gas (with forced ignition) of engines, as well as increasing the quantity of working medium. Waste steam in cylinder(s) is condensed in condenser together with water steams and hydrocarbon steams from combustion products due to their cooling with cold water spraying.
EFFECT: reduction of hazardous emissions as a result of reduction of decomposition of combustion products, condensation of hydrocarbon steams from combustion products, and owing to content in water drops of sprayed ammonia and burning of fuel at excess air factor of more than 1.
31 cl, 19 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания для повышения их КПД, улучшения их топливной экономичности, снижения вредных выбросов в атмосферу, а также повышения их надежности.The invention relates to mechanical engineering and can be used in internal combustion engines to increase their efficiency, improve their fuel efficiency, reduce harmful emissions into the atmosphere, and increase their reliability.

Известен способ работы и устройство поршневого двигателя внутреннего сгорания с газопаровым рабочим телом (патент РФ 2232913, кл. F02G 5/04, F01K 23/14, F02В 47/02, 75/10).A known method of operation and device piston internal combustion engine with a gas-steam working fluid (RF patent 2232913, CL F02G 5/04, F01K 23/14, F02B 47/02, 75/10).

Устройство включает поршневой двигатель внутреннего сгорания, конденсатор, устройства охлаждения продуктов сгорания, распылители воды, установленные во впускной системе и подключенные к емкости с водой водопроводами через регулятор расхода и водяной насос. Вдоль выпускной системы последовательно по ходу движения газов расположены парогенератор, совмещенный с выпускным коллектором, контактный конденсатор, турбодетандер (турбина) или винтовая расширительная машина, соединенные механической связью с электрогенератором, и влагоотделитель. Вдоль впускной системы последовательно по ходу движения воздуха расположены воздушный фильтр, компрессор, контактный воздухоохладитель и впускной коллектор. При этом поддон влагоотделителя подключен водопроводом к холодной части аккумулятора воды, поддоны контактных конденсатора и воздухоохладителя соединены водопроводами с горячей частью аккумулятора воды, парогенератор подключен подводящим водопроводом к горячей части аккумулятора воды и отводящим паропроводом с аккумулятором пара, от которого отведены паропроводы к турбине или винтовой расширительной машине, соединенные механической связью с компрессором.The device includes a reciprocating internal combustion engine, a condenser, cooling devices for combustion products, water sprayers installed in the intake system and connected to the water tank by water pipes through a flow regulator and a water pump. Along the exhaust system, a steam generator, combined with an exhaust manifold, a contact condenser, a turboexpander (turbine) or a screw expansion machine, connected mechanically to an electric generator, and a moisture separator are arranged sequentially along the gas flow. Along the intake system, an air filter, a compressor, a contact air cooler and an intake manifold are arranged sequentially along the air flow. In this case, the dehumidifier tray is connected by a water supply system to the cold part of the water accumulator, the contact condenser and air cooler trays are connected by water supply to the hot part of the water accumulator, the steam generator is connected by the inlet water supply to the hot part of the water accumulator and a discharge steam line with the steam accumulator, from which the steam pipelines to the turbine or expansion screw are allotted a machine connected mechanically to a compressor.

Способ работы этого поршневого двигателя реализуется подачей воздуха компрессором в цилиндры двигателя, который приводится паровой турбиной. Продукты сгорания охлаждаются в парогенераторе, контактном конденсаторе и турбодетандере (турбине), а надувочный воздух в контактном воздухоохладителе. Пар подается в турбину из аккумулятора, который генерируется теплотой продуктов сгорания. Вода впрыскивается в камеры сгорания из горячей части аккумулятора, куда она подается из конденсатора. Холодная часть этого аккумулятора снабжается водой, выделяющейся во влагоотделителе за турбодетандером (турбиной), при этом регулируют показатель рН горячей воды больше 7, поступающей из конденсатора в аккумулятор воды, добавлением аммиака в эту воду и количества подаваемого воздуха компрессором в соответствии с минимально допустимым коэффициентом избытка воздуха.The method of operation of this piston engine is implemented by supplying air to the cylinders of the engine, which is driven by a steam turbine. The combustion products are cooled in a steam generator, a contact condenser and a turboexpander (turbine), and the charge air in a contact air cooler. Steam is supplied to the turbine from the accumulator, which is generated by the heat of the combustion products. Water is injected into the combustion chambers from the hot part of the battery, where it is supplied from the condenser. The cold part of this battery is supplied with water released in the dehumidifier behind the turboexpander (turbine), while regulating the pH of hot water above 7 coming from the condenser into the water accumulator, adding ammonia to this water and the amount of air supplied by the compressor in accordance with the minimum allowable excess coefficient air.

Недостатками этого известного способа работы и устройства поршневого двигателя являются сложность, большие размеры и масса, а также недостаточно высокий КПД, который должен ограничиваться действиями первого и второго законов термодинамики.The disadvantages of this known method of operation and the design of a piston engine are complexity, large dimensions and mass, as well as insufficiently high efficiency, which should be limited to the actions of the first and second laws of thermodynamics.

Наиболее близким к заявленному способу работы и устройству комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом на базе поршневого двигателя внутреннего сгорания является по технической сущности и достигаемому результату способ работы и устройство комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом на базе поршневого двигателя внутреннего сгорания, опубликованные на сайте Интернета www.wipo.int/pctdb № WO 2008/094071 от 16.10.2008.The closest to the claimed method of operation and the device of a combined engine with a two-phase working fluid based on a reciprocating internal combustion engine is the technical essence and the achieved result, the method of operation and the device of a combined engine with a two-phase working fluid based on a reciprocating internal combustion engine, published on the Internet website www. wipo.int/pctdb No. WO 2008/094071 dated 10/16/2008.

Базовым оборудованием этого двигателя служит поршневой двигатель внутреннего сгорания, паровая расширительная машина или паровой(ые) цилиндр(ы). Эта расширительная машина или этот(и) цилиндр(ы) подключен(ы) к парогенератору и конденсатору. Для повышения температуры пара при низких температурах продуктов сгорания организован замкнутый циркуляционный контур через парогенератор. Базовый поршневой двигатель используется с традиционной системой охлаждения и без нее. В последнем случае охлаждение рабочего тела осуществляется распыливанием в нем холодной воды с определенными средними размерами капель и в необходимом количестве. Объем камеры сгорания в газовых цилиндрах с принудительным воспламенением топлива устанавливают таким, чтобы эффективный КПД комбинированного двигателя был наибольшим и отсутствовала детонация в цилиндрах благодаря распыливанию воды с необходимыми средними размерами капель в требуемом количестве во впускном воздухопроводе и нагреву ее до температуры кипения к концу сжатия воздухом, а также охлаждению продуктов сгорания при горении топлива испарением капель воды, нагретой до температуры кипения.The basic equipment of this engine is a reciprocating internal combustion engine, a steam expansion machine or steam (s) cylinder. This expansion machine or this (s) cylinder (s) is connected (s) to the steam generator and condenser. To increase the temperature of steam at low temperatures of the combustion products, a closed circulation loop is organized through the steam generator. The basic piston engine is used with and without a traditional cooling system. In the latter case, the working fluid is cooled by spraying cold water in it with certain average droplet sizes and in the required amount. The volume of the combustion chamber in gas cylinders with forced ignition of the fuel is set so that the effective efficiency of the combined engine is greatest and there is no detonation in the cylinders due to atomization of water with the required average droplet sizes in the required amount in the inlet duct and heating it to a boiling point by the end of compression with air, as well as cooling the combustion products during fuel combustion by evaporating drops of water heated to a boiling point.

Пар для работы паровой расширительной машины или подачи его в паровой(ые) цилиндр(ы) получается в парогенераторе благодаря нагреву питательной воды теплотой масла системы смазки, воды системы охлаждения, а также продуктов сгорания. При отсутствии традиционной системы охлаждения продукты сгорания охлаждаются в цилиндрах испарением нагретых капель воды. Эти капли образуются в системе впуска распыливанием охлажденной воды в радиаторе наружным воздухом, а нагреваются до температуры кипения от сжимаемого и нагреваемого воздуха при сжатии как в компрессоре, так и в цилиндрах. Испаряющиеся капли в цилиндрах при горении топлива подавляют детонацию и позволяют повысить степень сжатия двигателя с принудительным воспламенением, а также увеличить количество рабочего тела. Отработавший пар конденсируется в конденсаторе, а водяной пар и углеводороды из продуктов сгорания тоже благодаря их охлаждению распыливанием холодной воды, которая получается из конденсата путем ее охлаждения в радиаторе наружным воздухом. Снижение вредных выбросов происходит, в основном, в результате уменьшения диссоциации продуктов сгорания, конденсации углеводородов из продуктов сгорания на поверхностях капель воды в конденсаторе и сжиганию их вместе с распыленной водой в камерах сгорания, а также благодаря содержанию в каплях воды растворенного аммиака.Steam for operating the steam expansion machine or feeding it into the steam cylinder (s) is obtained in the steam generator by heating the feed water with the heat of the oil of the lubrication system, water of the cooling system, as well as combustion products. In the absence of a traditional cooling system, the combustion products are cooled in cylinders by the evaporation of heated drops of water. These droplets are formed in the intake system by spraying chilled water in the radiator with outside air, and they are heated to the boiling point of the compressible and heated air during compression both in the compressor and in the cylinders. Evaporating droplets in the cylinders during fuel combustion suppress detonation and increase the compression ratio of the engine with forced ignition, as well as increase the amount of working fluid. The exhaust steam is condensed in the condenser, and water vapor and hydrocarbons from the combustion products also due to their cooling by spraying cold water, which is obtained from the condensate by cooling it in the radiator with outside air. Reduction of harmful emissions occurs mainly as a result of a decrease in the dissociation of combustion products, condensation of hydrocarbons from the combustion products on the surfaces of water droplets in the condenser and their combustion along with atomized water in the combustion chambers, and also due to the content of dissolved ammonia in the water droplets.

Основными недостатками этого прототипа являются недостаточная надежность работы при низких температурах наружного воздуха, сложность конструкции, а проблема повышения эффективного КПД решается, в основном, у бензиновых (с принудительным воспламенением) двигателей.The main disadvantages of this prototype are the lack of reliable operation at low outdoor temperatures, the complexity of the design, and the problem of increasing effective efficiency is solved mainly in gasoline (with forced ignition) engines.

Целью изобретения является повышение КПД не только бензинового (с принудительным воспламенением) двигателя, но также газового и дизельного двигателей до уровня, ограничиваемого первым и вторым законами термодинамики, повышение надежности работы этих двигателей при их эксплуатации в области низких температур наружного воздуха, а также уменьшение трудоемкости их изготовления и снижения стоимости.The aim of the invention is to increase the efficiency of not only a gasoline (with forced ignition) engine, but also gas and diesel engines to a level limited by the first and second laws of thermodynamics, to increase the reliability of these engines when they are used in the field of low outdoor temperatures, and also to reduce the complexity their manufacture and cost reduction.

Поставленная цель решается тем, что в способе работы комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом, включающим подачу воздуха компрессором во впускной коллектор, его охлаждение распыливанием холодной воды, охлаждение продуктов сгорания последовательно в котле и в контактном конденсаторе до температуры, при которой выделившийся конденсат охлаждается до температуры холодной воды наружным воздухом в водовоздушном радиаторе, затем их расширение в турбодетандере (турбине), отделение капель воды в контактном конденсаторе и турбодетандере (турбине) при расширении продуктов сгорания, подачу холодной воды в контактный конденсатор для охлаждения продуктов сгорания и в систему впуска для охлаждения воздуха, снижение максимальной температуры сгорания благодаря испарению капель воды при сжигании топлива в камерах сгорания, отдачу теплоты из масла системы смазки нагреваемой воде в водораспределительном устройстве через разделяющие стенки водомасляного теплообменника, подачу нагретой воды в котел из водораспределительного устройства и подачу пара из котла в расширительное устройство для получения полезной работы, регулирование давления газов в конденсаторе их дросселированием перед рабочим колесом турбодетандера (турбины) в зависимости от температуры наружного воздуха, осуществляют их в результате снижения максимальной температуры сгорания благодаря испарению капель воды при сжигании топлива в камерах сгорания при коэффициентах избытка воздуха α=1,0÷1,2 в газовых и бензиновых (с принудительным воспламенением) и наиболее низком, но большем 1,1 в дизельных (с самовоспламенением) двигателях, при которых организуют полное сгорание топлива при отсутствии химической неполноты сгорания. Причем воду подают в воздух, поступающий в компрессор бензинового (с принудительным воспламенением) двигателя для уменьшения температуры этого воздуха при его сжатии в компрессоре, при этом распыливают ее с такими размерами капель и в таком количестве, при котором степень сжатия двигателя повышается без возникновения детонации, а эффективный КПД становится наибольшим. Кроме того, в дизельном (с самовоспламенением) двигателе подают нагретую воду в котле до температуры кипения при давлении, большем максимального давления сгорания в газовые теплоизолированные цилиндры в начале расширения при сжигании топлива с наиболее низким коэффициентом избытка воздуха, но ≥1,1 обеспечивающее качественное смесеобразование и полное сгорание топлива, при этом переходят на частичные нагрузки количественным регулированием мощности (изменением количества поступающего воздуха в цилиндры при постоянном коэффициенте избытка воздуха). Причем воду распыливают в нагреваемом воздухе при его сжатии в компрессоре и цилиндрах, при которых возникает надежное воспламенение капель топлива в дизельном (с самовоспламенением) двигателе на всех режимах при допустимой жесткости его работы. Кроме того, увеличивают эффективную мощность и давление надувочного воздуха благодаря увеличению срабатываемого теплоперепада на рабочем колесе турбодетандера(турбины) в результате уменьшения проходного сечения направляющего соплового аппарата при сохранении коэффициента избытка воздуха в цилиндрах α=1,0÷1,2 в газовых и бензиновых (с принудительным воспламенением) и α≥1,1 в дизельных (с самовоспламенением) двигателях. Кроме того, в газовом и бензиновом (с принудительным воспламенением) двигателях устанавливают постоянный или наивыгоднейший угол опережения зажигания на всех режимах работы, а возникающую детонацию подавляют увеличением количества распыливаемой холодной воды в воздухе, поступающем в цилиндры. Причем количество подаваемой питательной воды в котел или температуру и давления воды (пара) изменяют в зависимости от режима работы двигателя, при этом охлаждают продукты сгорания в этом котле до 150°С. Кроме того, образовавшийся пар в котле подают в газовые цилиндры в начале расширения через впускные паровые клапаны и завихрители при более высокой степени сжатия, чем у базового двигателя с давлением, превышающим давление газов в этих цилиндрах в таком количестве и с такой температурой, при которых не происходит детонация в камерах сгорания газового и бензинового (с принудительным воспламенением) двигателях, а в цилиндрах дизельного (с самовоспламенением) двигателя совершается эффективная работа с наиболее высоким КПД. Причем количество подаваемой питательной воды в котел регулируется по температуре выпускных газов на выходе из этого котла, или давлению, или температуре пара на выходе из котла. Кроме того, распыливают смесь бензина и воды в воздухе, поступающем в цилиндры, при котором требования к октановому числу топлива получаются наименьшими, степень сжатия и эффективный КПД наибольшими. Причем распыливают смесь воды и дизельного топлива в соотношении 0,5÷1,25 от цикловой подачи топлива в воздухе, поступающем в цилиндры, при котором эффективный КПД дизеля (с самовоспламенением) становится наибольшим при допустимой жесткости его работы, не превышающей у существующих двигателей. Кроме того, пар подают в паровой(ые) цилиндр(ы) через впускной(ые) клапан(ы) при его(их) открытии в верхней(внутренней) мертвой точке, а закрывают его(их) по допустимому снижению давления пара в парогенераторе, при котором эффективный КПД двигателя начинает снижаться. Причем при уменьшении уровня воды в водораспределительных устройствах холодной и горячей воды повышают давление газов в конденсаторе или доливают воду в эти емкости, а в выключенном двигателе и снижении температуры холодной воды до температуры замерзания двигатель запускается автоматически или вручную. В случае снижения температуры холодной воды в двигателе до температуры замерзания, воду из системы подачи воды и пара сливают автоматически или вручную по трубопроводу в теплоизолированную емкость электронасосом, а при его пуске подогревают ее электронагревателем и заливают вновь в эту систему из этой емкости. Кроме того, поставленная цель решается тем, что в способе работы комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом создают давление газов в конденсаторе в результате их дросселирования и расширения в дроссельной заслонке, а воздух подают в цилиндры всасыванием через впускной коллектор, при этом распыливают холодную воду в этом воздухе на всех режимах с такими средними размерами капель и в таком количестве, при котором эффективный КПД цикла бензинового (с принудительным воспламенением) двигателя становится наибольшим при повышенной степени сжатия и работе без детонации.This goal is solved by the fact that in the method of operating a combined engine with a two-phase working fluid, including supplying air to the intake manifold by a compressor, cooling it by spraying with cold water, cooling the combustion products in series in the boiler and in the contact condenser to a temperature at which the condensate released is cooled to a temperature cold water with outside air in a water-air radiator, then their expansion in a turboexpander (turbine), separation of water droplets in a contact condenser and a turbo when expanding the combustion products, supplying cold water to the contact condenser for cooling the combustion products and to the intake system for cooling the air, lowering the maximum combustion temperature due to the evaporation of water droplets when burning fuel in the combustion chambers, heat transfer from the oil of the heated water lubrication system in the water distribution device through the dividing walls of the oil-water heat exchanger, the supply of heated water to the boiler from the water distribution device and the supply of steam from the boiler to the expansion The device for obtaining useful work, regulating the gas pressure in the condenser by throttling it in front of the impeller of the turboexpander (turbine) depending on the outdoor temperature, they are carried out as a result of lowering the maximum temperature of combustion due to the evaporation of water droplets when burning fuel in the combustion chambers with air excess factors α = 1.0 ÷ 1.2 in gas and gasoline (with forced ignition) and the lowest, but greater than 1.1 in diesel (self-igniting) engines, with cat ryh organize complete combustion of the fuel in the absence of chemical incomplete combustion. Moreover, the water is fed into the air entering the compressor of a gasoline (with forced ignition) engine to reduce the temperature of this air when it is compressed in the compressor, while spraying it with such droplet sizes and in such an amount that the compression ratio of the engine increases without causing detonation, and effective efficiency becomes greatest. In addition, in a diesel (self-igniting) engine, heated water is supplied in the boiler to a boiling point at a pressure higher than the maximum combustion pressure in gas insulated gas cylinders at the beginning of expansion when burning fuel with the lowest excess air coefficient, but ≥1.1 ensuring high-quality mixture formation and complete combustion of fuel, at the same time they switch to partial loads by quantitative power control (by changing the amount of incoming air into the cylinders at a constant coefficient of ytka air). Moreover, water is sprayed in the heated air when it is compressed in the compressor and cylinders, in which there is a reliable ignition of fuel droplets in a diesel (self-igniting) engine in all modes with an allowable rigidity of its operation. In addition, they increase the effective power and pressure of the charge air due to an increase in the triggered heat drop on the impeller of the turboexpander (turbine) as a result of a decrease in the bore of the guide nozzle apparatus while maintaining the coefficient of excess air in the cylinders α = 1.0 ÷ 1.2 in gas and gasoline ( with forced ignition) and α≥1,1 in diesel (self-igniting) engines. In addition, in gas and gasoline (with forced ignition) engines, a constant or most advantageous ignition timing is established in all operating modes, and the resulting detonation is suppressed by increasing the amount of cold water sprayed in the air entering the cylinders. Moreover, the amount of feed water to the boiler or the temperature and pressure of the water (steam) are changed depending on the engine operating mode, while the combustion products in this boiler are cooled to 150 ° C. In addition, the generated steam in the boiler is fed into the gas cylinders at the beginning of expansion through the inlet steam valves and swirls at a higher compression ratio than the base engine with a pressure exceeding the gas pressure in these cylinders in such an amount and with a temperature at which detonation occurs in the combustion chambers of gas and gasoline (with forced ignition) engines, and in the cylinders of a diesel (self-igniting) engine, efficient operation with the highest efficiency is performed. Moreover, the amount of feed water to the boiler is regulated by the temperature of the exhaust gases at the outlet of this boiler, or by the pressure or temperature of the steam at the outlet of the boiler. In addition, a mixture of gasoline and water is sprayed in the air entering the cylinders, in which the requirements for the octane number of the fuel are the least, the degree of compression and the most efficient. Moreover, a mixture of water and diesel fuel is sprayed in a ratio of 0.5 ÷ 1.25 from the cyclic supply of fuel in the air entering the cylinders, in which the effective efficiency of the diesel engine (with self-ignition) becomes the highest with the permissible rigidity of its operation not exceeding that of existing engines. In addition, steam is supplied to the steam cylinder (s) through the inlet valve (s) when it is opened at the top (inner) dead center, and it (they) is closed to allow a decrease in the steam pressure in the steam generator at which the effective engine efficiency begins to decline. Moreover, with a decrease in the water level in the water and cold and hot water distribution devices, they increase the gas pressure in the condenser or add water to these tanks, and when the engine is off and the cold water temperature drops to freezing temperature, the engine starts automatically or manually. In the event that the temperature of cold water in the engine drops to freezing, water from the water and steam supply system is automatically or manually drained through a pipeline into an insulated tank with an electric pump, and when it is started, it is heated with an electric heater and refilled into this system from this tank. In addition, the goal is solved by the fact that in the method of operation of the combined engine with a two-phase working fluid, the gas pressure in the condenser is created as a result of their throttling and expansion in the throttle valve, and air is supplied to the cylinders by suction through the intake manifold, while cold water is sprayed in this air in all modes with such average droplet sizes and in such a quantity that the effective efficiency of a gasoline (with forced ignition) engine cycle becomes greatest with increased compression ratio and operating without detonation.

Поставленная цель в устройстве комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом достигается тем, что содержит газовые цилиндры базового поршневого двигателя для расширения продуктов сгорания, котел, совмещенный с выпускным коллектором, конденсатор с турбодетандером (турбиной), расположенные последовательно вдоль выпускного газопровода и соединенные газовой связью с цилиндрами этого двигателя, компрессор, подключенный к цилиндрам для подачи воздуха и соединенный с турбодетандером (турбиной), а также водораспределительные устройства горячей и холодной воды, соединенные между собой, с конденсатором и водовоздушным радиаторам трубопроводами, топливные форсунки во впускных патрубках, соединенные топливопроводами с топливным насосом, фильтром и регулятором расхода для подачи топлива в цилиндры, а также теплоизолированные детали камеры сгорания [головку (крышки) цилиндров, поршни и газовые цилиндры], котел, совмещенный с теплоизолированным выпускным коллектором, форсунки и насос высокого давления с регулятором расхода для подачи воды в цилиндры из котла в начале расширения, причем сопловые отверстия форсунок располагаются к стенкам камеры сгорания тангенциально или под острым углом для того, чтобы вытекающая из сопел пароводяная смесь организовывала вихревое движение горячей смеси в камере сгорания для улучшения процесса смесеобразования и сгорания. Кроме того, устройство комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом содержит газовые цилиндры базового поршневого двигателя для расширения продуктов сгорания, котел, совмещенный с выпускным коллектором, конденсатор с турбодетандером (турбиной), расположенные последовательно вдоль выпускного газопровода и соединенные газовой связью с цилиндрами этого двигателя, компрессор, подключенный к цилиндрам для подачи воздуха и соединенный с турбодетандером (турбиной), а также водораспределительные устройства горячей и холодной воды, соединенные между собой, с конденсатором и водовоздушным радиатором трубопроводами, топливные форсунки во впускных патрубках, соединенные топливопроводами с топливным насосом, фильтром и регулятором расхода для подачи топлива в цилиндры, теплоизолированные детали камеры сгорания [головку (крышки) цилиндров, поршни и газовые цилиндры], котел, совмещенный с теплоизолированным выпускным коллектором, а также паровые впускные клапаны с завихрителями в теплоизолированной(ых) головке (крышках) цилиндров, соединенные трубопроводами с котлом, к которому вода подается питательным насосом через регулятор расхода воды. Кроме того, он содержит теплоизолированный(ые) паровой(ые) цилиндр(ы), к впускному(ым) клапану(ам) этого(их) цилиндра(ов) подключен(ы) теплоизолированным(и) паропроводом(ами) котел, а к выпускному(ым) клапану(ам) подсоединен(ы) конденсатор теплоизолированным(и) теплопроводом(ами) через обратный(ые) клапан(ы), предотвращающий(е) обратную подачу пара или газов в цилиндр(ы), при этом впускной(ые) клапан(ы) начинает(ют) открываться в верхней мертвой точке, а закрывается(ются) при таком давлении пара в цилиндре(ах), при котором эффективный КПД двигателя становится наибольшим. Кроме того, устройство этого двигателя содержит теплоизолированную емкость с высоким сопротивлением теплопередаче стенок, воздушным и паровым клапанами, заливной горловиной, которая подключена через электронасос и запорный клапан к системе подачи воды и пара, этот электронасос связан с пультом управления, а эта емкость может отсоединяться от этой системы и переноситься в теплое помещение для хранения, а также нагрева в нем воды для подогрева двигателя перед пуском. Кроме того, устройство комбинированного двигателя содержит теплоизолированные водораспределительные устройства горячей и холодной воды, конденсатор, котел, водовоздушный радиатор, соединительные водопроводы и запорно-регулирующую арматуру, конструкции которых позволяют осуществить надежный спуск воды из двухфазной системы подачи воды и пара вручную или автоматически при снижении температуры холодной воды до температуры замерзания, а также осуществить заполнение этой системы водой перед пуском двигателя. Еще содержит водораспределительное устройство горячей воды, поделенное перфорированными перегородками на три части, в средней части которого расположены водомасляный теплообменник, патрубки подвода конденсата из конденсатора и отвода подогретой питательной воды в котел, в нижней его части находятся патрубки подвода конденсата из конденсатора и отвода смешанной воды в водораспределительное устройство холодной воды, при этом сечение водораспределительного устройства горячей воды выбирают таким, чтобы скорость движения воды в перфорированных отверстиях нижней перегородки была выше скорости всплывания углеводородов (0,2÷0,3 м/с) для того, чтобы их можно было переносить в водораспределительное устройство холодной воды с целью их подачи в воздух, поступающий в цилиндры. Далее этот двигатель содержит форсунки во впускных патрубках, соединенные с водопроводами для подачи холодной воды из водораспределительного устройства, на которых установлены насос и регулятор расхода, а также имеет карбюратор, подключенный к впускному коллектору и топливному насосу трубопроводом, на котором расположен топливный фильтр, при этом распылители форсунки имеют такие размеры, которые образовывают капли, превращающиеся в рабочее тело при сжигании топлива, а насос имеет такую конструкцию, которая обеспечивает подачу воды вместе с регулятором расхода 0,5÷1,25 от цикловой подачи топлива при наиболее высокой степени сжатия и работе без детонации. В конструкции этого двигателя содержится карбюратор, подключенный к впускному коллектору, топливопроводу для подачи топлива топливным насосом через топливный фильтр и регулятор расхода топлива, а также водопроводу холодной воды для подачи ее водяным насосом через регулятор расхода воды, при этом перемешивание топлива с водой предусмотрено в поплавковой камере, а размеры распылителя карбюратора и его диффузора имеют определенные размеры для получения в воздухе необходимого размера капель, при котором эффективный КПД двигателя становится наибольшим при наиболее высокой степени сжатия и работе без детонации.The goal in the device of a combined engine with a two-phase working fluid is achieved by the fact that it contains gas cylinders of the base piston engine for expanding combustion products, a boiler combined with an exhaust manifold, a condenser with a turboexpander (turbine) located in series along the exhaust gas pipeline and connected by gas communication with the cylinders of this engine, a compressor connected to the cylinders for air supply and connected to a turboexpander (turbine), as well as water distribution devices hot and cold water, interconnected with a condenser and air-water radiators by pipelines, fuel nozzles in the inlet pipes, connected by pipelines with a fuel pump, a filter and a flow regulator for supplying fuel to the cylinders, as well as heat-insulated parts of the combustion chamber [head (covers) cylinders, pistons and gas cylinders], a boiler combined with a heat-insulated exhaust manifold, nozzles and a high pressure pump with a flow regulator for supplying water to the cylinders from the boiler at the beginning asshireniya, wherein the nozzle holes are arranged nozzles to the combustion chamber walls tangentially or at an acute angle to flowing steam mixture from the nozzles organized vortical motion hot mixture in the combustion chamber to improve mixing and combustion process. In addition, the device of a combined engine with a two-phase working fluid contains gas cylinders of the base piston engine for expanding combustion products, a boiler combined with an exhaust manifold, a condenser with a turboexpander (turbine), arranged in series along the exhaust gas pipeline and connected by gas communication with the cylinders of this engine, a compressor connected to cylinders for air supply and connected to a turboexpander (turbine), as well as hot and cold water distribution devices interconnected with a condenser and a water-air radiator by pipelines, fuel nozzles in the inlet pipes, connected by pipelines with a fuel pump, filter and flow regulator for supplying fuel to the cylinders, heat-insulated parts of the combustion chamber [cylinder head (covers), pistons and gas cylinders] , a boiler combined with a thermally insulated exhaust manifold, as well as steam inlet valves with swirls in the thermally insulated cylinder head (s), connected by pipelines to the boiler to which water is supplied by a feed pump through a water flow regulator. In addition, it contains the heat-insulated steam (s) cylinder (s), the boiler is connected to the inlet valve (s) of this (s) cylinder (s) by the heat-insulated steam pipe (s), and a condenser is connected to the outlet valve (s) with a thermally insulated (s) heat conduit (s) through a non-return valve (s) to prevent the steam or gases from flowing back into the cylinder (s), while the inlet (s) the valve (s) starts (s) to open at top dead center, and closes (s) at a vapor pressure in the cylinder (s) at which the effective engine efficiency with ANOVA largest. In addition, the device of this engine contains a thermally insulated tank with high resistance to heat transfer from the walls, air and steam valves, a filler neck, which is connected through an electric pump and shut-off valve to the water and steam supply system, this electric pump is connected to the control panel, and this tank can be disconnected from this system and transferred to a warm storage room, as well as heating water in it to heat the engine before starting. In addition, the device of the combined engine contains heat-insulated water distribution devices for hot and cold water, a condenser, a boiler, a water-air radiator, connecting water pipes and shut-off and control valves, the designs of which allow reliable water discharge from a two-phase water and steam supply system manually or automatically when the temperature drops cold water to freezing temperature, as well as to fill this system with water before starting the engine. It also contains a hot water distribution device divided by perforated partitions into three parts, in the middle part of which there is a water-oil heat exchanger, condensate supply pipes from the condenser and heated feed water to the boiler, and condensate supply pipes from the condenser and mixed water discharge to the bottom are located cold water distribution device, while the cross section of the hot water distribution device is selected so that the speed of movement of water in the perforation The openings of the lower baffle were higher than the hydrocarbon float rate (0.2–0.3 m / s) so that they could be transferred to a cold water distribution device for the purpose of feeding them into the air entering the cylinders. Further, this engine contains nozzles in the inlet nozzles connected to the water supply pipes for supplying cold water from the water distribution device on which the pump and the flow regulator are installed, and also has a carburetor connected to the intake manifold and the fuel pump by a pipe on which the fuel filter is located, while nozzle nozzles are sized so that they form droplets that turn into a working fluid when fuel is burned, and the pump is designed so that it delivers water Naturally with a flow regulator 0.5 ÷ 1.25 from cyclic fuel supply at the highest compression ratio and operation without detonation. The design of this engine contains a carburetor connected to the intake manifold, a fuel line for supplying fuel with a fuel pump through a fuel filter and a fuel flow regulator, as well as a cold water pipe for supplying it with a water pump through a water flow regulator, while mixing fuel with water is provided in the float chamber, and the dimensions of the carburetor atomizer and its diffuser have certain dimensions to obtain the required droplet size in air, at which the effective engine efficiency becomes tsya greatest at the highest compression ratio operation without knocking.

Кроме того, двигатель содержит смеситель топлива и воды, который подключен к водораспределительному устройству холодной воды двумя водопроводами. На первом из них установлен водяной насос, а на втором регулятор расхода. Он также еще соединен с топливным насосом топливопроводом, на котором расположен топливный фильтр и регулятор расхода топлива, причем этот смеситель еще подключен трубопроводами через насос и регулятор расхода к форсункам бензинового (с принудительным воспламенением) двигателя, расположенными на патрубках впускного коллектора, или он соединен трубопроводом через насос высокого давления, регулятор расхода и редукционный клапан с форсунками дизельного (с самовоспламенением) двигателя, установленными в теплоизолированной(ых) головке (крышках) цилиндра, при этом размеры распылителей форсунок подбираются такими, чтобы образующиеся капли из смеси воды и топлива при сгорании топлива превращались в рабочее тело, а конструкция насоса с регулятором расхода могли обеспечить подачу воды 0,5÷1,25 от цикловой подачи топлива при наиболее высокой степени сжатия и работе без детонации. В устройстве этого двигателя образован замкнутый циркуляционный контур под действием питательного насоса через котел и первое запорное устройство, связанное с логическим устройством электросвязью. Для работы в нормальном режиме на паропроводе, соединяющем котел с впускным(ыми) паровым(ыми) клапаном(ами) парового(ых) цилиндра(ов), установлено второе запорное устройство и клапан для сообщения этого(их) парового(ых) цилиндра(ов) с атмосферой для уменьшения работы насосных ходов отключенного(ых) парового(ых) цилиндра(ов), которые связаны электросвязями с логическим устройством. В применяемых цилиндрических устройствах двигателя патрубки подвода и отвода жидкостей цилиндрической формы расположены тангенциально к внутренним цилиндрическим поверхностям емкостей для перемешивания теплоносителей с различной температурой, а также повышения коэффициента теплопередачи через разделяющие стенки водомасляного теплообменника, при этом патрубки отвода воды располагаются вертикально в центре этих устройств и имеют перфорированные отверстия для забора перемешанной воды, и выходят они через боковые, верхние или нижние стенки наружу. Кроме того, этот двигатель может содержать водяной насос и форсунки для добавления воды в воздух во впускных патрубках газовых и бензиновых (с принудительным воспламенением) двигателей и водяной насос и форсунки для подачи воды в теплоизолированные цилиндры дизельного (с самовоспламенением) двигателя и распыливания ее там в воздухе, при этом размеры насосов и распылителей форсунок имеют такие размеры, что вода распыливается в количестве и с такими средними размерами капель, которая при сжатии становится теплоносителем, а при сгорании превращается в рабочее тело. Для управления работой двигателя в ручном и автоматическом режимах имеется пульт управления, который связан с датчиками температуры, давления, детонации и расхода теплоносителей, а также логическими и исполнительными устройствами. Кроме того, устройство комбинированного поршневого газового или бензинового (с принудительным воспламенением) и дизельного (с самовоспламенением) двигателя, содержащее поршневой двигатель внутреннего сгорания, конденсатор, расположенные последовательно вдоль выпускного газопровода и соединенные газовой связью с цилиндрами этого двигателя, а также впускной коллектор, отличающийся тем, что выпускной газопровод снабжен дроссельной заслонкой для регулирования давления газов в конденсаторе, в котором установлены распылители воды для снижения температуры продуктов сгорания, при этом для подачи топлива в бензиновом (с принудительным воспламенением) двигателе устанавливают форсунки во впускных патрубках, а в дизельном (с самовоспламенением) их размещают в теплоизолированной(ых) головке (крышках) цилиндров, воздух подают всасыванием через впускной коллектор и регулируют количество подаваемого воздуха в цилиндры дроссельной заслонкой, установленной во впускном воздухопроводе при различных режимах работы, а подача пара производится через паровые клапаны по паропроводам из котла, при этом давление пара в паропроводах обеспечивается питательным насосом, а его количество определяется регулятором расхода.In addition, the engine contains a fuel and water mixer, which is connected to the cold water distribution device by two water pipes. The first of them has a water pump, and the second has a flow regulator. It is also still connected to the fuel pump by a fuel line, on which the fuel filter and the fuel consumption regulator are located, moreover, this mixer is still connected by pipelines through the pump and the flow regulator to the nozzles of a gasoline (forced ignition) engine located on the inlet manifold nozzles, or it is connected by a pipeline through a high-pressure pump, a flow regulator and a pressure reducing valve with nozzles of a diesel (self-igniting) engine installed in the heat-insulated head (s) cylinder), while the sizes of the nozzle nozzles are selected so that the droplets formed from the mixture of water and fuel turn into a working fluid when the fuel is burned, and the design of the pump with a flow regulator can provide water supply 0.5 ÷ 1.25 from the cyclic fuel supply at the highest compression ratio and work without detonation. In the device of this engine, a closed circulation circuit is formed under the action of the feed pump through the boiler and the first locking device associated with the logical telecommunication device. For normal operation, a second shut-off device and a valve are installed on the steam line connecting the boiler to the inlet (s) of the steam valve (s) of the steam cylinder (s), to communicate this (their) steam cylinder (s) o) with the atmosphere to reduce the operation of the pumping strokes of the disconnected (s) steam (s) cylinder (s), which are connected by telecommunications with the logical device. In the cylindrical engine devices used, the nozzles for supplying and removing liquids of a cylindrical shape are located tangentially to the inner cylindrical surfaces of the tanks for mixing heat carriers with different temperatures, as well as increasing the heat transfer coefficient through the dividing walls of the oil-water heat exchanger, while the nozzles for water drain are located vertically in the center of these devices and have perforated holes for the intake of mixed water, and they exit through the side, top or bottom e wall outwardly. In addition, this engine may contain a water pump and nozzles for adding water to the air in the inlet nozzles of gas and gasoline (with forced ignition) engines and a water pump and nozzles for supplying water to the insulated cylinders of a diesel (self-igniting) engine and spraying it there into air, while the dimensions of the pumps and atomizers of nozzles are such that water is sprayed in an amount and with such average droplet sizes, which upon compression becomes a heat carrier, and upon combustion, eraticates into the working fluid. To control the operation of the engine in manual and automatic modes, there is a control panel that is connected to temperature, pressure, detonation and coolant flow sensors, as well as logical and executive devices. In addition, the device is a combined piston gas or gasoline (with forced ignition) and diesel (self-igniting) engine, containing a reciprocating internal combustion engine, a capacitor located in series along the exhaust gas pipeline and connected by gas communication with the cylinders of this engine, as well as an intake manifold, characterized the fact that the exhaust gas pipeline is equipped with a throttle valve for regulating the gas pressure in the condenser, in which water sprayers are installed for lowering the temperature of the combustion products, in order to supply fuel in a gasoline (forced ignition) engine, nozzles are installed in the inlet pipes, and in a diesel (self-igniting) cylinder they are placed in the heat-insulated cylinder head (s), the air is supplied by suction through the intake manifold and regulate the amount of air supplied to the cylinders with a throttle valve installed in the inlet air duct at various operating modes, and the steam is supplied through the steam valves through the steam line the boiler, the steam pressure in the steam line feed pump is provided, and its amount determined by a flow regulator.

На фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 показаны варианты реализации рабочего процесса комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом. На фиг.1 изображена схема подачи во всасываемый воздух топлива форсунками, расположенными во впускных патрубках; подачи воды во всасываемый воздух компрессора форсункой для квазиизотермического сжатия этого воздуха; а также подача нагретой воды в котле в форсунки, расположенные в головке (крышках) цилиндра. На этой схеме изображены еще конденсатор, турбодетандер (турбина), а также водораспределительные устройства холодной и горячей воды, их расположение и взаимодействие. На схеме фиг.2 изображены схема работы этого комбинированного двигателя без турбодетандера (турбины) и компрессора, количественное регулирование его мощности и количества образующегося конденсата. Кроме этого показана подача пара из котла в газовые цилиндры через впускные паровые клапаны в период расширения газов в этих цилиндрах. На фиг.3 показано конвертирование одного из газовых цилиндров в паровой (для работы на паре). На этом рисунке расположены водораспределительные устройства холодной и горячей воды, а также теплоизолированная емкость для слива воды из системы подачи воды и пара при снижении ее температуры до температуры замерзания. На этой схеме изображены утилизация теплоты отработанного масла в водораспределительном устройстве горячей воды, а также охлаждение конденсата наружным воздухом в водораспределительном устройстве холодной воды. На фиг.4 показаны распыливание топлива карбюратором во впускном коллекторе, а также подача холодной воды из водораспределительного устройства в форсунки, установленные во впускных патрубках. На фиг.5 изображено смешивание топлива и воды в карбюраторе и распыливание топливоводяной смеси этим карбюратором во впускном коллекторе. На фиг.6 показано смешивание топлива и воды в специальном смесителе и подача этой смеси в форсунки бензинового (с принудительным воспламенением) и дизельного (с самовоспламенением) двигателей. На фиг.7 осуществляется циркуляция теплоносителя через котел при пониженной температуре выпускных газов для повышения температуры пара или воды. На фиг.8 показаны подвод теплоносителя к емкости и отвод его из нее, где происходит смешивание жидкостей с разной температурой. На фиг.9 приведены кривые изменения температуры капель воды в конце сжатия tвод.к, доли теплоты, переданной к каплям воды при сжатии, от теплоты сгорания топлива, а также среднего давления теоретического цикла Рi в зависимости от доли количества выпрыснутой воды, от количества поданного топлива,

Figure 00000001
при различной степени сжатия ε, одинаковых температуре начала сжатия Тa=293 К и одинаковых коэффициентах избытка воздуха α=1 и наполнения ην=1:1-ε=8; 2-ε=10; 3-ε=12; 4-ε=14. На фиг.10 показано изменение давления Рс и температуры Тc в конце сжатия в зависимости от доли количества впрыснутой воды, от количества поданного топлива,
Figure 00000001
при различной степени сжатия ε, одинаковой температуре начала сжатия Тa=293 К и одинаковых коэффициентах избытка воздуха α=1 и наполнения ην=1:1-ε=8; 2-ε=10; 3-ε=12; 4-ε=14. На фиг.11 изображено изменение максимальных температуры Tz и давления Рz, а также КПД теоретического цикла ηi в зависимости от количества впрыснутой воды, от количества поданного топлива,
Figure 00000001
при различной степени сжатия ε, одинаковой температуре начала сжатия Ta=293 К и одинаковых коэффициентах избытка воздуха α=1 и наполнения ηv=1: 1-ε=8; 2-ε=10; 3-ε=12; 4-ε=14. I - изменение ηi при Tz=const и увеличениях ε и
Figure 00000002
II - изменение Рz при Tz=const и возрастаниях ε и
Figure 00000003
На фиг.12 приведены кривые изменения среднего эффективного давления Ре, температуры горючей смеси в конце впуска Та, коэффициентов наполнения ηv и остаточных газов γ, а также температуры остаточных газов Тr, в зависимости от доли впрыснутой воды, от количества поданного топлива,
Figure 00000001
при различных коэффициентах избытка воздуха α: 1-α=0,93; 2-α=1,0; 3-α=1,08;
Figure 00000004
- точки по экспериментальным данным,
Figure 00000005
- расчетные кривые. На фиг.13 показано изменение среднего эффективного расхода топлива, эффективного ηе и индикаторного ηi КПД, доли теплоты, превращенной в эффективную работу, qe, давления конца сжатия Рс в зависимости от доли впрыснутой воды, от количества поданного топлива,
Figure 00000006
при различных коэффициентах избытка воздуха α: 1-α=0,93; 2-α=1,0; 3-α=1,08;
Figure 00000004
- точки по экспериментальным данным,
Figure 00000005
- расчетные кривые. На фиг.14 изображено понижение максимальной температуры газов на единицу повышения максимального давления газов для устранения детонации ΔТz/ΔРz в зависимости от максимальной температуры газов Тz. На фиг.15 показано понижение максимальной температуры газов на единицу повышения максимального давления газов для устранения детонации ΔТz/ΔРz в зависимости от доли количества теплоты, теряемой в систему охлаждения qox. На фиг.16 изображено понижение максимальной температуры газов на единицу повышения максимального давления газов для устранения детонации ΔTz/ΔРz в зависимости от доли количества теплоты, теряемой с выпускными газами qвып.Figure 1, 2, 3, 4, 5, 6, and 7 show embodiments of the working process of a combined engine with a two-phase working fluid. Figure 1 shows a diagram of the supply of fuel to the intake air by nozzles located in the inlet pipes; water supply to the compressor intake air by a nozzle for quasi-isothermal compression of this air; as well as the supply of heated water in the boiler to the nozzles located in the cylinder head (s). This diagram also shows a condenser, a turboexpander (turbine), as well as water distribution devices for cold and hot water, their location and interaction. The diagram of figure 2 shows the operation diagram of this combined engine without a turboexpander (turbine) and compressor, quantitative regulation of its power and the amount of condensate formed. In addition, the steam supply from the boiler to the gas cylinders through the inlet steam valves during the expansion of gases in these cylinders is shown. Figure 3 shows the conversion of one of the gas cylinders into steam (for steam operation). In this figure, water distribution devices for cold and hot water are located, as well as a thermally insulated container for draining water from the water and steam supply system when its temperature drops to freezing temperature. This diagram shows the utilization of the heat of the used oil in a hot water distribution device, as well as the condensate cooling with outside air in a cold water distribution device. Figure 4 shows the atomization of fuel by a carburetor in the intake manifold, as well as the supply of cold water from the water distribution device to the nozzles installed in the inlet pipes. Figure 5 shows the mixing of fuel and water in a carburetor and the atomization of the fuel-water mixture by this carburetor in the intake manifold. Figure 6 shows the mixing of fuel and water in a special mixer and the supply of this mixture to the nozzles of gasoline (forced ignition) and diesel (self-igniting) engines. In Fig.7, the coolant is circulated through the boiler at a reduced temperature of the exhaust gases to increase the temperature of steam or water. On Fig shows the supply of coolant to the tank and its removal from it, where there is a mixing of liquids with different temperatures. Figure 9 shows the curves of changes in the temperature of water droplets at the end of compression t water.k , the fraction of heat transferred to the droplets of water during compression, on the heat of combustion of the fuel, as well as the average pressure of the theoretical cycle P i depending on the proportion of the amount of water dispensed, from the amount of fuel supplied
Figure 00000001
at different degrees of compression ε, the same temperature of the beginning of compression Т a = 293 K and the same coefficients of excess air α = 1 and filling η ν = 1: 1-ε = 8; 2-ε = 10; 3-ε = 12; 4-ε = 14. Figure 10 shows the change in pressure P c and temperature T c at the end of compression, depending on the proportion of the amount of water injected, on the amount of fuel supplied,
Figure 00000001
at different degrees of compression ε, the same temperature of the beginning of compression Т a = 293 K and the same coefficients of excess air α = 1 and filling η ν = 1: 1-ε = 8; 2-ε = 10; 3-ε = 12; 4-ε = 14. 11 shows the change in the maximum temperature T z and pressure P z , as well as the efficiency of the theoretical cycle η i depending on the amount of water injected, on the amount of fuel supplied,
Figure 00000001
at different compression ratios ε, equal compression start temperature T a = 293 K and the same excess air ratio α = 1, and filling η v = 1: 1-ε = 8; 2-ε = 10; 3-ε = 12; 4-ε = 14. I is the change in η i at T z = const and increases ε and
Figure 00000002
II - change in P z at T z = const and increasing ε and
Figure 00000003
On Fig curves of changes in average effective pressure P e , temperature of the combustible mixture at the end of the inlet T a , filling ratios η v and residual gases γ, as well as the temperature of the residual gases T r , depending on the proportion of injected water, on the amount of fuel supplied ,
Figure 00000001
at various coefficients of excess air α: 1-α = 0.93; 2-α = 1.0; 3-α = 1.08;
Figure 00000004
- points according to experimental data,
Figure 00000005
- calculated curves. On Fig shows the change in average effective fuel consumption, effective η e and indicator η i efficiency, the proportion of heat converted into efficient operation, q e , pressure of the end of compression P with depending on the proportion of injected water, on the amount of fuel supplied,
Figure 00000006
at various coefficients of excess air α: 1-α = 0.93; 2-α = 1.0; 3-α = 1.08;
Figure 00000004
- points according to experimental data,
Figure 00000005
- calculated curves. Fig. 14 shows a decrease in the maximum gas temperature per unit of increase in the maximum gas pressure to eliminate detonation ΔT z / ΔP z depending on the maximum gas temperature T z . On Fig shows a decrease in the maximum gas temperature per unit increase in the maximum gas pressure to eliminate detonation ΔT z / ΔP z depending on the fraction of the amount of heat lost in the cooling system q ox . In Fig.16 depicts a decrease in the maximum gas temperature per unit increase in the maximum gas pressure to eliminate detonation ΔT z / ΔP z depending on the fraction of the amount of heat lost with the exhaust gases q issue .

Для того чтобы доказать промышленную применимость этого изобретения, авторами перед составлением заявки на это изобретение были проведены научно-исследовательские работы по влиянию качества и количества распыленной воды во впускном воздухе на параметры и показатели бензиновых двигателей. Была установлена причина повышения КПД бензиновых двигателей при распыливании воды во впускном воздухе, несмотря на снижение максимальной температуры сгорания. Сущность этой причины заключается в том, что при распыливании во впускном воздухе воды с определенными размерами и их количеством, они при сжатии превращаются в теплоноситель, нагреваясь до температуры кипения почти без испарения, и снижают при этом температуру и давление рабочего тела. В результате происходит уменьшение работы сжатия в цилиндре. Далее при изохорном подводе теплоты к рабочему телу эти капли начинают быстро испаряться и превращаться в пар. В результате увеличивается количество рабочего тела, а следовательно, и количество совершаемой работы при расширении. Увеличение работы расширения происходит не только из-за увеличения количества рабочего тела, но и изменения его состава, несмотря на снижение максимальной температуры цикла. Состав рабочего тела влияет на количество совершаемой работы через степень его расширения.In order to prove the industrial applicability of this invention, before the preparation of the application for this invention, the authors carried out research work on the influence of the quality and quantity of atomized water in the intake air on the parameters and performance of gasoline engines. The reason for increasing the efficiency of gasoline engines when spraying water in the intake air was established, despite the decrease in the maximum combustion temperature. The essence of this reason is that when water is sprayed in the intake air with a certain size and quantity, they turn into a coolant when compressed, heating to a boiling point almost without evaporation, and at the same time reduce the temperature and pressure of the working fluid. As a result, the compression work in the cylinder decreases. Further, when isochoric supply of heat to the working fluid, these drops begin to quickly evaporate and turn into steam. As a result, the number of working fluid increases, and consequently, the amount of work performed during expansion. An increase in the expansion work occurs not only due to an increase in the quantity of the working fluid, but also changes in its composition, despite a decrease in the maximum cycle temperature. The composition of the working fluid affects the amount of work done through the degree of expansion.

Для установления этой причины была разработана математическая модель теплового расчета цикла бензиновых двигателей с учетом добавления воды в горючую смесь, которая излагается ниже.To establish this reason, a mathematical model of thermal calculation of the cycle of gasoline engines was developed taking into account the addition of water to the combustible mixture, which is described below.

В основу математической модели теплового расчета положен метод, разработанный профессорами МГТУ им. Н.Э.Баумана В.И.Гриневецким и Е.К.Мазингом.The mathematical model of thermal calculation is based on the method developed by professors of MSTU. N.E.Bauman V.I. Grinevetsky and E.K. Masing.

Этот расчет по математической модели начинается с определений количества горючей смеси, поступающей в цилиндр, а также количества и состава продуктов сгорания, образующихся при сжимании 1 кг топлива.This calculation according to the mathematical model begins with determining the amount of the combustible mixture entering the cylinder, as well as the amount and composition of the combustion products formed by compressing 1 kg of fuel.

Масса горючей смеси с учетом подачи водяного пара во впускной трубопровод при известных коэффициенте избытка воздуха α и теоретически необходимом количестве воздуха Lo для сжигания 1 кг топлива определитсяThe mass of the combustible mixture, taking into account the supply of water vapor to the inlet pipe with the known coefficient of excess air α and theoretically necessary amount of air L o for burning 1 kg of fuel will be determined

Figure 00000007
Figure 00000007

где:

Figure 00000008
- количество водяного пара, поданного на 1 кг топлива, кг/кг;Where:
Figure 00000008
- the amount of water vapor supplied per 1 kg of fuel, kg / kg;

Lo - теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 кг топлива, кг/кг;L o - theoretically necessary amount of air for burning 1 kg of fuel, kg / kg;

α - коэффициент избытка воздуха.α is the coefficient of excess air.

Масса горючей смеси при подаче воды во впускной коллектор и ее распыливании в воздухе определится при сжигании 1 кг топливаThe mass of the combustible mixture when water is supplied to the intake manifold and sprayed in air is determined by burning 1 kg of fuel

Figure 00000009
Figure 00000009

В методе расчета Гриневицкого-Мазинга давлениями в конце процесса наполнения Ра и в конце процесса выпуска Рr задаются по данным уже существующих двигателей. Здесь производится их расчет потому, что они изменяются при подаче водяных паров во впускной коллектор. Среднее давление в процессе впускаIn the method of calculating Grinevitsky-Masing pressures at the end of the filling process P a and at the end of the production process P r are set according to the data of existing engines. Here they are calculated because they change when water vapor is supplied to the intake manifold. Intake pressure

Figure 00000010
Figure 00000010

где: ро(к)) - давление горючей смеси во впускном трубопроводе, Па;where: p o (k)) is the pressure of the combustible mixture in the inlet pipe, Pa;

ρк.ср - средняя плотность горючей смеси во впускных органах, кг/м3;ρ K.s. - the average density of the combustible mixture in the intake organs, kg / m 3 ;

ζвп=2,5÷4 - средний за процесс наполнения суммарный коэффициент гидравлических потерь во впускных органах, вычисленный по средней скорости движения горючей смеси;ζ VP = 2.5 ÷ 4 - average for the filling process, the total coefficient of hydraulic losses in the intake organs, calculated by the average speed of movement of the combustible mixture;

ωср.вп - средняя скорость горючей смеси во впускных органах, м/с.ω avg - average speed of the combustible mixture in the intake organs, m / s.

Величина ωср.вп определится по уравнениюThe value of ω avg is determined by the equation

Figure 00000011
Figure 00000011

где: Fвп.cp - среднее проходное сечение впускных органов в м2;where: F VP.cp is the average passage section of the intake organs in m 2 ;

Gm - секундный расход топлива в кг/с;G m - second fuel consumption in kg / s;

iпат.вп - количество впускных патрубков.i pat.vp - the number of inlet pipes.

Значение секундного расхода топлива определяетсяThe value of the second fuel consumption is determined

Figure 00000012
Figure 00000012

где:

Figure 00000013
- удельный эффективный расход топлива для первого приближения в кг/(кВт·ч);Where:
Figure 00000013
- specific effective fuel consumption for the first approximation in kg / (kW · h);

Figure 00000014
- эффективная мощность двигателя для первого приближения в кВт.
Figure 00000014
- effective engine power for a first approximation in kW.

Среднее давление в процессе выпуска определяется аналогично, как и Ра The average pressure in the exhaust process is determined in the same way as P a

Figure 00000015
Figure 00000015

где: рр - давление газов в выпускном трубопроводе, Па;where: p p - gas pressure in the exhaust pipe, Pa;

ρР.СР - средняя плотность газов в выпускных органах, кг/м3;ρ R.SR - the average density of gases in the exhaust organs, kg / m 3 ;

ζвып - средний за процесс выпуска суммарный коэффициент гидравлических потерь в выпускных органах, подсчитанный по средней скорости движения газов;ζ vyp is the average total coefficient of hydraulic losses in the exhaust organs for the exhaust process, calculated by the average gas velocity;

ωСР.ВЫП - средняя скорость движения выпускных газов в выпускных органах, м/с.ω SR.VYP - average velocity of exhaust gases in the exhaust organs, m / s.

Величина ωСР.ВЫП определится по уравнениюThe value of ω SR.VYP is determined by the equation

Figure 00000016
Figure 00000016

где: GПР.СГ - масса продуктов сгорания, кг/кг;where: G PR. SG - mass of combustion products, kg / kg;

iПАТ.ВЫП - количество выпускных патрубков;i PAT.VYP - the number of exhaust pipes;

FВЫП.СР - среднее проходное сечение выпускных органов в м2.F Vyp. SR - the average passage section of the exhaust organs in m 2 .

Знание Ра и P позволяет определить среднее давление насосных ходов Рн.х. Величина Рн.х необходима для определения среднего действительного индикаторного давления Рi∂.Knowing P a and P allows you to determine the average pressure of the pumping pass P n . The value of P nx is necessary to determine the average actual indicator pressure P i∂ .

Напишем уравнение теплового баланса для определения температуры горючей смеси в конце наполнения Та с учетом подачи воды во впускной трубопровод и ее нагрева. При этом принято, что бензин нагревается до Та и весь испаряется. Это уравнение для 1 кг топлива запишется:We write the heat balance equation to determine the temperature of the combustible mixture at the end of filling T a , taking into account the water supply to the inlet pipe and its heating. Moreover, it is accepted that gasoline is heated to T a and the whole evaporates. This equation for 1 kg of fuel is written:

Figure 00000017
Figure 00000017

где: TO(K) - температура наружного воздуха после компрессора при отсутствии воздухоохладителя или после воздухоохладителя при его наличии. При отсутствии компрессора и воздухоохладителя температура наружного воздуха, К;where: T O (K) is the outdoor temperature after the compressor in the absence of an air cooler or after an air cooler in its presence. In the absence of a compressor and an air cooler, the outdoor temperature, K;

TБЕН - температура бензина, поступающего на смесеобразование, К;T BEN - temperature of gasoline supplied to the mixture formation, K;

Тr' - температура остаточных газов, которые расширяются от рr до pа, К;T r ' is the temperature of the residual gases, which expand from r r to p a , K;

Figure 00000018
,
Figure 00000019
,
Figure 00000020
- теплоемкости воздуха, бензина и продуктов сгорания при
Figure 00000021
;
Figure 00000018
,
Figure 00000019
,
Figure 00000020
- heat capacity of air, gasoline and combustion products at
Figure 00000021
;

Figure 00000022
, ,
Figure 00000024
- теплоемкость воздуха, бензина и продуктов сгорания при V=const и Tо(к), ТБЕН, Тr', соответственно,
Figure 00000025
;
Figure 00000022
, ,
Figure 00000024
- the heat capacity of air, gasoline and combustion products at V = const and T about (k) , T BEN , T r ' , respectively,
Figure 00000025
;

Gвоз=α LО - действительное количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива при α, кг/кг;G cart = α L O - the actual amount of air required for combustion of 1 kg of fuel at α, kg / kg;

Gr - количество остаточных газов в цилиндрах при положении поршня в в. м.т, образующихся при снижении 1 кг топлива, кг/кг;G r - the amount of residual gases in the cylinders with the piston in. mt formed during the reduction of 1 kg of fuel, kg / kg;

Figure 00000026
- теплота парообразования 1 кг бензина;
Figure 00000026
- heat of vaporization of 1 kg of gasoline;

Нu - теплота сгорания топлива, Дж/кг;N u is the calorific value of fuel, J / kg;

ΔНu - потери теплоты от теоретической неполноты сгорания, Дж/кг;ΔН u - heat loss from theoretical incompleteness of combustion, J / kg;

υa - доля теплоты сгорания 1 кг топлива, характеризующая теплообмен в период наполнения между воздухом, стенками цилиндра и каплями воды.υ a is the fraction of the calorific value of 1 kg of fuel, which characterizes heat transfer during the filling period between air, cylinder walls and water drops.

Из уравнения (8) определим температуру смеси в конце наполненияFrom equation (8) we determine the temperature of the mixture at the end of the filling

Figure 00000027
Figure 00000027

Уравнение (9) для определения Та в К при подаче водяного пара во впускной трубопровод запишетсяEquation (9) for determining T a in K when water is supplied to the inlet pipe is written

Figure 00000028
Figure 00000028

где:

Figure 00000029
и
Figure 00000030
- теплоемкости водяного пара при V=const, и температурах ТВОД и Та,
Figure 00000031
;Where:
Figure 00000029
and
Figure 00000030
- the heat capacity of water vapor at V = const, and temperatures T WATER and T a ,
Figure 00000031
;

υa - доля теплоты сгорания 1 кг топлива, характеризующая теплообмен в период наполнения между горючей смесью и стенками цилиндра.υ a is the fraction of the calorific value of 1 kg of fuel, which characterizes the heat transfer during the filling period between the combustible mixture and the cylinder walls.

В методе расчета Гриневецкого-Мазинга величина Тr для теплового расчета задается в исходных данных. Здесь она принимается для первого приближения, а затем уточняется после расчета процесса выпуска благодаря вычислению Рr по уравнению 6.In the Grinevecki-Masing method of calculation, the value of T r for the thermal calculation is specified in the source data. Here it is taken for a first approximation, and then refined after calculating the release process by calculating P r according to equation 6.

Коэффициент наполнения горючей смесью цилиндров определится по отношению фактического количества горючей смеси, поступившей в цилиндр, Gфак к теоретическому Gтеор.The filling factor of the combustible mixture of cylinders will be determined by the ratio of the actual amount of the combustible mixture entering the cylinder, G factor to theoretical G theory .

При подаче воды во впускной трубопровод уравнение для определения Gфак с учетом уменьшения рабочего объема цилиндра каплями воды запишетсяWhen water is supplied to the inlet pipe, the equation for determining the G ph , taking into account the decrease in the working volume of the cylinder with water drops,

Figure 00000032
Figure 00000032

где:

Figure 00000033
- уменьшение рабочего объема цилиндра каплями воды, м3;Where:
Figure 00000033
- reducing the working volume of the cylinder with water drops, m 3 ;

Figure 00000034
- количество воды, впрыснутой во впускной трубопровод, кг;
Figure 00000034
- the amount of water injected into the intake pipe, kg;

ζ1 - коэффициент дозарядки.ζ 1 - recharge coefficient.

Величина ζ1 может быть определена по известным Ра и давлению газов в момент закрытия впускного отверстия Рз.к, а также полному объему цилиндра Va и его объему в момент закрытия впускных органов VЗ.К.The value of ζ 1 can be determined by the known P a and the gas pressure at the moment of closing the inlet opening P s.k. , as well as the total volume of the cylinder V a and its volume at the time of closing the inlet bodies V Z.K.

Теоретическое количество горючей смеси, которое может поступать в цилиндр при подаче воды во впускной трубопровод с учетом уменьшения рабочего объема цилиндра каплями водыTheoretical amount of combustible mixture that can enter the cylinder when water is supplied to the inlet pipe, taking into account the reduction in the cylinder’s working volume with water drops

Figure 00000035
Figure 00000035

Уравнение для процесса сжатия горючей смеси на основании первого закона термодинамики запишетсяThe equation for the compression process of a combustible mixture based on the first law of thermodynamics is written

Figure 00000036
Figure 00000036

где: QС - количество теплоты, отдаваемой горючей смесью стенкам цилиндра и каплям воды при сжатии, QССu-ΔHu);where: Q C - the amount of heat given off by the combustible mixture to the walls of the cylinder and drops of water during compression, Q C = υ Сu -ΔH u );

υC - доля теплоты от теплоты сгорания топлива, характеризующая теплообмен в период сжатия между стенками цилиндра, каплями воды и воздуха, Дж;υ C is the fraction of heat from the heat of combustion of the fuel, characterizing heat transfer during the compression between the walls of the cylinder, drops of water and air, J;

UC и Uа - внутренняя энергия сжимаемого рабочего тела в начале и в конце сжатия, Дж;U C and U a - internal energy of the compressible working fluid at the beginning and end of compression, J;

Figure 00000037
,
Figure 00000037
,

где: Lac - работа политропного сжатия, Дж;where: L ac - the work of polytropic compression, J;

Figure 00000038
- давление в конце сжатия для первого приближения, Па.
Figure 00000038
- pressure at the end of compression for the first approximation, Pa.

Подставляем значения членов в уравнение (13), получимWe substitute the values of the terms in equation (13), we obtain

Figure 00000039
Figure 00000039

отсюдаfrom here

Figure 00000040
Figure 00000040

где:

Figure 00000041
- цикловая подача топлива, кг/цикл.Where:
Figure 00000041
- cyclic fuel supply, kg / cycle.

Другим уравнением для определения ТC будетAnother equation for determining T C will be

Figure 00000042
Figure 00000042

Уравнения 15 и 16 решаются численным методом при известном

Figure 00000043
относительно показателя политропы сжатия nC. После определения nC находим более точное значение давления конца сжатияEquations 15 and 16 are solved numerically with the known
Figure 00000043
relative to the polytropic compression index n C. After determining n C we find a more accurate value of the pressure of the end of compression

Figure 00000044
Figure 00000044

где:

Figure 00000045
;Where:
Figure 00000045
;

Figure 00000046
.
Figure 00000046
.

Затем в уравнении 15 вместо

Figure 00000047
подставляем РC и вновь решаем уравнения 15 и 16 численным методом для определения более точного значения nC.Then in equation 15 instead
Figure 00000047
we substitute P C and again solve equations 15 and 16 by a numerical method to determine a more accurate value of n C.

Работа, затрачиваемая на сжатие рабочего тела в цилиндре,The work spent on the compression of the working fluid in the cylinder,

Figure 00000048
Figure 00000048

Запишем уравнение сгорания топлива для цикла с изохорным подводом теплоты и ее отводом на испарение капель воды для определения максимальной теоретической температуры сгорания TZ We write the equation of fuel combustion for a cycle with isochoric heat input and its removal to evaporate water droplets to determine the maximum theoretical combustion temperature T Z

Figure 00000049
Figure 00000049

где: υZ - коэффициент, учитывающий количество полученной теплоты рабочим телом при изохорном сгорании топлива (коэффициент использования теплоты в в.м.т.);where: υ Z - coefficient taking into account the amount of heat received by the working fluid during isochoric combustion of the fuel (heat utilization factor in bhp);

ΔHu=6100 (1-α) - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива при α<1, кДж/кг.ΔH u = 6100 (1-α) is the heat loss from chemical incompleteness of fuel combustion at α <1, kJ / kg.

Теплота, затраченная на парообразование воды и нагрев ее паров до TZ, определитсяThe heat spent on the vaporization of water and heating its vapors to T Z will be determined

Figure 00000050
Figure 00000050

где: rвод - теплота парообразования воды определяется по таблице в зависимости от среднего давления газов за период сгорания, Дж/кг;where: r water - the heat of vaporization of water is determined according to the table depending on the average gas pressure during the combustion period, J / kg;

Tвод.к - температура капель воды, нагретых до температуры кипения (насыщения), К;T water.k — temperature of water droplets heated to boiling point (saturation), K;

υИС - коэффициент, учитывающий долю испарившейся воды при подводе теплоты (горении топлива); υИС=1 при испарении всей воды около в.м.т.υ IP - coefficient taking into account the proportion of evaporated water during heat supply (fuel combustion); υ IS = 1 during the evaporation of all water near v.m.

Уравнения 19 и 20 решаются численным методом относительно TZ.Equations 19 and 20 are solved numerically with respect to T Z.

Теоретическое максимальное давление газов(сгорания) при подводе теплоты и испарении водыTheoretical maximum gas (combustion) pressure during heat supply and water evaporation

Figure 00000051
Figure 00000051

Фактическое максимальное давление сгорания составляетActual maximum combustion pressure is

Figure 00000052
Figure 00000052

где: φP=0,7÷0,9 - коэффициент уменьшения давления.where: φ P = 0.7 ÷ 0.9 is the pressure reduction coefficient.

Уравнение теплового баланса для процесса расширения рабочего тела запишетсяThe heat balance equation for the expansion process of the working fluid is written

Figure 00000053
Figure 00000053

где: QZB - изменение эптальпии рабочего тела (продуктов сгорания) при его (их) расширении, Дж;where: Q ZB - change in the enthalpy of the working fluid (combustion products) during its (their) expansion, J;

UZ и UБ - внутренняя энергия рабочего тела (продуктов сгорания) в начале и в конце расширения, Дж:U Z and U B - the internal energy of the working fluid (combustion products) at the beginning and end of expansion, J:

LZB - работа совершается рабочим телом (продуктами сгорания) при его (их) расширении, Дж.L ZB - work is done by the working fluid (combustion products) during its (their) expansion, J.

Величина LZb определится по уравнениюThe value of L Zb is determined by the equation

Figure 00000054
Figure 00000054

Подставляем значение членов в уравнение (23), которое для цикловой подачи топлива запишетсяWe substitute the value of the terms in equation (23), which is written for the cyclic fuel supply

Figure 00000055
Figure 00000055

Решая это уравнение относительно TB, получим в КSolving this equation with respect to T B , we obtain in K

Figure 00000056
Figure 00000056

где: υb - доля теплоты сгорания, соответствующая механической работе и повышению внутренней энергии на всем участке сгорания и расширения (коэффициент использования теплоты в конце расширения в начале выпуска).where: υ b is the fraction of the calorific value corresponding to mechanical work and the increase in internal energy in the entire area of combustion and expansion (coefficient of heat utilization at the end of expansion at the beginning of production).

Другое уравнение для Тb запишетсяAnother equation for T b will be written

Figure 00000057
Figure 00000057

Решая уравнения 26 и 27 численным методом, найдем значения показателя политропы расширения np.Solving equations 26 and 27 by a numerical method, we find the values of the exponent polytropic exponent n p .

При известном nр давление в цилиндре в конце расширения Рb определится по выражению, изложенному в методике Гриневецкого-Мазинга. Засылаем

Figure 00000058
для определения Тr.With a known n p the pressure in the cylinder at the end of the expansion P b will be determined by the expression described in the method of Grinevetsky-Masing. Send
Figure 00000058
to determine T r .

Теоретическое

Figure 00000059
и действительное
Figure 00000060
средние индикаторные давления цикла рассчитываются по выражениям, изложенным в методике Гриневецкого-Мазинга.Theoretical
Figure 00000059
and valid
Figure 00000060
average indicator cycle pressures are calculated according to the expressions described in the method of Grinevetsky-Masing.

Индикаторный КПД поршневого двигателя при подаче пара во впускной трубопроводIndicator efficiency of the piston engine when steam is supplied to the intake manifold

Figure 00000061
Figure 00000061

Индикаторный КПД поршневого двигателя при распыливании воды во впускном трубопроводеIndicator efficiency of the piston engine when spraying water in the intake manifold

Figure 00000062
Figure 00000062

Эффективный КПД поршневого двигателя ηe, удельные индикаторный gi и эффективный ge расходы топлива, индикаторная Ni и эффективная Ne мощности определяются по выражениям, изложенным в методике Гриневецкого-Мазинга.The effective efficiency of the piston engine η e , specific indicator g i and effective g e fuel consumption, indicator N i and effective N e power are determined by the expressions described in the method of Grinevetsky-Masing.

После определения Ne и ge их значения засылаются

Figure 00000063
и
Figure 00000064
в формуле (5).After determining N e and g e, their values are sent
Figure 00000063
and
Figure 00000064
in the formula (5).

Уравнение теплового балансаHeat balance equation

Figure 00000065
Figure 00000065

где: Q1=Hu·Gт.цик - теплота сгорания израсходованного топлива, Дж;where: Q 1 = H u · G t.cyc - heat of combustion of spent fuel, J;

QZB - теплота эквивалентная работе расширения, Дж;Q ZB - heat equivalent to the expansion work, J;

QСЖ - теплота эквивалентная работе сжатия, Дж;Q SJ - heat equivalent to the work of compression, J;

QТРМЕХ·Vh - теплота эквивалентная работе трения, Дж;Q TP = P FUR · V h - heat equivalent to the work of friction, J;

Figure 00000066
- теплота, теряемая с выпускными газами, Дж;
Figure 00000066
- heat lost with exhaust gases, J;

QХ.Н=ΔHu·Gт.цик - теплота, теряемая от химической неполноты сгорания топлива, Дж;Q X.N = ΔH u · G t.cyc - heat lost from chemical incompleteness of fuel combustion, J;

QZB-QСЖ=Qe=PeVh - теплота, эквивалентная совершенной работе, Дж.Q ZB -Q SJ = Q e = P e V h - heat equivalent to perfect work, J.

В теоретическом цикле вместо QВ.Г будет теплота, отведенная от рабочего тела,In the theoretical cycle, instead of Q V.G., there will be heat removed from the working fluid,

Figure 00000067
Figure 00000067

где: ℓКОН - теплота конденсации водяных паров, Дж/кг;where: ℓ KOH - heat of condensation of water vapor, J / kg;

Figure 00000068
- цикловое количество поданной воды, кг.
Figure 00000068
- cyclic amount of water supplied, kg.

Тепловые потери в охлаждающую среду Qox для адиабатного двигателя будут равны нулю, а для двигателей, имеющих систему охлаждения, они определятся из уравнения теплового баланса 30The heat loss to the cooling medium Q ox for the adiabatic engine will be zero, and for engines with a cooling system, they will be determined from the heat balance equation 30

Figure 00000069
Figure 00000069

Если выразить составляющие топливного баланса в процентах от теплоты израсходованного топлива, то уравнения 30 и 32 запишутся:If we express the components of the fuel balance as a percentage of the heat of the spent fuel, then equations 30 and 32 are written:

Figure 00000070
Figure 00000070

Figure 00000071
Figure 00000071

Для реального адиабатного двигателя QОХ и qOX=0, а термодинамического цикла с изохорными подводом и отводом теплоты QTP, QX.H и QOX, а также qТР, qХ.H и qOX=0. Для этих двигателя и цикла корректность выполненных тепловых расчетов проверяется по соблюдению уравнений теплового баланса 30 и 33.For a real adiabatic engine, Q ОХ and q OX = 0, and a thermodynamic cycle with isochoric supply and removal of heat Q TP , Q XH and Q OX , as well as q ТР , q Х.H and q OX = 0. For these engines and cycles, the correctness of the thermal calculations performed is checked by observing the heat balance equations 30 and 33.

Для расчетов параметров и показателей цикла бензинового двигателя с политропными сжатием горючей смеси и расширением продуктов горения необходимо задавать значения коэффициентам ζВП, ζВЫП, υа, υс, υZ, υb, ζ1 и φp. Эти коэффициенты могут быть определены у существующих двигателей по снятым и обработанным индикаторным диаграммам и определенным экспериментально Ре, α, ηV и членами теплового баланса.To calculate the parameters and indicators of the cycle of a gasoline engine with polytropic compression of the combustible mixture and the expansion of the combustion products, it is necessary to set the values of the coefficients ζ VP , ζ SUP , υ а , υ с , υ Z , υ b , ζ 1 and φ p . These coefficients can be determined for existing engines using the removed and processed indicator diagrams and experimentally determined P e , α, η V and members of the heat balance.

При проведении расчетов для реального адиабатного бензинового двигателя коэффициенты υa и υC должны быть равны нулю, а υb и υZ=1.When performing calculations for a real adiabatic gasoline engine, the coefficients υ a and υ C should be zero, and υ b and υ Z = 1.

Если выполнять тепловой расчет теоретического цикла с изохорными подводом и отводом теплоты, то коэффициенты υa и υC=0, a υZ, υb, ζ1 и φр=1, при этом другие коэффициенты, определяющие процесс газообмена, а также давление газов в выпускном газопроводе Рр, необходимо задать такими, чтобы коэффициенты остаточных γ→0 и наполнения ηV→1.If we perform a thermal calculation of the theoretical cycle with isochoric supply and removal of heat, then the coefficients υ a and υ C = 0, a υ Z , υ b , ζ 1 and φ p = 1, while other coefficients that determine the gas exchange process, as well as pressure gases in the exhaust gas P p , it is necessary to set such that the coefficients of residual γ → 0 and filling η V → 1.

При добавлении воды в горючую смесь давление РC и температура ТC в конце сжатия могут значительно снизиться из-за возникновения процесса теплообмена между каплями воды и рабочим телом. В этом случае коэффициент υc для теоретического цикла не будет равен нулю. Его значение определится в долях от теплоты сгорания топлива Нu по уравнениюWhen water is added to the combustible mixture, the pressure P C and the temperature T C at the end of compression can significantly decrease due to the occurrence of a heat exchange process between the water droplets and the working fluid. In this case, the coefficient υ c for the theoretical cycle will not be zero. Its value will be determined in fractions of the heat of combustion of fuel N u according to the equation

Figure 00000072
Figure 00000072

где:

Figure 00000073
- начальная температура впрыскиваемой воды, К;Where:
Figure 00000073
- the initial temperature of the injected water, K;

ТВОД.К - температура кипения воды капель, которая определяется по давлению конца сжатия и таблицам, К;T VOD.K - the boiling point of water drops, which is determined by the pressure of the end of compression and the tables, K;

Figure 00000074
- доля воды от количества поданного топлива, кг/кг.
Figure 00000074
- the proportion of water from the amount of fuel supplied, kg / kg.

При этом значения Ра и Та могут быть скорректированы до начальных значений вышеперечисленными коэффициентами ζВП, ζВЫП и ζ1, а также Рр так, чтобы γ→0, а ηV→1.The values of P and T as well may be adjusted to the initial values of the above coefficients VI ζ, ζ and ζ SAT 1 and P p so that γ → 0 and η V → 1.

Путем использования математической модели теплового расчета и экспериментальных данных традиционного двигателя МЗМА-407 установлено изменение долей теплоты от теплоты сгорания, подведенной к горючей смеси в процессе впуска, υa, и отведенной от нее теплоты в процессе сжатия, υc, а также коэффициентов использования теплоты в.м.т. υz и в конце расширения υb в зависимости от частоты вращения коленчатого вала ω и нагрузки двигателя Ne, степени сжатия ε и количества добавляемой воды в горючую смесь

Figure 00000075
. При добавлении воды наибольшие значения эффективного КПД ηе и среднего эффективного давления Ре получаются при
Figure 00000076
, значение υa=-0,002÷0,005, a υc=0,015÷0,025 в зависимости от коэффициента избытка воздуха α. До
Figure 00000077
υz и υв почти не изменяются, а при
Figure 00000078
начинает уменьшаться из-за снижения максимальной температуры сгорания Тz. Увеличение ηe происходит из-за уменьшения работы сжатия и увеличения количества рабочего тела, а повышение Ре благодаря увеличению коэффициента наполнения. С увеличением ε υz не изменяется, υc и υв растут, ηe быстро повышается. При увеличении ω υа изменяется незначительно, υc снижается, a υz и υв растут и достигают наибольших значений при ω=3500 об/мин. Изменение υz по нагрузочной характеристике происходит из-за изменения α при υa и υс≈const. При работе двигателя температура выпускных газов Тр≥1250 К, что позволяет утилизировать их теплоту для превращения ее в работу.Using the mathematical model of thermal calculation and experimental data of the traditional MZMA-407 engine, it was found that the fraction of heat from the heat of combustion supplied to the combustible mixture during the intake process, υ a , and the heat removed from it during compression, υ c , as well as the heat utilization coefficients m.t. υ z and at the end of expansion υ b depending on the crankshaft rotation frequency ω and engine load Ne, compression ratio ε and the amount of water added to the combustible mixture
Figure 00000075
. When water is added, the highest values of effective efficiency η e and average effective pressure P e are obtained at
Figure 00000076
, the value of υ a = -0.002 ÷ 0.005, a υ c = 0.015 ÷ 0.025, depending on the coefficient of excess air α. Before
Figure 00000077
υ z and υ в almost do not change, and when
Figure 00000078
begins to decrease due to a decrease in the maximum combustion temperature T z . An increase in η e occurs due to a decrease in the work of compression and an increase in the quantity of the working fluid, and an increase in P e due to an increase in the filling ratio. With an increase in ε, υ z does not change, υ c and υ в grow, η e rises rapidly. With an increase in ω υ a, it changes slightly, υ c decreases, a υ z and υ c increase and reach their maximum values at ω = 3500 rpm. The change in υ z according to the load characteristic occurs due to a change in α for υ a and υ with ≈const. When the engine is running, the temperature of the exhaust gases is T p ≥1250 K, which makes it possible to utilize their heat to turn it into work.

Характеры изменений коэффициентов использования теплоты в в.м.т. υz и в конце расширения υb, в зависимости от частоты вращения коленчатого вала у них сохраняются такими, как у традиционного бензинового двигателя МЗМА-407. Увеличения у этих двигателей абсолютных значений υz и υb произошли из-за большего объема цилиндра, чем у традиционного двигателя МЗМА-407. Увеличение степени сжатия в двигателях семейства ЗМЗ-406.10 повлияло на повышение эффективного КПД через увеличение термического КПД, при этом повышения υz и υb не произошли. Инерционный и газотурбинный наддувы, реализованные в этих двигателях, повлияли, в первую очередь, на их наполнение горючей смесью, а через него на повышение эффективной мощности и улучшение удельного эффективного расхода топлива. При этом индикаторный КПД у них почти не изменился, а увеличение максимального давления сгорания не привело к возникновению детонации при работе на топливе с одинаковым октановым числом благодаря снижению максимальной температуры сгорания. Температура выпускных газов у них оказалась не ниже, чем у традиционных бензиновых двигателей МЗМА-407 по всей внешней скоростной характеристике.The nature of the changes in the coefficients of heat utilization in m.t. υ z and at the end of the expansion υ b , depending on the crankshaft rotation speed, they remain the same as those of the traditional MZMA-407 gasoline engine. The increase in the absolute values of υ z and υ b for these engines occurred due to the larger cylinder volume than the traditional MZMA-407 engine. An increase in the degree of compression in engines of the ZMZ-406.10 family affected an increase in effective efficiency through an increase in thermal efficiency, while no increase in υ z and υ b occurred. The inertial and gas-turbine pressurization implemented in these engines affected, first of all, their filling with a combustible mixture, and through it to increase the effective power and improve the specific effective fuel consumption. At the same time, their indicator efficiency almost did not change, and an increase in the maximum combustion pressure did not lead to detonation when operating on fuel with the same octane number due to a decrease in the maximum combustion temperature. The temperature of the exhaust gases turned out to be no lower than that of the traditional MZMA-407 gasoline engines for all external speed characteristics.

Конструкция этих двигателей оказалась приемлемой для добавления воды в горючую смесь с целью повышения их степени сжатия и исключения системы охлаждения, а температура выпускных газов достаточной для эффективного превращения их теплоты в работу.The design of these engines turned out to be acceptable for adding water to the combustible mixture in order to increase their compression ratio and eliminate the cooling system, and the temperature of the exhaust gases is sufficient to effectively convert their heat into work.

Для проведения расчетно-теоретических исследований влияния подачи воды в начале сжатия на показатели и параметры теоретических циклов были произведены расчеты с помощью математической модели при степенях сжатия ε=8, 10, 12 и 14, долях количества впрыснутой воды от количества поданного топлива для подвода теплоты

Figure 00000079
; 0,125; 0,25; 0,375; 0,5; 0,75; 1,0 и 1.25, а также сохранении коэффициентов избытка воздуха α=1 и наполнения ηV=1, а также Та=293 К. При этом было принято, что размеры капель воды при распыливании получаются такими, что они к концу сжатия нагреваются до температуры кипения tВОД.К без испарения.To conduct theoretical and theoretical studies of the effect of water supply at the beginning of compression on the parameters and parameters of theoretical cycles, calculations were performed using a mathematical model with compression ratios ε = 8, 10, 12, and 14, fractions of the amount of injected water from the amount of fuel supplied to supply heat
Figure 00000079
; 0.125; 0.25; 0.375; 0.5; 0.75; 1.0 and 1.25, as well as maintaining the coefficients of excess air α = 1 and filling η V = 1, as well as T a = 293 K. It was assumed that the size of water droplets during spraying is such that they are heated by the end of compression to boiling point t WATER . K without evaporation.

На фиг.9 видно, что чем выше степень сжатия ε, тем выше температура кипения воды tВОД.К благодаря более высокому давлению конца сжатия РС, а следовательно, и выше доля теплоты от количества подведенной теплоты, затраченной на нагрев воды при сжатии υC. С увеличением количества подаваемой воды

Figure 00000080
температура ТC и давление РC в конце сжатия уменьшаются при всех степенях сжатия ε (фиг.10), tВОД.К снижается, a υС увеличивается (фиг.9) из-за преобладающего влияния увеличения
Figure 00000081
.Figure 9 shows that the higher the compression ratio ε, the higher the boiling point of water t WATER. K due to the higher pressure of the end of compression P C , and therefore, the higher the proportion of heat from the amount of heat input to heat the water during compression υ C. With an increase in the amount of water supplied
Figure 00000080
the temperature T C and pressure P C at the end of compression decrease at all compression ratios ε (Fig. 10), t WATER. K decreases, a υ С increases (Fig. 9) due to the prevailing influence of the increase
Figure 00000081
.

Максимальная температура цикла TZ для более высоких степеней сжатия ε имеет и более высокие значения (фиг.11) благодаря более высокой температуре конца сжатия ТC. С увеличением количества подаваемой воды

Figure 00000082
максимальная температура цикла TZ при α=1 снижается значительно благодаря увеличению количества воды, превращаемой в пар при V=const, а также снижению температуры конца сжатия ТC. Для более высоких степеней сжатия получаются большие максимальные давления цикла при одинаковом количестве
Figure 00000083
из-за более высоких давлений конца сжатия РC. С увеличением
Figure 00000084
максимальное давление цикла PZ не снижается, а даже немного увеличивается, что связано с увеличением количества рабочего тела в связи с превращением воды в пар при V=const.The maximum cycle temperature T Z for higher compression ratios ε has higher values (11) due to the higher temperature of the compression end T C. With an increase in the amount of water supplied
Figure 00000082
the maximum cycle temperature T Z at α = 1 decreases significantly due to an increase in the amount of water converted to steam at V = const, as well as a decrease in the temperature of the end of compression T C. For higher compression ratios, large maximum cycle pressures are obtained with the same amount
Figure 00000083
due to the higher compression end pressures P C. With increasing
Figure 00000084
the maximum pressure of the cycle P Z does not decrease, but even slightly increases, which is associated with an increase in the quantity of the working fluid in connection with the conversion of water into steam at V = const.

Изменение КПД ηi и среднего давления теоретического цикла Рi в зависимости от количества поданной воды

Figure 00000084
определяется изменениями доли потерь теплоты на сжатие qСЖ, давления конца расширения Рb и максимального давления цикла РZ, а также показателем политропы расширения nр в зависимости от
Figure 00000084
. Для больших ε получаются и большие значения Рi и ηi (фиг.9 и 11) независимо от количества поданной воды
Figure 00000084
. Оптимальные значения достигаются при
Figure 00000085
. При высоких степенях сжатия эти показатели располагаются ближе к 0,375, а при более низких - к 0,5. Таким образом, с увеличением количества подаваемой воды
Figure 00000084
и уменьшением максимальной температуры цикла TZ значения ηi и Рi не только снижаются, а даже увеличиваются и имеют оптимальное значение при
Figure 00000086
в зависимости от степени сжатия ε. Затем они начинают уменьшаться по мере увеличения
Figure 00000084
. На увеличение ηi и Рi при небольших
Figure 00000087
оказывает превалирующее влияние увеличение количества рабочего тела по сравнению с уменьшением TZ. Уменьшение ηi и Рi при больших
Figure 00000088
происходит из-за преобладающего влияния на них снижения TZ по сравнению с увеличением количества рабочего тела. При одинаковой TZ=const значения ηi и Рi получаются наиболее высокими при более высоких степенях сжатия ε (фиг.11), причем максимальное давление цикла PZ становится тоже наибольшим. Следует отметить еще одно положительное свойство рабочего тела, возникающее при подаче воды, это быстрое линейное уменьшение TZ с увеличением
Figure 00000084
и пологое изменение кривых ηi и
Figure 00000089
, что может обеспечить устойчивую работу двигателя.Change in efficiency η i and average pressure of the theoretical cycle P i depending on the amount of water supplied
Figure 00000084
is determined by changes in the fraction of heat loss in compression q SJ , the pressure of the end of expansion P b and the maximum cycle pressure P Z , as well as the polytropic expansion index n p depending on
Figure 00000084
. For large ε, large values of P i and η i are obtained (Figs. 9 and 11) regardless of the amount of water supplied
Figure 00000084
. Optimum values are achieved with
Figure 00000085
. At high degrees of compression, these figures are closer to 0.375, and at lower levels to 0.5. Thus, with an increase in the amount of water supplied
Figure 00000084
and by decreasing the maximum cycle temperature T Z, the values of η i and P i not only decrease, but even increase and have an optimal value for
Figure 00000086
depending on the degree of compression ε. Then they begin to decrease as they increase.
Figure 00000084
. To increase η i and P i at small
Figure 00000087
exerts a predominant increase in the number of working fluid compared with a decrease in T Z. The decrease in η i and P i at large
Figure 00000088
occurs due to the predominant influence on them of a decrease in T Z compared to an increase in the number of working fluid. For the same T Z = const, the values of η i and P i are the highest at higher compression ratios ε (Fig. 11), and the maximum cycle pressure P Z also becomes the largest. It should be noted one more positive property of the working fluid that occurs when water is supplied, this is a rapid linear decrease in T Z with increasing
Figure 00000084
and a gentle change in the curves η i and
Figure 00000089
that can ensure stable operation of the engine.

Для того чтобы убедиться, что обнаруженные свойства рабочего тела в циклах с изохорными подводом и отводом теплоты, возникающие при подаче воды, будут сохраняться и при других давлениях Ра и температурах Та начала сжатия, были произведены аналогичные расчеты при Ра=(0,6 и 1,8)·105 Па и степенях сжатия ε=8 и 12, а также при Та=353 и 413 К и ε=8 и 12, то есть при таких значениях Ра и Та, которые наблюдаются у существующих бензиновых двигателей. Было установлено, что характер кривых ηi и

Figure 00000090
изменяется несущественно, только максимумы КПД ηi и среднего давления Pi теоретических циклов с понижением Ра и увеличением Та смещаются в сторону меньших
Figure 00000091
, а с увеличением Ра и уменьшением Та в сторону больших
Figure 00000092
. При ε=12 они получаются смещенными в сторону меньших
Figure 00000093
, а при ε=8 в сторону больших
Figure 00000094
. Заметного влияния Та и Ра на оптимальное количество
Figure 00000095
не предвиделось потому, что они сами не влияют на КПД теоретического цикла при их изменении в широких пределах. Существенное влияние на среднее давление теоретического цикла Рi и на его КПД оказывает степень сжатия ε, поэтому на фиг.9 и 11 приведены подробно влияние
Figure 00000096
на Pi и ηi при различных ε=8÷14.In order to make sure that the detected properties of the working fluid in cycles with isochoric supply and removal of heat that occur during water supply will be preserved at other pressures P a and temperatures T a of the beginning of compression, similar calculations were performed at P a = (0, 6 and 1.8) · 10 5 Pa and compression ratios ε = 8 and 12, as well as at Т а = 353 and 413 К and ε = 8 and 12, that is, at the values of Р а and Т а , which are observed for existing gasoline engines. It was found that the nature of the curves η i and
Figure 00000090
changes insignificantly, only the maxima of the efficiency η i and the average pressure P i of the theoretical cycles with a decrease in P a and an increase in T a shift to smaller
Figure 00000091
, and with an increase in P a and a decrease in T a towards large
Figure 00000092
. At ε = 12, they turn out to be biased towards smaller
Figure 00000093
, and for ε = 8 towards large
Figure 00000094
. Noticeable effect of T a and P a on the optimal amount
Figure 00000095
it was not foreseen because they themselves do not affect the efficiency of the theoretical cycle when they change over a wide range. A significant effect on the average pressure of the theoretical cycle P i and on its efficiency is exerted by the compression ratio ε, therefore, Figures 9 and 11 show in detail the effect
Figure 00000096
on P i and η i for various ε = 8 ÷ 14.

В результате проведенных расчетно-теоретических исследований установлено, что для теоретических циклов с изохорными подводом и отводом теплоты существует оптимальное количество воды, при подаче которой в рабочее тело, в начале сжатия, получаются наибольшими КПД ηi и среднее давление Pi теоретических циклов. Величина оптимального количества воды зависит от степени сжатия. Для больших степеней сжатия оно располагается ближе к 0,375, а для меньших степеней ближе к 0,5. Меньшее количество воды характерно для более высоких Та и низких Ра, а большее количество необходимо подавать при более низких Та и высоких Ра.As a result of theoretical and theoretical studies, it was found that for theoretical cycles with isochoric supply and removal of heat, there is an optimal amount of water, which, when supplied to the working fluid, at the beginning of compression, the greatest efficiency η i and average pressure P i of theoretical cycles are obtained. The optimal amount of water depends on the degree of compression. For large degrees of compression, it is closer to 0.375, and for lower degrees closer to 0.5. A smaller amount of water is characteristic of higher T a and low P a , and a larger amount must be supplied at lower T a and high P a .

Для экспериментального подтверждения теоретических результатов использовались экспериментальные данные по изменению удельного эффективного расхода топлива ge, среднего эффективного давления Ре в зависимости от количества распыленной воды в горючей смеси

Figure 00000096
при коэффициентах избытка воздуха α=0,93; 1,0; 1,08 [Звонов В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1981. - 160 с.], а также рассчитывались параметры и технико-экономические показатели двигателя МЗМА-407 при различных количествах добавляемой воды во впускной воздух
Figure 00000096
по математической модели. Результаты расчетов приведены на графиках (фиг.12 и 13).To experimentally confirm the theoretical results, we used experimental data on the change in the specific effective fuel consumption g e , the average effective pressure P e depending on the amount of sprayed water in the combustible mixture
Figure 00000096
with coefficients of excess air α = 0.93; 1.0; 1,08 [Zvonov V.A. Toxicity of internal combustion engines. - 2nd ed., Revised. - M.: Mechanical Engineering, 1981. - 160 p.], And also calculated the parameters and technical and economic indicators of the MZMA-407 engine with various amounts of added water into the intake air
Figure 00000096
according to the mathematical model. The calculation results are shown in the graphs (Fig.12 and 13).

С увеличением количества впрыснутой воды

Figure 00000096
в горючую смесь коэффициент наполнения ηV сначала увеличивается, а затем уменьшается (фиг.12). Повышение ηV происходит благодаря уменьшению температуры горючей смеси в конце впуска Та, несмотря на увеличение коэффициента остаточных газов γ, до
Figure 00000097
. Затем этот коэффициент начинает убывать из-за более быстрого увеличения γ при небольшом повышении Тa. Повышение коэффициента остаточных газов γ связано с уменьшением температуры остаточных газов Тr при всех значениях α. Для α=0,93 коэффициенты остаточных газов γ (кривая 1) получаются больше, чем для α=1 (кривая 2), из-за меньших температур остаточных газов Тr, несмотря на более высокие коэффициенты наполнения ηV. При α=1,08 кривая 3 остаточных газов располагается выше, чем при α=1 (кривая 2) и α=0,93 (кривая 1), из-за более низких значений Тr, чем у кривой 2 (α=1), и более меньших значений коэффициентов наполнения ηV (кривая 3), чем у кривых 1 (α=0,93) и 2 (α=1). Уменьшение температуры остаточных газов с увеличением
Figure 00000096
связано с уменьшением максимальной температуры газов TZ и температуры газов в конце расширения Tb.With an increase in the amount of water injected
Figure 00000096
into the combustible mixture, the filling coefficient η V first increases and then decreases (Fig. 12). An increase in η V occurs due to a decrease in the temperature of the combustible mixture at the end of the inlet T a , despite the increase in the coefficient of residual gases γ, to
Figure 00000097
. Then this coefficient begins to decrease due to a faster increase in γ with a slight increase in T a . An increase in the coefficient of residual gases γ is associated with a decrease in the temperature of the residual gases T r for all values of α. For α = 0.93, the residual gas coefficients γ (curve 1) are obtained more than for α = 1 (curve 2), due to lower temperatures of the residual gases T r , despite the higher filling factors η V. For α = 1.08, curve 3 of the residual gases is higher than for α = 1 (curve 2) and α = 0.93 (curve 1), due to lower T r values than curve 2 (α = 1 ), and lower values of the filling coefficients η V (curve 3) than curves 1 (α = 0.93) and 2 (α = 1). Decrease in temperature of residual gases with increase
Figure 00000096
due to a decrease in the maximum gas temperature T Z and gas temperature at the end of expansion T b .

Значение удельного эффективного расхода топлива ge по мере увеличения

Figure 00000096
до 0,5÷0,75 уменьшаются, а величины индикаторного ηi и эффективного КПД повышаются при всех α=0,93; 1,0; 1,08 (фиг.13). При
Figure 00000098
ge начинает возрастать, a ηi и ηе убывать. Характер изменений кривых qe, ηI,
Figure 00000099
, в основном, определяется значениями максимальных температур TZ и давлений PZ газов, давлениями горючей смеси в конце сжатия РC, коэффициентами использования теплоты υZ в в.м.т., а также величинами показателей политроп сжатия nC и расширения nP. Несмотря на незначительное влияние процесса сгорания на продувку и наполнение цилиндров характер изменения кривых ηi и
Figure 00000099
получился очень даже похожим на кривые изменения теоретического КПД термодинамического цикла с изохорными подводом и отводом теплоты. Разница заключается лишь в оптимальных значениях этих КПД, которые для термодинамического цикла получились в диапазоне
Figure 00000100
в зависимости от ε, Ра, Та, а для действительного цикла в области
Figure 00000101
в зависимости от α. При таком пологом изменении этих кривых такое расхождение может быть как за счет точности проведения экспериментов, так и расчетов, тем более, что у них имеется общая цифра
Figure 00000102
при одинаковых степенях сжатия ε=8 и коэффициентах избытка воздуха α=1. Приращения абсолютных значений теоретического и индикаторного КПД в зависимости от
Figure 00000103
у этих циклов получаются также почти одинаковыми. Разница, конечно, есть, но и она не принципиальна и на порядок меньше погрешностей экспериментального определения ηi. Абсолютные значения КПД теоретического цикла получились значительно больше индикаторного КПД реального цикла из-за отсутствия тепловых потерь в систему охлаждения, химической неполноты сгорания топлива, а также сгоранию топлива в в.м.т. в этом цикле.The value of the specific effective fuel consumption g e with increasing
Figure 00000096
up to 0.5 ÷ 0.75 decrease, and the values of indicator η i and effective efficiency increase for all α = 0.93; 1.0; 1.08 (Fig.13). At
Figure 00000098
g e begins to increase, a η i and η e decrease. The nature of the changes in the curves q e , η I ,
Figure 00000099
mainly determined by the values of the maximum temperatures T Z and pressures P Z of the gases, the pressures of the combustible mixture at the end of compression Р C , the heat utilization factors υ Z in bhp, as well as the values of the polytropic parameters of compression n C and expansion n P . Despite the insignificant effect of the combustion process on the purge and filling of the cylinders, the nature of the change in the curves η i and
Figure 00000099
it turned out to be very similar to the curves of changes in the theoretical efficiency of the thermodynamic cycle with isochoric supply and removal of heat. The difference lies only in the optimal values of these efficiency, which for the thermodynamic cycle were in the range
Figure 00000100
depending on ε, P a , T a , and for the actual cycle in the field
Figure 00000101
depending on α. With such a gentle change in these curves, such a discrepancy can be due to the accuracy of the experiments and calculations, especially since they have a common figure
Figure 00000102
at the same compression ratios ε = 8 and air excess coefficients α = 1. Increments in the absolute values of theoretical and indicator efficiency depending on
Figure 00000103
these cycles are also almost identical. There is, of course, a difference, but it is not fundamental and is an order of magnitude smaller than the errors of the experimental determination of η i . The absolute values of the efficiency of the theoretical cycle turned out to be much more than the indicator efficiency of the real cycle due to the absence of heat losses in the cooling system, chemical incompleteness of fuel combustion, as well as fuel combustion in bhp. in this cycle.

Результаты проведенных исследований позволяют увеличить КПД реальных циклов не только из-за увеличения количества совершаемой работы в результате добавления воды в горючую смесь и снижения максимальной температуры сгорания, но и еще за счет повышения степени сжатия, без увеличения октанового числа топлива и увеличения коэффициента избытка воздуха до α=1,1÷1,2, исключения из конструкций двигателей системы охлаждения, а также благодаря утилизации теплоты отработавшего масла и продуктов сгорания.The results of the studies allow us to increase the efficiency of real cycles, not only due to an increase in the amount of work performed as a result of adding water to the combustible mixture and lowering the maximum combustion temperature, but also due to an increase in the compression ratio, without increasing the octane number of the fuel and increasing the excess air coefficient to α = 1.1 ÷ 1.2, exceptions from the designs of engines of the cooling system, and also due to the utilization of the heat of the spent oil and combustion products.

Выше было рассмотрено, какое количество воды нужно распыливать во впускном воздухе, чтобы эффективный КПД бензинового двигателя был наибольшим при нагреве капель воды к концу сжатия до температуры кипения Твод.к. Эта температура достигается изменением качества распыливания, которая характеризуется средним размером капель (Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей. Учебник для вузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания»/ Д.Н.Вырубов, Н.А.Иващенко, В.И.Ивин и др. - М.: Машиностроение, 1983. - 372 с., ил.). Здесь под средним размером капель dк.ср., характеризующим качество распыливания воды, понимается такой диаметр капель, при расчете по которому они нагреваются к концу сжатия до Твод.к, при этом давление Рс и температура Тс горючей смеси к этому моменту становятся наименьшими, а работа цикла наибольшей для заданного или оптимального количества распыленной воды. Для определения этого размера капель определялось количество теплоты, которое передается к каплям воды с размерами dК.СР теплоотдачей от рабочего тела за время dtIt was discussed above how much water needs to be sprayed in the intake air so that the effective efficiency of the gasoline engine is greatest when the water droplets are heated by the end of compression to the boiling temperature T water.k . This temperature is achieved by changing the spray quality, which is characterized by the average droplet size (Internal combustion engines: Theory of piston and combined engines. A textbook for universities on a specialty "Internal combustion engines" / D.N. Vyrubov, N.A. Ivaschenko, V.I. Ivin and others. - M.: Mechanical Engineering, 1983.- 372 p., Ill.). Here under the average droplet size d k.av. characterizing the quality of spraying water, we understand the diameter of the droplets, when calculated according to which they are heated by the end of compression to T water.k , while the pressure P s and temperature T with the combustible mixture at this time become the smallest, and the cycle work is the largest for a given or optimal amount of sprayed water. To determine this droplet size, the amount of heat was determined, which is transferred to water droplets with dimensions d K. CP heat transfer from the working fluid during the time dt

Figure 00000104
Figure 00000104

где: FK=πd2К.СР - поверхность капли размером dК.СР, м2;where: F K = πd 2 K. CP - surface of a droplet of size d K. CP , m 2 ;

iK - количество капель размером dК.СР;i K is the number of drops of size d K. CP ;

Figure 00000105
- средний коэффициент теплоотдачи за
Figure 00000106
;
Figure 00000105
- average heat transfer coefficient per
Figure 00000106
;

Figure 00000107
- температура сжатия рабочего тела в зависимости от времени t, К;
Figure 00000107
- the compression temperature of the working fluid, depending on the time t, K;

Figure 00000108
- температура капли воды в зависимости от времени t, К.
Figure 00000108
- temperature of a drop of water depending on time t, K.

А также количество теплоты, которое воспринимается каплями воды при их нагреве на аТК As well as the amount of heat that is perceived by drops of water when they are heated at AT K

Figure 00000109
Figure 00000109

где: СВОД.СР - средняя теплоемкость капель воды размером dК.СР при изменении их температуры на dТK,

Figure 00000110
;where: WATER. SR - average heat capacity of water droplets with size d K. SR when their temperature changes by dТ K ,
Figure 00000110
;

Figure 00000111
- масса капли размером dК.СР, кг;
Figure 00000111
- the mass of a drop of size d K. CP , kg;

ρВОД.СР - средняя плотность капель воды размером dК.СР при изменении их температуры на dTК, кг/м3.ρ WATER. SR is the average density of water droplets of size d K. SR when their temperature changes by dT K , kg / m 3 .

Интегрируя уравнения 36 и 37, преобразовывая и приравнивая их получим выражение для определения dК.СР Integrating equations 36 and 37, transforming and equating them, we obtain the expression for determining d K. CP

Figure 00000112
Figure 00000112

где:

Figure 00000113
- среднее значение критерия Нуссельта за Δφ=180° п.к.в.;Where:
Figure 00000113
- the average value of the Nusselt criterion for Δφ = 180 ° p.c.

ТВОД.Н - начальная температура распыливаемой воды в воздухе, К;T VOD.N - initial temperature of the sprayed water in the air, K;

ω - частота вращения коленчатого вала, 1/с.ω is the crankshaft rotation frequency, 1 / s.

Для определения текущих значений температуры

Figure 00000114
и давления
Figure 00000115
при сжатии рабочего тела предложены уравнения (39) и (40)To determine the current temperature
Figure 00000114
and pressure
Figure 00000115
when compressing the working fluid, equations (39) and (40) are proposed

Figure 00000116
Figure 00000116

Figure 00000117
Figure 00000117

По разработанной методике, используя численные методы, были рассчитаны dК.СР для двигателя МЗМА-407 при n=2600 об/мин в зависимости от доли впрыснутой воды

Figure 00000118
от количества поданного топлива, при различных коэффициентах избытка воздуха α и кондуктивном теплообмене этих капель с горючей смесью (Nn=2). Результаты расчетов сведены в таблицу. В эту таблицу занесены еще значения давления Рс и температуры Тc горючей смеси в конце сжатия, а также среднего размера капель dК.СР двигателя МЗМА-407, работающего при ω=2600 об/мин, различных
Figure 00000118
и α, давление Рс и температура Тс горючей смеси в конце сжатия.According to the developed method, using numerical methods, d K.СР were calculated for the MZMA-407 engine at n = 2600 rpm depending on the proportion of injected water
Figure 00000118
the amount of fuel supplied, at various coefficients of excess air α and the conductive heat transfer of these droplets with a combustible mixture (N n = 2). The calculation results are summarized in the table. This table also contains the values of the pressure Pc and temperature Tc of the combustible mixture at the end of compression, as well as the average droplet size d K. CP of the MZMA-407 engine operating at ω = 2600 rpm, various
Figure 00000118
and α, pressure Pc and temperature Tc of the combustible mixture at the end of compression.

Таблица
Значения давления Рс и температуры Тc горючей смеси в конце сжатия, а также среднего размера капель dК.СР двигателя МЗМА-407, работающего при ω=2600 об/мин, различных

Figure 00000118
и αTable
The values of the pressure Pc and temperature Tc of the combustible mixture at the end of compression, as well as the average droplet size d K. CP of the MZMA-407 engine operating at ω = 2600 rpm, various
Figure 00000118
and α
Figure 00000118
Figure 00000118
αα 0,930.93 1,01,0 1,081,08
1one 22 33 4four 55 0,250.25 dК.СР, мкмd K. CP , μm 233233 256256 272272 Рс·105, ПаPc · 10 5 , Pa 11,211.2 10,810.8 10,310.3 Тс, КTs, K 570570 590590 600600 0,500.50 dК.СР, мкмd K. CP , μm 195195 220220 238238 Рс·10-5, ПаPc · 10 -5 , Pa 10,310.3 10,010.0 9,659.65 Тс, КTs, K 525525 540540 550550 0,750.75 dК.СР, мкмd K. CP , μm 160160 190190 212212 Рс·10-5, ПаPc · 10 -5 , Pa 9,79.7 9,29.2 9,09.0 Тс, КTs, K 480480 510510 520520 1,01,0 dК.СР, мкмd K. CP , μm 133133 163163 186186 Рс·10-5, ПаPc · 10 -5 , Pa 9,09.0 8,88.8 8,68.6 Тс, КTs, K 460460 475475 490490 1,081,08 dК.СР, мкмd K. CP , μm 108108 140140 165165 Рс·10-5, ПаPc · 10 -5 , Pa 8,58.5 8,38.3 8,28.2 Тс, КTs, K 435435 455455 480480

В таблице видно, что чем больше

Figure 00000118
, тем меньше Рс и Тс, а также требуемый размер капель dК.СР из-за уменьшения Рс и Тс. Чем меньше Рс при Тс=const, тем на меньшую температуру должны быть нагреты однородные капли, что возможно при меньшей их поверхности, а следовательно, большем dК.СР. С уменьшением Тс при Рc=const тепловой поток к каплям уменьшается, его уменьшение компенсируется увеличением поверхностей этих капель, а следовательно, уменьшением dК.СР. Следовательно, на уменьшение dК.СР влияет не только уменьшение Рс с увеличением
Figure 00000118
, но и уменьшение Тс. С увеличением коэффициента избытка воздуха Рс уменьшается, а Тс увеличивается, а требуемый размер капель dК.СР растет из-за преобладающего влияния увеличения Тс. При α=1 и наивыгоднейшем
Figure 00000119
размер капель dК.СР получается 190÷220 мкм. Для того чтобы получить такой размер капель в горючей смеси достаточно вытекающую струю воды из распылителя распыливать потоком воздуха в диффузоре [Автомобильные двигатели / В.М.Архангельский, М.М.Вихерт, А.Н.Воинов и др. - М.: Машиностроение, 1967. - 496 с.: ил.].The table shows that the more
Figure 00000118
, the smaller Pc and Tc, as well as the required droplet size d K. CP due to a decrease in Pc and Tc. The smaller Pc at Tc = const, the homogeneous droplets should be heated to a lower temperature, which is possible with a smaller surface and, consequently, a larger d K. CP . With a decrease in Tc at Pc = const, the heat flux to the drops decreases, its decrease is compensated by an increase in the surfaces of these drops, and therefore, a decrease in d K. CP . Therefore, a decrease in d K. CP is affected not only by a decrease in Pc with increasing
Figure 00000118
, but also a decrease in Tc. With an increase in the coefficient of excess air, Pc decreases and T c increases, and the required droplet size d K. CP increases due to the predominant influence of an increase in Tc. For α = 1 and the best
Figure 00000119
the droplet size d K. CP is 190 ÷ 220 microns. In order to obtain such a droplet size in a combustible mixture, a sufficiently flowing stream of water from a spray gun should be sprayed with a stream of air in a diffuser [Automotive engines / V.M. Arkhangelsky, M.M. Vichert, A.N. Voinov et al. - M.: Mechanical Engineering , 1967. - 496 p.: Ill.].

Таким образом, уже на стадии проектирования нового двигателя для него может быть вычислен dК.СР, а по нему определен расчетом диаметр соплового отверстия распылителя (Подача и распыливание топлива в дизелях. Астахов И.В., Трусов В.И., Хачиян А.С. и др. - М.: Машиностроение, 1971. - 359 с.: ил.). Затем этот диаметр уточняется при проведении испытаний на промышленном или опытном образце по наименьшим давлению и температуре в конце сжатия и наибольшим индикаторному и эффективному КПД.Thus, already at the stage of designing a new engine, d K.СР can be calculated for it, and the diameter of the nozzle opening of the atomizer can be determined from it (Fuel supply and atomization in diesel engines. Astakhov IV, Trusov VI, Khachiyan A .S. Et al. - M.: Mechanical Engineering, 1971. - 359 p.: Ill.). Then, this diameter is specified when testing on an industrial or prototype at the lowest pressure and temperature at the end of compression and the highest indicator and effective efficiency.

Размер распылителя можно определить еще опытным путем на опытном или промышленном образце впрыскиванием воды через распылители различного размера во впускной воздух и прокручиванием поршневого двигателя электродвигателем по наименьшим давлению и температуре горючей смеси в конце сжатия. На работающем двигателе он тоже может быть установлен только по наименьшему давлению и температуре рабочего тела в начале горения и наибольшим индикаторному или эффективному КПД. При этом средний dК.СР тоже может быть установлен путем измерения диаметра однородных капель в факелах, образующихся при распыливании воды через распылители различного размера. Если в факелах будут образовываться неоднородные капли, то dК.СР может быть определен расчетом по уравнению (38) и известным экспериментальным минимальным давлению и температуре в конце сжатия.The size of the atomizer can be determined even empirically on a test or industrial model by injecting water through various atomizers into the intake air and scrolling the piston engine by the electric motor at the lowest pressure and temperature of the combustible mixture at the end of compression. On a running engine, it can also be installed only by the lowest pressure and temperature of the working fluid at the beginning of combustion and the highest indicator or effective efficiency. In this case, the average d K. CP can also be established by measuring the diameter of homogeneous droplets in the torches formed by spraying water through sprayers of various sizes. If inhomogeneous droplets form in the flares, then d K. CP can be determined by calculation according to equation (38) and the known experimental minimum pressure and temperature at the end of compression.

Для реализации высокой степени сжатия в комбинированных бензиновых двигателях необходимо знать, какое количество воды

Figure 00000118
необходимо добавлять во впускной воздух, чтобы не возникала в них детонация. Известно, что основными факторами, оказывающими наиболее значительное влияние на возникновение детонации в бензиновых двигателях являются максимальные температура TZ и давление PZ сгорания. Были проведены исследования с помощью разработанной авторами математической модели и экспериментальных данных, какое должно быть снижение ТZ при повышении PZ. При этом анализировались экспериментальные данные различных исследователей, в которых изменялись количество подаваемой воды во впускной воздух, давление и температура надувочного воздуха, степень сжатия, коэффициент избытка воздуха, угол опережения зажигания и нагрузка (Ефремов П.К. К вопросу о дополнительном питании тепловых двигателей водой. - В кн.: Защита воздушного бассейна от загрязнения токсичными выбросами транспортных средств. - Т.1. - Харьков, 1977. - С.221-261, а также Добрынин А.А. Детонация в двигателях, 1949. - 58 с.: ил.). Проведенные исследования позволили построить графики понижения максимальной температуры газов на единицу повышения максимального давления сгорания
Figure 00000120
в зависимости от значения TZ (фиг.14), потерь теплоты в систему охлаждения qОХЛ (фиг.15) и с выпускными газами qВЫП (фиг.16). С увеличением значения TZ средние значения
Figure 00000121
уменьшаются (фиг.14). Большие значения
Figure 00000122
относятся к экспериментам с меньшими значениями qОХЛ и с большими величинами qВЫП, т.е., для опытов с повышенной теплонапряженностью двигателя. Меньшие значения
Figure 00000123
характерны для экспериментов, в которых значения qОХЛ получались наибольшими, а значения qВЫП наименьшими, т.е. для тех случаев, в которых теплонапряженность двигателя была наименьшей. С уменьшением значений qОХЛ, то есть с возрастанием теплонапряженности двигателя, значения
Figure 00000124
увеличиваются (фиг.15), причем большие значения относятся к опытам, в которых значения TZ были наименьшими, меньшие величины к экспериментам с более высокими TZ. С возрастанием значений qВЫП значения
Figure 00000125
возрастают (фиг.16) из-за повышения теплонапряженности двигателя, причем большие значения относятся к экспериментам, в которых значения TZ были наименьшими, а меньшие величины к опытам с большими значениями TZ.To realize a high compression ratio in combined gasoline engines, you need to know how much water
Figure 00000118
must be added to the intake air so that knocking does not occur in them. It is known that the main factors that have the most significant effect on the occurrence of detonation in gasoline engines are the maximum temperature T Z and pressure P Z of combustion. Studies were conducted using the mathematical model developed by the authors and experimental data, which should be a decrease in T Z with increasing P Z. In this case, the experimental data of various researchers were analyzed, in which the amount of water supplied to the inlet air, the pressure and temperature of the charge air, the compression ratio, the excess air coefficient, the ignition timing and the load (Efremov P.K., On the issue of additional supply of heat engines to water) - In the book: Protection of the air basin from pollution by toxic emissions of vehicles - T.1. - Kharkov, 1977. - P.221-261, as well as Dobrynin A.A. Detonation in engines, 1949. - 58 p. : ill.). The studies performed allowed us to construct graphs for lowering the maximum gas temperature per unit of increase in the maximum combustion pressure
Figure 00000120
depending on the value of T Z (Fig. 14), heat loss to the cooling system q OHL (Fig. 15) and with the exhaust gases q RH (Fig. 16). With increasing values of T Z average values
Figure 00000121
decrease (Fig. 14). Big values
Figure 00000122
relate to experiments with lower values of q OHL and with large q values of RPC , i.e., for experiments with increased thermal stress of the engine. Lower values
Figure 00000123
typical for experiments in which the q OHL values were obtained by the largest, and the qQR values were the smallest, i.e. for those cases in which the thermal stress of the engine was the smallest. With a decrease in q OHL values, i.e., with an increase in the thermal stress of the engine, the values
Figure 00000124
increase (Fig. 15), with larger values referring to experiments in which the values of T Z were the smallest, lower values to experiments with higher T Z. With increasing values of q values SAT
Figure 00000125
increase (Fig. 16) due to an increase in the thermal stress of the engine, with larger values referring to experiments in which the values of T Z were the smallest and smaller values to experiments with large values of T Z.

Полученные графики на фиг.14, 15 и 16 позволят далее произвести расчеты по повышению степени сжатия бензиновых двигателей при их создании с двухфазным рабочим телом и исключению у них системы охлаждения без увеличения октанового числа топлива, а также повышения теплонапряженности благодаря впрыскиванию воды в горючую смесь.The obtained graphs in Figs. 14, 15 and 16 will allow further calculations to be made to increase the compression ratio of gasoline engines when they are created with a two-phase working fluid and to exclude the cooling system from them without increasing the octane number of the fuel, as well as increasing the heat stress due to the injection of water into the combustible mixture.

Для того чтобы рассчитывать параметры и показатели комбинированного бензинового двигателя с конвертированным(и) газовым(и) цилиндром(ами) в паровой(ые), авторами разработана математическая модель теплового расчета цикла бензиновых двигателей, дополнена уравнениями для определения количества получаемого пара и расчета работы, совершаемой им в паровом(ых) цилиндре(ах).In order to calculate the parameters and indicators of a combined gasoline engine with converted (s) gas (s) cylinder (s) into steam (s), the authors developed a mathematical model for the thermal calculation of the cycle of gasoline engines, supplemented by equations to determine the amount of steam produced and calculate the work, performed by him in the steam cylinder (s).

Количество образующегося пара в парогенераторе mпар может быть определено в кг/с из уравнения теплового балансаThe amount of steam generated in the steam generator m pairs can be determined in kg / s from the heat balance equation

Figure 00000126
Figure 00000126

где: ТПАР - температура образующегося пара, К;where: T PA - the temperature of the generated steam, K;

СПАР - теплоемкость пара при постоянном давлении и ТПАР, Дж/(кг·К);C PAR - the heat capacity of steam at constant pressure and T PAR , J / (kg · K);

ТВОД - температура воды, поступающей в парогенератор, К;T WATER is the temperature of the water entering the steam generator, K;

СВОД - теплоемкость воды, поступающей в парогенератор, Дж/(кг·К);With WATER is the heat capacity of the water entering the steam generator, J / (kg · K);

Gm - секундный расход топлива, кг/с;G m - second fuel consumption, kg / s;

α - коэффициент избытка воздуха;α is the coefficient of excess air;

L0 - теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива, кг/кг;L 0 - theoretically necessary amount of air for combustion of 1 kg of fuel, kg / kg;

Figure 00000127
- относительное количество воды, добавляемой в горючую смесь, кг/кг;
Figure 00000127
- the relative amount of water added to the combustible mixture, kg / kg;

Тр - температура продуктов сгорания, поступающих в парогенератор, К;T p - temperature of the combustion products entering the steam generator, K;

CПР.С - теплоемкость продуктов сгорания, поступающих в парогенератор, при постоянном давлении и Тр, Дж/(кг·К);C PR.C - heat capacity of the combustion products entering the steam generator at constant pressure and T p , J / (kg · K);

ТУХ.Г - температура продуктов сгорания за парогенератором, К;T UH.G - temperature of the combustion products behind the steam generator, K;

CУХ.Г - теплоемкость уходящих продуктов сгорания при постоянном давлении и ТУХ.Г, Дж/(кг·К);C UH.G - the heat capacity of the exhaust products of combustion at constant pressure and T UH.G , J / (kg · K);

mВОД - количество подаваемой воды в парогенератор, кг/с.m WATER is the amount of water supplied to the steam generator, kg / s.

Если в уравнении (41) вместо mВОД подставить mПАР, то тогда из этого уравнения можно определитьIf in equation (41), instead of m WATER, substitute m PAIR , then from this equation we can determine

Figure 00000128
Figure 00000128

Для определения давления пара в паровом(вых) цилиндре(ах) в начале расширения напишем уравнение материального балансаTo determine the vapor pressure in the steam (s) cylinder (s) at the beginning of expansion, we write the equation of material balance

Figure 00000129
Figure 00000129

где: VН.Р - объем пара в цилиндре(ах) в начале расширения, после закрытия впускного парового клапана φ1, м3;where: V N.P - the volume of steam in the cylinder (s) at the beginning of expansion, after closing the inlet steam valve φ 1 , m 3 ;

ρН.Р - плотность пара в цилиндре(ах) в начале расширения, кг/м3;ρ N. R - vapor density in the cylinder (s) at the beginning of expansion, kg / m 3 ;

iц.n - число цилиндров, конвертированных для работы на паре;i C. n is the number of cylinders converted to work on a pair;

ω - частота вращения коленчатого вала, 1/с.ω is the crankshaft rotation frequency, 1 / s.

Подставим в уравнение (43) значение плотности параWe substitute the value of vapor density in equation (43)

Figure 00000130
, тогда получим
Figure 00000130
then we get

Figure 00000131
Figure 00000131

где: RПАР - газовая постоянная для пара, Дж/(кг·К).where: R PAR - gas constant for steam, J / (kg · K).

Удельный объем пара в конце расширения определитсяThe specific volume of steam at the end of the expansion is determined

Figure 00000132
Figure 00000132

где: υН.Р=1/ρН.Р - удельный объем пара в начале расширения, м3/кг;where: υ N.Р = 1 / ρ N.Р - specific volume of steam at the beginning of expansion, m 3 / kg;

υК.Р - удельный объем пара в цилиндре(ах) в конце расширения в момент открытия парового выпускного клапана φ2, м3.υ K.R - specific volume of steam in the cylinder (s) at the end of expansion at the time of opening of the steam exhaust valve φ 2 , m 3 .

По удельному объему пара в конце расширения и адиабатному его расширению в цилиндре находим температуру ТК.Р и давление РК.Р в конце расширения по таблицам для водяного пара.According to the specific volume of steam at the end of the expansion and its adiabatic expansion in the cylinder, we find the temperature T K.P and the pressure P K.P at the end of the expansion according to the tables for water vapor.

Индикаторная работа, совершаемая паром в цилиндре до открытия выпускного парового клапана, определится по уравнениюThe indicator work performed by the steam in the cylinder before the opening of the exhaust steam valve is determined by the equation

Figure 00000133
Figure 00000133

где: hК.Р и hН.Р - энтальпия пара в начале и в конце процесса расширения в цилиндре, Дж/(кг·К);where: h K.R and h N.R - vapor enthalpy at the beginning and at the end of the expansion process in the cylinder, J / (kg · K);

РН.Р и РК.Р - давление пара в начале и в конце процесса расширения, Па;R N.R and R K.R — vapor pressure at the beginning and at the end of the expansion process, Pa;

υН.Р и υК.Р - удельные объемы пара в начале и в конце расширения, кг/м3.υ N.Р and υ К.Р - specific volumes of steam at the beginning and at the end of expansion, kg / m 3 .

Значения hК.Р и hН.Р находятся по таблицам для водяного пара.The values of h K.P and h N.P are found in the tables for water vapor.

Для определения работы, совершаемой паром в паровом цилиндре за период предварения выпуска LО.В (от φ2 до 180° п.к.в), а также работы, затрачиваемой поршнем на выталкивание пара при его движении от н.м.т. к в.м.т. (от 180 до 360 гр.п.к.в), напишем уравнения состояния и материального балансаTo determine the work performed by the steam in the steam cylinder during the pre-release period of L O.V. (from φ 2 to 180 ° p.c.), as well as the work spent by the piston on expelling the steam when it moves from the engine to m.t. (from 180 to 360 gr.p.k.v), we write the equations of state and material balance

Figure 00000134
Figure 00000134

Figure 00000135
Figure 00000135

где:

Figure 00000136
и
Figure 00000137
- начальные значения давления и температуры пара в конце расширения в Па и К;Where:
Figure 00000136
and
Figure 00000137
- initial values of pressure and temperature of steam at the end of expansion in Pa and K;

Figure 00000138
- начальное значение количества пара в цилиндре в конце расширения в кг, принимается равным mПАР;
Figure 00000138
- the initial value of the amount of steam in the cylinder at the end of the expansion in kg, is taken equal to m PAIR ;

Figure 00000139
Figure 00000139

где: dt - изменение времени в течение которого происходит истечение пара из цилиндраwhere: dt is the change in time during which steam expires from the cylinder

Figure 00000140
,
Figure 00000140
,

где: Δφ - изменение угла поворота коленчатого вала, гр. п.к.в;where: Δφ - change in the angle of rotation of the crankshaft, gr. p.c.

Figure 00000141
- средняя плотность пара, вытекающего из цилиндра, на участке Δφ, кг/м3;
Figure 00000141
- the average density of the vapor flowing from the cylinder in the area Δφ, kg / m 3 ;

Figure 00000142
- среднее проходное сечение выпускного клапана на участке Δφ, м2;
Figure 00000142
- the average flow cross section of the exhaust valve in the area Δφ, m 2 ;

Figure 00000143
- средняя скорость движения пара в сечении выпускного клапана на участке Δφ, м/с.
Figure 00000143
- the average speed of steam in the cross section of the exhaust valve in the area Δφ, m / s.

Средняя скорость движения пара в сечении выпускного клапана

Figure 00000144
рассчитывается по средней плотности пара в этом сечении, разности средних давлений пара в цилиндре и в конденсаторе, а также текущему сопротивлению этого клапана.The average speed of steam in the cross section of the exhaust valve
Figure 00000144
calculated by the average vapor density in this section, the difference between the average vapor pressures in the cylinder and in the condenser, as well as the current resistance of this valve.

Текущее давление пара в цилиндре

Figure 00000145
определяется по уравнению состояния и известному
Figure 00000146
, которое находится по начальному
Figure 00000147
и текущему
Figure 00000148
удельным объемам пара и таблицам для водяного пара при адиабатном расширении.Current cylinder pressure
Figure 00000145
determined by the equation of state and known
Figure 00000146
which is at the initial
Figure 00000147
and current
Figure 00000148
specific volumes of steam and tables for water vapor with adiabatic expansion.

Работа, совершаемая паром в цилиндре с момента открытия выпускного клапана (φ2) до достижения поршнем н.м.т. (180 гр.п.к.в), определитсяThe work performed by the steam in the cylinder from the moment the exhaust valve is opened (φ 2 ) until the piston reaches m.t. (180 gr.p.k.)

Figure 00000149
Figure 00000149

где: РСР.n - среднее давление пара в цилиндре на n участке, м3;where: P SR.n is the average vapor pressure in the cylinder in the n section, m 3 ;

ΔVn - изменение объема цилиндра на n участке, м3.ΔV n is the change in the volume of the cylinder in the n section, m 3 .

Работа, затрачиваемая двигателем на выталкивание пара из цилиндра при его движении из н.м.т.(180 гр.п.к.в) в верхнюю (360 гр.п.к.в)The work spent by the engine on pushing steam out of the cylinder as it moves from the engine (180 gr.p.k.) to the upper (360 gr.p.k.)

Figure 00000150
Figure 00000150

Работа, затрачиваемая двигателем на преодоление сил трения поршня в паровом цилиндре,The work spent by the engine on overcoming the friction forces of the piston in the steam cylinder,

Figure 00000151
Figure 00000151

где: PMEX - среднее давление механических потерь;where: P MEX - average pressure of mechanical losses;

Vh -рабочий объем цилиндра, м3.V h is the working volume of the cylinder, m 3 .

Суммарная индикаторная работа, совершаемая паром в одном из цилиндров,The total indicator work performed by the steam in one of the cylinders,

Figure 00000152
Figure 00000152

Эффективная работа, совершаемая паром в одном из цилиндров,The efficient work done by steam in one of the cylinders,

Figure 00000153
Figure 00000153

где: LП.Н - работа, затрачиваемая двигателем на привод питательного насоса.where: L P.N - the work spent by the engine on the drive of the feed pump.

Величина LН.Н определится по формулеThe value of L N. H is determined by the formula

Figure 00000154
Figure 00000154

где: РНАС - давление подачи воды, равное РПАР, Па;where: P NAS - water supply pressure equal to P PAR , Pa;

ηНАС - КПД насоса;η NAS - pump efficiency;

ωНАС - частота вращения вала насоса, равная частоте вращения коленчатого вала ω, 1/с.ω NAS - the frequency of rotation of the pump shaft, equal to the rotational speed of the crankshaft ω, 1 / s.

Эффективная мощность комбинированного двигателя без турбодетандераThe effective power of the combined engine without turbo expander

Figure 00000155
Figure 00000155

Удельный эффективный расход топлива комбинированного двигателя без турбодетандераSpecific effective fuel consumption of a combined engine without a turboexpander

Figure 00000156
Figure 00000156

Эффективный КПД комбинированного двигателя без турбоденатораEffective efficiency of a combined engine without a turbo-feeder

Figure 00000157
Figure 00000157

При наличии турбодетандера изменится противодавление в выпускном коллекторе РP и появятся давление РК и температура ТК наддувочного воздуха для расчета реального цикла бензинового двигателя.In the presence of a turboexpander, the back pressure in the exhaust manifold P P will change and the pressure P K and the charge air temperature T K will appear to calculate the real cycle of the gasoline engine.

Давление наддувочного воздуха РК компрессора определится по уравнениюCompressor charge air pressure P K is determined by the equation

Figure 00000158
Figure 00000158

где: РО - давление воздуха на входе в компрессор, Па;where: P O - air pressure at the inlet to the compressor, Pa;

КК - показатель адиабата сжатия воздуха в компрессоре;K K is the adiabatic index of air compression in the compressor;

RВОЗ - газовая постоянная для воздуха, Дж/(кг·К);R WHO - gas constant for air, J / (kg · K);

ТО - температура воздуха на входе в компрессор, К;T About - the air temperature at the inlet to the compressor, K;

GК - расход воздуха через компрессор, кг/с;G K - air flow through the compressor, kg / s;

NТ - полезная мощность турбины, Вт;N T - net power of the turbine, W;

ηК - адиабатический КПД компрессора.η K - adiabatic efficiency of the compressor.

Температура наддувочного воздуха ТК компрессора вычислитсяCharge-air temperature T K compressor Calc'd

Figure 00000159
Figure 00000159

Расход воздуха через компрессор составитThe air flow through the compressor will be

Figure 00000160
Figure 00000160

где: GТ - расход топлива в секунду, кг/с.where: G T - fuel consumption per second, kg / s.

Полезная мощность турбиныNet power of the turbine

Figure 00000161
Figure 00000161

где: ηТ - эффективный КПД турбины;where: η T is the effective efficiency of the turbine;

Figure 00000162
- степень понижения давления газов в турбине;
Figure 00000162
- the degree of decrease in gas pressure in the turbine;

РР - давление газов перед турбиной, Па;P R - gas pressure in front of the turbine, Pa;

РР.О - давление газов на выходе из турбины, Па;P R.O - gas pressure at the outlet of the turbine, Pa;

ТР - температура газов перед газовой турбиной, К;T P is the temperature of the gases in front of the gas turbine, K;

GТ.ПР.СГ=GПР.СГGm - расход газов через турбину, кг/с.G T.PR.G.G = G PR.G. G m - gas flow through the turbine, kg / s.

Температура газов за газовой турбинойThe gas temperature behind the gas turbine

Figure 00000163
Figure 00000163

где: ηТ.АД - адиабатический КПД турбины.where: η T.AD - adiabatic efficiency of the turbine.

Для подтверждения промышленной применимости и эффективности работы комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом были произведены расчеты параметров и показателей циклов этого двигателя при нормальной температуре наружного воздуха tВОЗ=20°С и его температуре tВОЗ=40°С без турбодетандера при наличии дроссельной заслонки на выпуске и с турбодетандером (фиг.17, 18, 19). В качестве базового двигателя был выбран современный бензиновый двигатель Заволжского моторного завода ЗМЗ-4062.10. Произведены расчеты этого двигателя при tВОЗ=40°C, а его параметры и показатели представлены на фиг.17, 18, 19. При этой температуре на всех режимах работы его эффективная мощность получается значительно меньше, чем при tВОЗ=20°С, а при n=5000 об/мин это уменьшение составляет 8 кВт (7,7%). Эффективный КПД у него тоже снижается по всей внешней скоростной характеристике, и это снижение составляет при n=5000 об/мин 0,5%. При этом максимальные температура сгорания TZ возрастает, а давление

Figure 00000164
уменьшается. Происходит это из-за того, что увеличивается температура горючей смеси в конце впуска и в конце сжатия, а коэффициент наполнения уменьшается. Значительное уменьшение эффективной мощности происходит из-за уменьшения количества сжигаемого топлива в цилиндре при неизменном коэффициенте избытка воздуха.To confirm the industrial applicability and efficiency of the combined engine with a two-phase working fluid, the parameters and parameters of the cycles of this engine were calculated at a normal outdoor temperature t WHO = 20 ° C and its temperature t WHO = 40 ° C without a turbine expander in the presence of a throttle valve at the outlet and with a turboexpander (Fig.17, 18, 19). The modern gasoline engine of the Zavolzhsky engine plant ZMZ-4062.10 was chosen as the base engine. The calculations of this engine were performed at t WHO = 40 ° C, and its parameters and indicators are presented in Figs. 17, 18, 19. At this temperature, at all operating modes, its effective power is much lower than at t WHO = 20 ° C, and at n = 5000 rpm, this decrease is 8 kW (7.7%). Its effective efficiency also decreases throughout the entire external speed characteristic, and this decrease at n = 5000 rpm is 0.5%. In this case, the maximum combustion temperature T Z increases, and the pressure
Figure 00000164
decreases. This is due to the fact that the temperature of the combustible mixture at the end of the inlet and at the end of compression increases, and the filling coefficient decreases. A significant decrease in effective power occurs due to a decrease in the amount of fuel burned in the cylinder with a constant coefficient of excess air.

Комплектация двигателя парогенератором, конвертирование одного из цилиндров для работы на паре, повышение его степени сжатия до ε=14, увеличение коэффициента избытка воздуха с α=0,9 до α=1,1, подавление возникающей детонации в двигателе подачей воды в горючую смесь, а также его работа без дроссельной заслонки на выпуске и температуре наружного воздуха 20°С значительно повышают его эффективный КПД до 0,592 при ω=1000 об/мин и до 0,506 при ω=5000 об/мин, а эффективную мощность до 127 кВт при ω=5000 об/мин, то есть происходит увеличение ηe в 1,85÷1,87 раза, а эффективной мощности в 1,22÷1,23 раза по всей внешней скоростной характеристике. Меньшее увеличение Ne по сравнению Nе происходит из-за отключения и конвертирования одного из цилиндров бензинового двигателя для работы на паре.The engine is equipped with a steam generator, converting one of the cylinders to work on steam, increasing its compression ratio to ε = 14, increasing the coefficient of excess air from α = 0.9 to α = 1.1, suppressing the resulting detonation in the engine by supplying water to the combustible mixture, as well as its operation without a throttle valve at the outlet and an outdoor temperature of 20 ° С, its effective efficiency significantly increases up to 0.592 at ω = 1000 rpm and up to 0.506 at ω = 5000 rpm, and effective power up to 127 kW at ω = 5000 rev / min, i.e. there is an increase in η e 1.85 ÷ 1.87 times, and efficient th power 1,22 ÷ 1,23 times across the outside speed. Minimal increase in N e N e in comparison occurs due to power conversion and one cylinder gasoline engine to run on a pair.

Эти результаты получились несмотря на то, что при проведении расчетов сопротивление выпускного тракта из-за наличия парогенератора увеличивалось в 1,2 раза, а величина коэффициента использования теплоты в в.м.т. снижалась из-за увеличения коэффициента избытка воздуха с 0,9 до 1,1 в 1,14÷1,18 раза, по данным исследований традиционных и современных двигателей семейства ЗМЗ-406.10.These results were obtained despite the fact that during the calculations, the resistance of the exhaust tract due to the presence of a steam generator increased by 1.2 times, and the value of the heat utilization factor in bm decreased due to an increase in the coefficient of excess air from 0.9 to 1.1 by 1.14 ÷ 1.18 times, according to studies of traditional and modern engines of the ZMZ-406.10 family.

Благодаря добавлению воды в горючую смесь комбинированного двигателя и повышению его коэффициента избытка воздуха с α=0,9 до α=1,1 произошло значительное снижение TZ этого двигателя по всей внешней скоростной характеристике, несмотря на увеличение степени сжатия с ε=9,3 до ε=14 (кривая 2 на фиг.17). Максимальное давление сгорания выросло (кривая 2 на фиг.18) благодаря увеличению давления конца сжатия из-за повышений степени сжатия и коэффициента наполнения, несмотря на снижение TZ. Снижение максимальной температуры сгорания на единицу повышения максимального давления сгорания

Figure 00000165
по сравнению с
Figure 00000166
и TZ базового двигателя составило при ω=5000 об/мин
Figure 00000167
, ω=4000 об/мин
Figure 00000168
, а при ω=3000 об/мин
Figure 00000169
, что допустимо для бездетонационной работы двигателя. Благодаря увеличению степени сжатия и коэффициента избытка воздуха произошло у него повышение среднего индикаторного давления Рi во всем диапазоне внешней скоростной характеристики (кривая 2 на фиг.18) по отношению к Pi=f(ω) базового двигателя как при tВОЗ=20°С, так и tВОЗ=40°С (кривая 1 на фиг.18). Кривая 2 РН.Х=f(ω) комбинированного двигателя (фиг.18)) получилась почти одинаковой с кривой 1 РН.Х=f(ω) базового двигателя как при tВОЗ=20°С, так и tВОЗ=40°С (фиг.18).Due to the addition of water to the combustible mixture of the combined engine and an increase in its excess air coefficient from α = 0.9 to α = 1.1, there was a significant decrease in T Z of this engine over the entire external speed characteristic, despite an increase in the compression ratio from ε = 9.3 to ε = 14 (curve 2 in FIG. 17). The maximum combustion pressure increased (curve 2 in FIG. 18) due to an increase in compression end pressure due to increases in compression ratio and fill factor, despite a decrease in T Z. Decrease in maximum combustion temperature per unit of increase in maximum combustion pressure
Figure 00000165
compared with
Figure 00000166
and T Z of the base engine was at ω = 5000 rpm
Figure 00000167
, ω = 4000 rpm
Figure 00000168
, and at ω = 3000 rpm
Figure 00000169
, which is acceptable for detonation-free engine operation. Due to the increase in the compression ratio and the coefficient of excess air, he had an increase in the average indicator pressure P i in the entire range of the external speed characteristics (curve 2 in Fig. 18) with respect to P i = f (ω) of the base engine as at t WHO = 20 ° C and t WHO = 40 ° C (curve 1 in Fig. 18). Curve 2 P N.X = f (ω) of the combined engine (Fig. 18)) turned out to be almost the same as curve 1 P N.X = f (ω) of the base engine both at t WHO = 20 ° C and t WHO = 40 ° C (Fig. 18).

При температуре наружного воздуха tВОЗ≤20°С проблема охлаждения конденсата этим воздухом может быть решена без существенного увеличения теплопередающей поверхности, так как разность температур между ними составит не менее 40°С благодаря конденсации водяных паров при температуре более 60°С при отсутствии турбодетандера и дроссельной заслонки на выпуске. При повышении tВОЗ>20°С начинает снижаться количество передаваемой теплоты от конденсата к воздуху из-за уменьшения разности температур между ними. Для сохранения этой разности температур между этими теплоносителями приходится повышать температуру конденсации водяных паров в конденсаторе tP путем увеличения в нем давления РP, введением в конструкцию системы выпуска турбодетандера или дроссельной заслонки. При повышении tВОЗ≥40°С необходимо увеличивать tР≥80°C повышением давления РР≥2,5·105 Па. Такое повышение давления, прежде всего, сказывается на протекании процессов действительных циклов и увеличении работы насосных ходов, а следовательно, на ухудшении технико-экономических показателей комбинированного двигателя. Поэтому были произведены расчеты рабочих процессов этого двигателя при РР=2,5·105 Па и tВОЗ=40°C с дроссельной заслонкой на выпуске и с турбодетандером. На фиг.17 кривой 3 показано изменение эффективной мощности комбинированного двигателя с дроссельной заслонкой на выпуске по внешней скоростной характеристике. Эта кривая оказалась ниже кривой Ne=f(ω) базового двигателя ЗМЗ-4062 (кривая 1 фиг.17), рассчитанная при tВОЗ=40°С. На уменьшение мощности этого двигателя повлияло уменьшение коэффициента наполнения из-за увеличения коэффициента остаточных газов и повышения температуры горючей смеси в конце впуска, а также существенное возрастание работы насосных ходов (кривая 3 фиг.18). Уменьшение Ne на частоте вращения коленчатого вала 5000 об/мин произошло на 6,5 кВт по сравнению с Ne базового двигателя при tВОЗ=40°С. Это снижение мощности может быть устранено при необходимости кратковременным уменьшением РP. Несмотря на снижение эффективной мощности у комбинированного двигателя при tВОЗ=40°С и наличии дроссельной заслонки на выпуске эффективный КПД у него значительно вырос по всей внешней скоростной характеристике (кривая 3 фиг.17) относительно ηе=f(ω) базового двигателя как при tВОЗ=20°С, так и tВОЗ=40°С. При одинаковом изменении

Figure 00000170
у этого двигателя как при tВОЗ=20°С, так и tВОЗ=40°С (кривые 2 и 3 на фиг.19) кривая TZ=f(ω) при tВОЗ=40°С (на фиг.17) расположилась выше аналогичной кривой, рассчитанной при tВОЗ=20°С, кривая
Figure 00000171
, наоборот, ниже по сравнению с кривой
Figure 00000172
при tВОЗ=20°С. Такие изменения TZ и PZ связаны с уменьшением коэффициента наполнения ηV и увеличением температуры конца впуска Та при повышении температуры наружного воздуха. При этом снижение максимальной температуры сгорания на единицу повышения максимального давления сгорания составило по сравнению с
Figure 00000173
и TZ базового двигателя при ω=5000 об/мин
Figure 00000174
, ω=4000 об/мин
Figure 00000175
и ω=3000 об/мин
Figure 00000176
. Снижение температуры ΔТZ произошло на значительно большую величину, чем требуется для работы двигателя без детонации. Такие высокие
Figure 00000177
получились, в основном, из-за низких
Figure 00000178
в результате уменьшения коэффициента наполнения.At an outside air temperature t WHO ≤20 ° С, the problem of condensate cooling with this air can be solved without a significant increase in the heat transfer surface, since the temperature difference between them will be at least 40 ° С due to condensation of water vapor at a temperature of more than 60 ° С in the absence of a turbine expander and throttle on release. With increasing t WHO > 20 ° C, the amount of transferred heat from condensate to air begins to decrease due to a decrease in the temperature difference between them. To maintain this temperature difference between these coolants, it is necessary to increase the condensation temperature of water vapor in the condenser t P by increasing the pressure P P in it , introducing a turbo expander or throttle valve into the design of the exhaust system. With an increase in t WHO ≥40 ° C, it is necessary to increase t P ≥80 ° C by increasing the pressure P P ≥2.5 · 10 5 Pa. Such an increase in pressure, first of all, affects the course of the processes of the actual cycles and the increase in the operation of pumping strokes, and consequently, the deterioration of the technical and economic indicators of the combined engine. Therefore, the calculations were made of the working processes of this engine at P P = 2.5 · 10 5 Pa and t WHO = 40 ° C with a throttle valve at the outlet and with a turboexpander. On Fig. Curve 3 shows the change in the effective power of the combined engine with a throttle at the outlet according to the external high-speed characteristic. This curve turned out to be lower than the curve N e = f (ω) of the ZMZ-4062 base engine (curve 1 of Fig. 17), calculated at t WHO = 40 ° C. A decrease in the fill factor due to an increase in the coefficient of residual gases and an increase in the temperature of the combustible mixture at the end of the inlet, as well as a significant increase in the operation of the pump strokes (curve 3 of Fig. 18), affected the decrease in power of this engine. The decrease in N e at a crankshaft speed of 5000 rpm occurred by 6.5 kW compared to the N e of the base engine at t WHO = 40 ° C. This power reduction can be eliminated if necessary by a short-term decrease in P P. Despite the decrease in the effective power of the combined engine at t WHO = 40 ° C and the presence of a throttle valve at the outlet, its effective efficiency significantly increased throughout the entire external speed characteristic (curve 3 of Fig. 17) relative to η е = f (ω) of the base engine as at t WHO = 20 ° C, and t WHO = 40 ° C. With the same change
Figure 00000170
for this engine, both at t WHO = 20 ° C and t WHO = 40 ° C (curves 2 and 3 in Fig. 19), the curve T Z = f (ω) at t WHO = 40 ° C (in Fig. 17 ) is located above a similar curve calculated at t WHO = 20 ° C, the curve
Figure 00000171
conversely, lower than the curve
Figure 00000172
at t WHO = 20 ° C. Such changes in T Z and P Z are associated with a decrease in the fill factor η V and an increase in the temperature of the inlet end T a with increasing outdoor temperature. In this case, a decrease in the maximum combustion temperature per unit of increase in the maximum combustion pressure amounted to
Figure 00000173
and T Z of the base engine at ω = 5000 rpm
Figure 00000174
, ω = 4000 rpm
Figure 00000175
and ω = 3000 rpm
Figure 00000176
. The temperature ΔТ Z decreased by a significantly larger amount than is required for engine operation without detonation. So tall
Figure 00000177
turned out mainly due to low
Figure 00000178
as a result of a decrease in fill factor.

Как показали расчеты, проблема регенерации воды из продуктов сгорания при tВОЗ≥40°С, даже без существенного усложнения конструкции, решается при повышении эффективного КПД при ω=5000 об/мин в 1,55 раза, ω=4000 об/мин в 1,51 раза и ω=3000 об/мин в 1,45 раза по отношению к ηе базового двигателя.As calculations showed, the problem of water regeneration from combustion products at t WHO ≥40 ° C, even without a significant complication of the design, is solved by increasing the effective efficiency at ω = 5000 rpm by 1.55 times, ω = 4000 rpm at 1 51 times and ω = 3000 rpm 1.45 times with respect to η e of the base engine.

Применение турбодетандера вместо дроссельной заслонки для регенерации воды из продуктов сгорания при высоких температурах наружного воздуха не только уменьшает эффективную мощность комбинированного двигателя, но и увеличивает его (кривая 4 фиг.17). Увеличение эффективной мощности при ω=5000 об/мин составило 49,2 кВт или 51,1% по отношению к Ne базового двигателя при tВОЗ=40°С.The use of a turboexpander instead of a throttle valve for the regeneration of water from combustion products at high outdoor temperatures not only reduces the effective power of the combined engine, but also increases it (curve 4 of Fig. 17). The increase in effective power at ω = 5000 rpm was 49.2 kW or 51.1% with respect to the N e of the base engine at t WHO = 40 ° C.

Эффективный КПД у него тоже возрастает значительно (кривая 4 фиг.17), но получается меньше, чем у комбинированного двигателя, работающего при tВОЗ=20°С без увеличения давления в конденсаторе. Увеличение эффективного КПД по сравнению ηе базового двигателя получается при ω=5000 об/мин в 1,73 раза, а при ω=4000 об/мин и ω=3000 об/мин в 1,75 раза.Its effective efficiency also increases significantly (curve 4 of Fig. 17), but it turns out to be less than that of a combined engine operating at t WHO = 20 ° C without increasing the pressure in the condenser. An increase in effective efficiency compared to η e of the base engine is obtained at ω = 5000 rpm by 1.73 times, and at ω = 4000 rpm and ω = 3000 rpm by 1.75 times.

Максимальная температура сгорания у него с этой комплектацией в диапазоне ω=2000-5000 об/мин получается предельно низкой, около 2200 К (кривая 4 фиг.17) при подаче воды в горючую смесь

Figure 00000179
(кривая 4 фиг.19). Дальнейшее снижение TZ на этих режимах повлияет на снижение коэффициента использования теплоты в в.м.т. υZ. При ω=1000 об/мин эта температура еще больше снижается (кривая 4 на фиг.17) из-за уменьшения υZ в результате падения ω несмотря на уменьшение
Figure 00000180
до 0,55.The maximum combustion temperature with this equipment in the range ω = 2000-5000 rpm is extremely low, about 2200 K (curve 4 of Fig. 17) when water is supplied to the combustible mixture
Figure 00000179
(curve 4 of Fig. 19). A further decrease in T Z in these modes will affect a decrease in the heat utilization coefficient in bhp. υ Z. At ω = 1000 rpm, this temperature decreases even more (curve 4 in Fig. 17) due to a decrease in υ Z as a result of a drop in ω despite a decrease
Figure 00000180
up to 0.55.

Максимальное давление сгорания при наддуве двигателя турбодетандером становится предельно высокой во всем диапазоне ω, достигая при ω=4000 об/мин PZ=111,7·105 Па (фиг.18). Такое повышение PZ связано, в основном, с изменениями РK (кривая 4 на фиг.19) и коэффициента наполнения ηV в зависимости от ω.The maximum combustion pressure of the engine supercharging turbo expander becomes extremely high in the whole range ω, reaching at ω = 4000 rpm / min P Z = 111,7 · 10 5 Pa (18). This increase in P Z is mainly due to changes in P K (curve 4 in FIG. 19) and the fill factor η V as a function of ω.

Давление и температура наддувочного воздуха были определены по заданным ηT и ηK в зависимости от ω (кривая 4 на фиг.19) при постоянных РP=2,5·10-5 Па и tP=80°C.The pressure and temperature of the charge air were determined from the given η T and η K depending on ω (curve 4 in Fig. 19) at constant P P = 2.5 · 10 -5 Pa and t P = 80 ° C.

Значение понижения максимальной температуры сгорания на единицу повышения максимального давления сгорания получились в диапазоне изменения ω=2000÷5000 об/мин

Figure 00000181
гр/Па, которые расположились близко к нижней границе допустимых значений этого показателя.The value of lowering the maximum combustion temperature per unit of increase in the maximum combustion pressure was obtained in the range of change ω = 2000 ÷ 5000 rpm
Figure 00000181
g / Pa, which are located close to the lower boundary of the permissible values of this indicator.

Среднее давление насосных ходов комбинированного двигателя с турбодетандером (кривая 4 на фиг.18) получилось в 1,25÷1,3 раза ниже, чем с дроссельной заслонкой (кривая 3) благодаря наддуву двигателя. Кривая 4 среднего индикаторного давления прошла выше всех кривых 1, 2 и 3 (фиг.18), в основном, благодаря подаче воздуха в цилиндры под давлением.The average pressure of the pumping strokes of the combined engine with a turboexpander (curve 4 in Fig. 18) turned out to be 1.25–1.3 times lower than with a throttle valve (curve 3) due to engine boost. Curve 4 of the average indicator pressure passed above all curves 1, 2 and 3 (Fig. 18), mainly due to the supply of air to the cylinders under pressure.

По комбинированному двигателю с турбодетандером можно сделать следующее заключение, что он при высоких температурах наружного воздуха позволяет выделять воду из продуктов сгорания при меньшем снижении эффективного КПД, чем при применении дроссельной заслонки. При этом еще возрастает значительно его эффективная мощность во всем диапазоне внешней скоростной характеристики. При дефорсировании мощности у этого двигателя снижением частоты вращения коллекторного вала до уровня эффективной мощности комбинированного двигателя, работающего при tВОЗ=20°С (кривая 2 на фиг.17), их эффективные КПД почти сравниваются, при одинаковом Ne. При еще большем дефорсировании его мощности до уровня эффективной мощности базового двигателя, работающего при температуре наружного воздуха, равного 40°С, эффективный КПД у него на номинальном режиме может возрасти до 0,54.According to the combined engine with a turboexpander, the following conclusion can be drawn that, at high outdoor temperatures, it allows water to be released from the combustion products with a lower decrease in effective efficiency than when using a throttle valve. At the same time, its effective power still increases significantly in the entire range of external speed characteristics. When deforming the power of this engine by reducing the rotational speed of the collector shaft to the level of effective power of the combined engine operating at t WHO = 20 ° C (curve 2 in Fig. 17), their effective efficiency is almost compared, with the same N e . With even more de-stressing of its power to the level of effective power of the base engine operating at an outdoor temperature of 40 ° C, its effective efficiency in nominal mode can increase to 0.54.

Дизельные двигатели существенно отличаются от бензиновых в основном тем, что в этих двигателях происходит гетерогенное горение и самовоспламенение топлива. Они имеют более высокую степень сжатия по сравнению со степенями сжатия бензиновых двигателей, а следовательно, и более высокий КПД. Процесс сгорания у них протекает при более высоком коэффициенте избытка воздуха на номинальном режиме работы, причем с уменьшением нагрузки этот коэффициент еще больше увеличивается, что связано с качественным регулированием мощности. При высоких коэффициентах избытка воздуха получаются и более низкие температуры выпускных газов, что не позволяет получить в парогенераторе высокопотенциальный пар. Все эти признаки оказывают существенное влияние на реализацию в дизельных двигателях распыливания воды во впускном воздухе, а также получение высокопотенциального пара для совершения работы.Diesel engines differ significantly from gasoline engines mainly in that heterogeneous combustion and self-ignition of the fuel occurs in these engines. They have a higher compression ratio compared with the compression ratios of gasoline engines, and therefore, higher efficiency. The combustion process takes place with a higher coefficient of excess air in the nominal operating mode, and with a decrease in load, this coefficient increases even more, which is associated with high-quality power control. At high excess air ratios, lower exhaust gas temperatures are also obtained, which does not allow obtaining high potential steam in the steam generator. All these signs have a significant impact on the implementation in diesel engines of spraying water in the intake air, as well as obtaining high potential steam for the job.

При добавлении в них воды во впускной воздух происходит уменьшение температуры и давления конца сжатия, что приводит к увеличению периода задержки воспламенения, а следовательно, и жесткости работы двигателя. При этом надо впрыскивать столько воды в воздух и так его охлаждать в воздухоохладителе, чтобы Рс и Тс оказались приемлемыми для мягкой работы двигателя. В двигателях без наддува Рс и Тс сохраняются рециркуляцией продуктов сгорания.When water is added to the intake air, a decrease in the temperature and pressure of the end of compression occurs, which leads to an increase in the ignition delay period and, consequently, the rigidity of the engine. In this case, it is necessary to inject so much water into the air and so cool it in the air cooler so that P c and T c are acceptable for soft operation of the engine. In naturally aspirated engines, P c and T c are maintained by recirculation of the combustion products.

Низкая температура выпускных газов в этих двигателях не позволяет получить пар с высокой температурой даже на номинальном режиме работы, а на частичных нагрузках эта температура еще больше снижается, а следовательно, эффективность использования полученного пара и воды тоже уменьшается. Повышение температуры выпускных газов на номинальном режиме осуществлено за счет снижения α до 1,1, а поддержание этого α и сохранение высокой температуры продуктов сгорания на частичных нагрузках достигнуто благодаря количественному регулированию мощности. При этом надежное воспламенение топлива на этих нагрузках осуществлено рециркуляцией продуктов сгорания или уменьшением охлаждения надувочного воздуха.The low temperature of the exhaust gases in these engines does not allow steam with a high temperature to be obtained even at the nominal operating mode, and at partial loads this temperature is further reduced, and therefore, the efficiency of using the resulting steam and water is also reduced. An increase in the temperature of the exhaust gases in nominal mode was achieved by reducing α to 1.1, and maintaining this α and maintaining a high temperature of the combustion products at partial loads was achieved due to quantitative power control. In this case, reliable ignition of the fuel at these loads is carried out by recirculation of the combustion products or by reducing the cooling of the charge air.

При такой организации рабочего процесса в адиабатных дизельных двигателях тоже произойдет значительное увеличение их эффективных КПД и мощности не только из-за увеличения количества рабочего тела, совершающего работу, но и благодаря использованию высокопотенциального пара для совершения работы в конвертированном(ых) паровом(ых) или газовых цилиндрах.With such an organization of the working process in adiabatic diesel engines, there will also be a significant increase in their effective efficiency and power, not only due to an increase in the number of working fluid performing work, but also due to the use of high-potential steam to perform work in the converted steam (s) or gas cylinders.

Устройство комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания 1 (фиг.1) с теплоизолированными деталями камеры сгорания [головкой (крышками) цилиндров, поршнями и газовыми цилиндрами 2], которые соединены последовательно с котлом 3, совмещенным с теплоизолированным выпускным коллектором 4, конденсатором 5 и турбодетандером (турбиной) 6 посредством газопровода 7. Для впуска воздуха в эти цилиндры расположены последовательно компрессор 8, соединенный с турбодетандером (турбиной) 6; впускной коллектор 9, соединенный с компрессором 8 воздухопроводом 10. Для утилизации теплоты отработавших газов и масла этот двигатель, кроме котла 3, оснащен еще водораспределительным устройством горячей воды 11, поделенный перегородками 12 и 13 на верхнюю 14, среднюю 15 и нижнюю 16 части. В средней части 15 располагается водомасляный теплообменник 17. Регенерация воды из продуктов сгорания осуществляется конденсатором 5 совместно с водораспределительным устройством холодной воды 18, которые соединены водопроводом 19, с установленным на нем водяным насосом 20 и регулятором расхода 21. Для квазиизотермического сжатия воздуха компрессором 8 его охлаждение производится распыливанием холодной воды распылителем 22, соединенным с водораспределительным устройством холодной воды 18 трубопроводами 19 и 23, на последнем из которых установлен регулятор расхода этой воды 24. Конденсатор 5 соединен со средней 15 и нижней 16 частями водораспределительного устройства горячей воды 11 водопроводами 25, 26 и 27, на водопроводе 25 установлен водяной фильтр 28, а на водопроводе 27 регулятор расхода 29. Распылитель 33 конденсатора 5 подключен к водопроводу 19 через регулятор расхода 21. Котел 3 соединен с водораспределительным устройством горячей воды 11 водопроводом 30, на котором расположены питательный насос 31 и регулятор расхода 32. Электромагнитные форсунки 34 для подачи воды в цилиндры установлены в теплоизолированной(ых) головке (крышках)цилиндров 2 и подключены к котлу 3 теплоизолированными теплопроводами 35, 36 и 37. Сопловые отверстия форсунок в головке (крышках) цилиндров устанавливаются тангенциально или под острым углом к стенкам камеры сгорания для того, чтобы образующийся водяной пар на выходе из них в цилиндры завихрял горючую смесь. Для подачи топлива в двигатель 1 на патрубках впускного коллектора 9 установлены электромагнитные форсунки 38, соединенные с топливным насосом 39 через топливный фильтр 40 и регулятор расхода 41 топливопроводами 42 и 43. Теплоизолированные водораспределительные устройства горячей 11 и холодной 18 воды сообщаются между собой водопроводом 44 и содержат воздушный 45 и паровой 46 клапаны. В стационарном двигателе с целью поддержания уровня воды в водораспределительных устройствах одно из этих устройств подключено к водопроводной трубе 47, на котором установлен регулятор уровня воды 48 и запорное устройство 49. Сопловой направляющий аппарат 50 турбодетандера (турбины) 6 изменяет давление в конденсаторе 5 и давление надувочного воздуха компрессора 8. Пульт управления 51 служит для управления работой двигателя в ручном и автоматическом режимах, контролирует исправную работу двигателя и защищает его от повреждений.The device of a combined engine with a two-phase working fluid contains a reciprocating internal combustion engine 1 (Fig. 1) with heat-insulated parts of the combustion chamber [cylinder head (caps), pistons and gas cylinders 2], which are connected in series with the boiler 3, combined with a thermally insulated exhaust manifold 4 , a condenser 5 and a turboexpander (turbine) 6 by means of a gas pipeline 7. For air intake into these cylinders, a compressor 8 is arranged in series, connected to a turboexpander (turbine) 6; the intake manifold 9 is connected to the compressor 8 by an air duct 10. To recover the heat of exhaust gases and oil, this engine, in addition to boiler 3, is also equipped with a hot water distribution device 11, divided by partitions 12 and 13 into upper 14, middle 15 and lower 16 parts. In the middle part 15, a water-oil heat exchanger 17 is located. The water from the combustion products is regenerated by a condenser 5 together with a cold water distribution device 18, which are connected by a water supply 19, with a water pump 20 installed on it and a flow regulator 21. For quasi-isothermal compression of air by compressor 8, it is cooled produced by spraying cold water with a sprayer 22 connected to a cold water distribution device 18 by pipelines 19 and 23, the last of which is installed the flow regulator of this water is connected 24. The condenser 5 is connected to the middle 15 and lower 16 parts of the hot water distribution device 11 by the water pipelines 25, 26 and 27, a water filter 28 is installed on the water supply 25, and a flow regulator 29 is installed on the water supply 27. The atomizer 33 of the condenser 5 is connected to the water supply system 19 through the flow regulator 21. The boiler 3 is connected to the hot water distribution device 11 by the water supply 30, on which the feed pump 31 and the flow controller 32 are located. Electromagnetic nozzles 34 for supplying water to the cylinders are installed They are located in the heat-insulated (s) cylinder head (s) 2 and are connected to the boiler 3 with heat-insulated heat pipes 35, 36 and 37. The nozzle holes of the nozzles in the cylinder head (s) are installed tangentially or at an acute angle to the walls of the combustion chamber so that the resulting water the steam at the exit from them into the cylinders swirled the combustible mixture. To supply fuel to the engine 1, electromagnetic nozzles 38 are installed on the inlet manifold 9 nozzles 38, which are connected to the fuel pump 39 through the fuel filter 40 and the flow regulator 41 by the fuel lines 42 and 43. The heat-insulated water distribution devices of hot 11 and cold 18 water are connected to each other by a water pipe 44 and contain air 45 and steam 46 valves. In a stationary engine, in order to maintain the water level in the water distribution devices, one of these devices is connected to a water pipe 47 on which a water level regulator 48 and a shut-off device 49 are installed. The nozzle guide apparatus 50 of the turboexpander (turbine) 6 changes the pressure in the condenser 5 and the pressure of the blower air compressor 8. The control panel 51 is used to control the operation of the engine in manual and automatic modes, controls the correct operation of the engine and protects it from damage.

Для подачи пара в теплоизолированные цилиндры 2 (фиг.2) вместо форсунок использованы паровые впускные клапаны 52 с завихрителями для улучшения смесеобразования в камере сгорания. Пар подается в эти клапаны из котла 3 по теплопроводам 35, 36 и 37, что и вода. Для регулирования количества подаваемого пара на водопроводе 30 расположен регулятор расхода 32, форсунки 38 для распыливания топлива установлены на впускных патрубках впускного коллектора 9. Для подачи в них топлива проложены топливопроводы 43 и 42, на последнем из которых расположены топливный насос 39, топливный фильтр 40 и регулятор расхода 41. На этой схеме отсутствуют турбодетандер (турбина) и компрессор с целью упрощения конструкции двигателя. Для изменения давления в конденсаторе 5 служит дроссельная заслонка 53, установленная на выпускном газопроводе 54. Воздух в теплоизолированные цилиндры 2 как газового и бензинового (с принудительным воспламенением), так и дизельного (с самовоспламенением) двигателей подается по впускному коллектору 9 через дроссельную заслонку 55, установленную на воздухопроводе 56, для изменения нагрузки двигателей при постоянном коэффициенте избытка воздуха.To supply steam to the thermally insulated cylinders 2 (FIG. 2), steam inlet valves 52 with swirls were used instead of nozzles to improve mixture formation in the combustion chamber. Steam is supplied to these valves from boiler 3 via heat lines 35, 36, and 37, like water. To regulate the amount of steam supplied, a flow regulator 32 is located on the water supply pipe 30, nozzles 38 for spraying fuel are installed on the inlet pipes of the intake manifold 9. To supply fuel to them, fuel lines 43 and 42 are laid, the last of which has a fuel pump 39, a fuel filter 40 and flow regulator 41. In this diagram, there is no turbo expander (turbine) and compressor in order to simplify the design of the engine. To change the pressure in the condenser 5, a throttle valve 53 mounted on the exhaust gas line 54 is used. Air in the heat-insulated cylinders 2 of both gas and gasoline (with positive ignition) and diesel (self-igniting) engines is supplied through the intake manifold 9 through the throttle valve 55, installed on the air duct 56, to change the load of the engines at a constant coefficient of excess air.

Схема на фиг.3 отличается от предыдущих схем тем, что для превращения произведенного в котле 3 пара в работу один из нескольких теплоизолированных газовых цилиндров 2 конвертирован в паровой 57. На этой схеме котел 3 соединен с впускным паровым клапаном 58 паропроводом 59, а выпускной паровой клапан 60 этого цилиндра подключен к конденсатору 5 через обратный клапан 61 паропроводом 62. Котел 3 соединен с выпускными теплоизолированными газовыми цилиндрами 2 посредством патрубков выпускного коллектора 4, а с конденсатором 5 отводящим газопроводом 7, за которым располагается турбодетандер (турбина) 6, соединенный с компрессором 8. Этот компрессор подключен к впускному коллектору 9 воздухопроводом 10. Распылители 22 и 33 установлены для распыливания воды в воздухе и в продуктах сгорания, поступающих в компрессор 8 и в конденсатор 5 соответственно. Сопловой направляющий аппарат 50 перед турбодетандером (турбиной) 6 установлен для регулирования необходимого давления в конденсаторе 5, а следовательно, и температуры конденсата в зависимости от температуры наружного воздуха. Конденсатор 5 соединен с водораспределительным устройством горячей воды 11 водопроводами 25, 26 и 27. На водопроводе 25 установлен водяной фильтр 28, а на водопроводе 27 регулятор расхода 29. Для охлаждения конденсата в водораспределительном устройстве холодной воды 17 организован замкнутый циркуляционный контур, куда вошли водопроводы 63 и 64, водовоздушный радиатор 65 и водяной насос 66 с регулятором расхода 67. Этот радиатор охлаждается вентилятором 68. В систему подачи воды и пара включена теплоизолированная емкость 69 для слива воды из этой системы при ее замерзании, которая содержит электронагреватель 70, воздушный 71 и паровой 72 клапаны и заливную горловину с пробкой 73. Он соединен с водораспределительными устройствами горячей 11 и холодной 17 воды водопроводами 44 и 74, на последнем из которых установлено запорное устройство 75. Для заполнения системы водой установлен электронасос 76 на водопроводе 77. Теплоизолированная емкость 69 после слива воды из системы может отсоединяться и переноситься в теплое помещение. Перед подключением этой емкости к системе подачи воды и пара вода в ней может быть согрета электронагревателем 70 до температуры кипения от электросети.The diagram in FIG. 3 differs from the previous schemes in that for converting the steam produced in the boiler 3 into operation, one of several thermally insulated gas cylinders 2 is converted into steam 57. In this scheme, the boiler 3 is connected to the inlet steam valve 58 by a steam line 59, and the exhaust steam a valve 60 of this cylinder is connected to the condenser 5 through a non-return valve 61 by a steam line 62. The boiler 3 is connected to the exhaust heat-insulated gas cylinders 2 through the nozzles of the exhaust manifold 4, and to the condenser 5 by a discharge gas line 7, s which is turboexpander (turbine) 6 connected to the compressor 8. This compressor is connected to an inlet collector 9 duct 10. Nozzles 22 and 33 are mounted for spraying water in the air and in the flue gas entering the compressor to the condenser 8 and 5, respectively. A nozzle guide apparatus 50 in front of the turboexpander (turbine) 6 is installed to control the required pressure in the condenser 5, and therefore the condensate temperature, depending on the outdoor temperature. The condenser 5 is connected to the hot water distribution device 11 by the water supply lines 25, 26 and 27. A water filter 28 is installed on the water supply pipe 25, and a flow regulator 29 is installed on the water supply pipe 27. For cooling the condensate, a closed circulation circuit is organized in the cold water distribution device 17, which includes water pipes 63 and 64, a water-air radiator 65 and a water pump 66 with a flow regulator 67. This radiator is cooled by a fan 68. A heat-insulated tank 69 for draining water from this system is included in the water and steam supply system when it freezes, which contains an electric heater 70, air 71 and steam 72 valves and a filler neck with plug 73. It is connected to hot water 11 and cold 17 water distribution devices with water pipes 44 and 74, the last of which has a shut-off device 75. To fill the system An electric pump 76 is installed on the water supply 77. A heat-insulated tank 69, after draining the water from the system, can be disconnected and transferred to a warm room. Before connecting this tank to the water and steam supply system, the water in it can be heated by an electric heater 70 to the boiling temperature from the mains.

На схеме фиг.4 в отличие от схемы на фиг.1 показаны форсунки 77 во впускных патрубках коллектора 9 для распыливания холодной воды в воздухе, поступающем в газовые теплоизолированные цилиндры 2. Эти форсунки соединены трубопроводами 78, 79 и 80 с водораспределительным устройством холодной воды 17. На водопроводе 78 установлен водяной насос 20, а на водопроводе 79 - регулятор расхода воды 24. Для распыливания топлива в воздухе, поступающем в цилиндры через впускной коллектор 9, установлен карбюратор 81, который соединен с топливным насосом 39 топливопродом 82, на котором расположен топливный фильтр 40. На этой схеме отсутствуют турбодетандер (турбина) и компрессор, хотя они тоже могли быть подключены к двигателю и от этого мощность двигателя только возросла.In the diagram of Fig. 4, in contrast to the diagram in Fig. 1, nozzles 77 are shown in the inlet nozzles of the manifold 9 for spraying cold water in the air entering the gas insulated gas cylinders 2. These nozzles are connected by pipelines 78, 79 and 80 to a cold water distribution device 17 A water pump 20 is installed on the water supply 78, and a water flow regulator 24 is installed on the water supply 79. A carburetor 81 is installed to spray the fuel in the air entering the cylinders through the intake manifold 9 and is connected to the fuel pump 39 82, on which the fuel filter 40. In this diagram, no expansion turbine (turbine) and a compressor, although they could also be connected to the engine and this engine power is only increased.

На схеме фиг.5 для подачи топливоводяного раствора в воздух, поступающий в теплоизолированные цилиндры, установлен карбюратор 83, в котором происходит образование этого раствора. Для подачи топлива в этот карбюратор он подключен к топливопроводу 82, на котором установлены топливный насос 39, топливный фильтр 40 и регулятор расхода 41. Для подачи воды он подсоединен к водопроводам 78 и 79. На водопроводе 78 установлен насос 20, а на водопроводе 79 - регулятор расхода воды 24.In the diagram of Fig. 5, for supplying a fuel-water solution to the air entering the heat-insulated cylinders, a carburetor 83 is installed in which this solution is formed. To supply fuel to this carburetor, it is connected to a fuel line 82, on which a fuel pump 39, a fuel filter 40 and a flow regulator 41 are installed. For water supply, it is connected to water pipes 78 and 79. A pump 20 is installed on the water supply 78, and 79 on the water supply water flow regulator 24.

Для подготовки топливоводяной смеси двигатель оснащен смесителем 84 (фиг.6), который подключен к топливному насосу 39 через топливный фильтр 40 топливопроводом 82, на котором осуществлен монтаж регулятора расхода топлива 41. Этот смеситель подсоединен еще к водораспределительному устройству холодной воды 17 водопроводами 78 и 79, причем на водопроводе 78 установлен водяной насос 20, а на водопроводе 79 - регулятор расхода воды 24. Для подачи топливоводяной смеси в форсунки 85 бензинового (с принудительным воспламенением) двигателя, расположенных в патрубках впускного коллектора 9, они подключены к смесителю 84 трубопроводом 86, на котором установлены насос 87 для подачи этой смеси и регулятор расхода 88. Для питания этой смесью дизельного (с самовоспламенением) двигателя форсунки 89 расположены в теплоизолированной(ых) головке (крышках) цилиндров и соединены со смесителем 84 трубопроводом 90, на котором установлен насос высокого давления 91 и регулятор расхода 92 с редукционным клапаном 93. Для управления работой двигателя он оснащен пультом управления 51.To prepare the fuel-water mixture, the engine is equipped with a mixer 84 (6), which is connected to the fuel pump 39 through the fuel filter 40 with a fuel pipe 82, on which the fuel flow regulator 41 is mounted. This mixer is connected to the cold water distribution device 17 with water pipes 78 and 79 moreover, a water pump 20 is installed on the water supply 78, and a water flow regulator 24 is installed on the water supply 79. For supplying the fuel-water mixture to the nozzles 85 of the gasoline (with forced ignition) engine located in pat cuttings of the intake manifold 9, they are connected to the mixer 84 by a pipe 86, on which a pump 87 for supplying this mixture and a flow regulator 88 are installed. To supply this mixture with a diesel (self-igniting) engine, nozzles 89 are located in the insulated cylinder head (s) and are connected to the mixer 84 by a pipe 90 on which a high pressure pump 91 and a flow regulator 92 with a pressure reducing valve 93 are installed. To control the operation of the engine, it is equipped with a control panel 51.

Для двухкратной или многократной циркуляции питательной воды через котел при температуре продуктов сгорания за котлом выше 150°С создан замкнутый циркуляционный контур (фиг.7), в который входят питательный насос 31, котел 3, первый запорный клапан 94 и теплопроводы 95 и 96. При этом обратная подача воды в водораспределительное устройство горячей воды 11 исключается обратным клапаном 97, а подача пара в паровой цилиндр 57 прекращается вторым запорным клапаном 98, установленным на паропроводе 59. Отключенный паровой теплоизолированный цилиндр 57 сообщается с атмосферой через паровоздушный клапан 99 для уменьшения работы насосных ходов. Все эти клапаны 94, 98 и 99 связаны с логическим устройством 100, а логическое устройство соединено с пультом управления и датчиком температуры выпускных газов 101.For double or multiple circulation of feed water through the boiler at a temperature of combustion products behind the boiler above 150 ° C, a closed circulation circuit (Fig. 7) is created, which includes the feed pump 31, boiler 3, the first shut-off valve 94 and the heat pipes 95 and 96. When In this case, the reverse supply of water to the hot water distribution device 11 is excluded by the non-return valve 97, and the supply of steam to the steam cylinder 57 is interrupted by the second shut-off valve 98 installed on the steam line 59. The disconnected steam heat-insulated cylinder 57 is connected It is connected to the atmosphere through a steam-air valve 99 to reduce the operation of pump strokes. All these valves 94, 98 and 99 are connected to the logic device 100, and the logic device is connected to the control panel and the exhaust gas temperature sensor 101.

Для перемешивания воды в водораспределительных устройствах горячей и холодной воды они разрабатываются цилиндрической формы (фиг.8), а подача воды в них осуществляется через тангенциально расположенные трубы 102. Забирается эта вода из этих устройств через перфорированные трубы 103, расположенные вертикально по оси этих водораспределительных устройств, концы которых выходят наружу через верхние 104, нижние 105 или боковые 106 стенки.To mix the water in hot and cold water distribution devices, they are designed in a cylindrical shape (Fig. 8), and the water is supplied to them through tangentially arranged pipes 102. This water is taken from these devices through perforated pipes 103 located vertically along the axis of these distribution devices. , the ends of which go out through the upper 104, lower 105 or side 106 of the wall.

Способ работы комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом осуществляют подачей воздуха компрессором 8 (фиг.1) в теплоизолированные газовые цилиндры 2 по воздухопроводу 10 и впускному коллектору 9. Сжатие воздуха в компрессоре 8 происходит почти без повышения его температуры благодаря распыливанию холодной воды распылителем 22 во впускном патрубке этого компрессора в количестве 0,5÷0,75 от цикловой подачи топлива с такими размерами капель, при которых эффективный КПД цикла становится наибольшим, а детонация не возникает. При этом значительно снижается максимальная температура цикла, что позволяет поднять степень сжатия и еще больше увеличить это КПД. Вода в распылитель 22 направляется насосом 20 по водопроводу 19 из водораспределительного устройства холодной воды 18, при этом количество подаваемой воды регулируется регулятором расхода 24, а размер капель определяется конструкцией распылителя 22. Эти капли при сжатии в компрессоре 8 и в теплоизолированных газовых цилиндрах 2 превращаются в теплоноситель с температурой, близкой к температуре кипения к концу сжатия, при подводе теплоты переходят в рабочее тело, существенно уменьшая температуру газов и устраняя детонацию, по мере расширения образовавшееся дополнительное количество рабочего тела совершает работу, увеличивая КПД двигателя при заметном снижении максимальной температуры сгорания. Благодаря чему не только не возникает детонация, но и существенно снижается теплонапряженность как бензинового (с принудительным воспламенением), так и дизельного (с самовоспламенением) двигателей.The method of operation of the combined engine with a two-phase working fluid is carried out by supplying air to the compressor 8 (Fig. 1) in heat-insulated gas cylinders 2 through the air duct 10 and the intake manifold 9. The air is compressed in the compressor 8 almost without increasing its temperature due to atomization of cold water by the atomizer 22 in the intake the nozzle of this compressor in the amount of 0.5 ÷ 0.75 from the cyclic fuel supply with droplet sizes such that the effective efficiency of the cycle becomes greatest, and detonation does not occur. At the same time, the maximum temperature of the cycle is significantly reduced, which allows to increase the degree of compression and to further increase this efficiency. Water is sent to the atomizer 22 by the pump 20 through the water supply system 19 from the cold water distribution device 18, while the amount of water supplied is regulated by the flow regulator 24, and the size of the droplets is determined by the design of the atomizer 22. When compressed in the compressor 8 and in the heat-insulated gas cylinders 2, they turn into a heat carrier with a temperature close to the boiling point at the end of compression, when heat is supplied, pass into the working fluid, significantly reducing the temperature of the gases and eliminating detonation, as it expands would be formed an additional amount of the working fluid performs work by increasing the efficiency of the engine with a marked reduction in maximum combustion temperature. Thanks to this, not only does knocking not occur, but the heat stress of both gasoline (with forced ignition) and diesel (with self-ignition) engines is also significantly reduced.

В бензиновых (с принудительным воспламенением) двигателях нет опасности, что из-за охлаждения воздуха водой могут возникнуть пропуски в зажигании смеси потому, что температура воспламенения бензиновоздушных смесей находится значительно ниже температуры этой смеси в момент зажигания. В дизельных (с самовоспламенением) двигателях такая опасность существует в момент пуска двигателя, а после выхода на режим и разогрева двигателя, она тоже отпадает, но двигатель начинает работать жестче, чем базовый из-за увеличения периода задержки воспламенения и повышения фактора динамичности цикла. Чтобы избежать этого негативного явления, возникающего при впрыске воды во всасываемый воздух, нужно еще больше увеличить степень сжатия этого двигателя и без того высокую. Другой выход - это подавать нагретую воду в котле 3 по водопроводам 35, 36 и 37 в форсунки 34, расположенные в тепло изолированно и головке (крышках) цилиндров в начале расширения, при этом давление впрыска превышает максимальное давление сгорания, а температура воды равняется температуре насыщенного пара при этом давлении и причем количество подаваемой воды регулируется регулятором расхода 32 по максимальному эффективному КПД дизеля. При такой подаче воды в форсунки происходит не только повышение этого КПД, но еще снижается максимальная температура сгорания, что позволяет существенно снизить теплонапряженность этого двигателя.In gasoline (forced ignition) engines, there is no danger that due to air cooling with water, misfire may occur in the mixture because the ignition temperature of gasoline-air mixtures is significantly lower than the temperature of this mixture at the time of ignition. In diesel (self-igniting) engines, such a danger exists at the time of starting the engine, and after entering the mode and warming up the engine, it also disappears, but the engine starts working harder than the base one due to an increase in the ignition delay period and an increase in the dynamic factor of the cycle. To avoid this negative phenomenon that occurs when water is injected into the intake air, it is necessary to further increase the compression ratio of this engine, which is already high. Another way is to supply heated water in the boiler 3 through the plumbing 35, 36 and 37 to the nozzles 34 located in the heat insulated and to the cylinder head (caps) at the beginning of the expansion, while the injection pressure exceeds the maximum combustion pressure and the water temperature equals the saturated temperature steam at this pressure and the amount of water supplied is regulated by a flow regulator 32 according to the maximum effective diesel efficiency. With such a supply of water to the nozzles, not only does this efficiency increase, but the maximum combustion temperature also decreases, which can significantly reduce the thermal stress of this engine.

Продукты сгорания из теплоизолированных газовых цилиндров 2 при открытии выпускных клапанов направляются в котел 3, совмещенный с теплоизолированным выпускным коллектором, где греют воду или генерируют пар. Затем продукты сгорания по газопроводу 7 поступают в конденсатор 5 для охлаждения до температуры конденсации водяных паров, которая зависит от давления в этом конденсаторе. Это давление регулируется изменением проходного сечения соплового направляющего аппарата турбодетандера (турбины) 50 для того, чтобы образовавшийся конденсат при этом давлении можно было охладить в водораспределительном устройстве холодной воды 17 благодаря его циркуляции через водовоздушный радиатор 65 (фиг.3) водяным насосом 66 и под действием вентилятора 68.The combustion products from the heat-insulated gas cylinders 2 when opening the exhaust valves are sent to the boiler 3, combined with a heat-insulated exhaust manifold, where they heat water or generate steam. Then, the combustion products through the gas pipeline 7 enter the condenser 5 for cooling to the temperature of condensation of water vapor, which depends on the pressure in this condenser. This pressure is controlled by changing the flow area of the nozzle guide apparatus of the turbo expander (turbine) 50 so that the condensate formed at this pressure can be cooled in the cold water distribution device 17 due to its circulation through the air-water radiator 65 (Fig. 3) by the water pump 66 and under the action fan 68.

Температура выпускных газов, поступающих из теплоизолированного выпускного коллектора в конденсатор, зависит от протекания рабочего процесса двигателя и в первую очередь от его коэффициента избытка воздуха в цилиндрах, количества теплоносителя, проходящего через котел, его температуры и давления, диаметра трубок и их теплопередающих поверхностей, а также скорости движения газов относительно тепловоспринимающих поверхностей котла. Задача сводится к тому, чтобы температура этих газов не превышала 150°С, а энтальпия образующегося пара или воды была наибольшей. Температура уходящих газов из этого коллектора измеряется термометром, а величина энтальпии определяется по измеренным давлению, температуре и расходу теплоносителя и рассчитывается по таблицам или эмпирическим формулам. При неизменных конструктивных размерах котла величина максимальной энтальпии теплоносителя регулируется регулятором расхода 32 (фиг.1) и изменением давления питательного насоса 31 с помощью его редукционного клапана. Чем меньше будет температура выпускных газов из котла, тем будут меньше потери теплоты с выпускными газами, а следовательно, размеры устройств, участвующих в конденсации водяных паров, а также охлаждении воды воздухом. Расчеты показали, что для транспортного двигателя эта температура не должна превышать 150°С, так как в этом случае удается сохранить конструкцию и размеры водовоздушного радиатора базового двигателя.The temperature of the exhaust gases coming from the heat-insulated exhaust manifold to the condenser depends on the engine working process and, first of all, on its coefficient of excess air in the cylinders, the amount of coolant passing through the boiler, its temperature and pressure, the diameter of the tubes and their heat transfer surfaces, and also the gas velocity relative to the heat-absorbing surfaces of the boiler. The task is to ensure that the temperature of these gases does not exceed 150 ° C, and the enthalpy of the generated steam or water is greatest. The temperature of the flue gases from this collector is measured by a thermometer, and the enthalpy is determined by the measured pressure, temperature and flow rate of the coolant and is calculated according to tables or empirical formulas. With the constant structural dimensions of the boiler, the maximum enthalpy of the coolant is regulated by the flow regulator 32 (Fig. 1) and by changing the pressure of the feed pump 31 using its pressure reducing valve. The lower the temperature of the exhaust gases from the boiler, the smaller the loss of heat with the exhaust gases, and therefore the size of the devices involved in the condensation of water vapor, as well as the cooling of water by air. Calculations showed that for a transport engine this temperature should not exceed 150 ° C, since in this case it is possible to preserve the design and dimensions of the air-water radiator of the base engine.

В бензиновых (с принудительным воспламенением) и в дизельных (с самовоспламенением) двигателях необходимо сохранить на всех режимах работы такой низкий коэффициент избытка воздуха, чтобы иметь наиболее высокую температуру выпускных газов с целью получения высокопотенциального теплоносителя воды или пара. Для бензиновых (с принудительным воспламенением) этот коэффициент избытка воздуха должен быть α≅1,0÷1,2, а в дизельных (с самовоспламенением) α≥1,1. При других значениях α<1 и α>1,2 в бензиновых (с принудительным воспламенением) двигателях уменьшается коэффициент активного тепловыделения, а в дизельных (с самовоспламенением) при α<1,1 уменьшаться температура выпускных газов и затрачивается дополнительная работа на подачу воздуха в цилиндры. Коэффициент избытка воздуха в цилиндрах определяется на стадии создания опытного или промышленного образца путем измерения количества кислорода в продуктах сгорания, а также регулируется количеством подаваемого топлива в цилиндры регулятором расхода топлива 41.In gasoline (with forced ignition) and diesel (self-ignition) engines, it is necessary to maintain such a low coefficient of excess air in all operating modes in order to have the highest temperature of the exhaust gases in order to obtain a high-potential coolant for water or steam. For gasoline (with forced ignition), this coefficient of excess air should be α≅1.0 ÷ 1.2, and in diesel (with self-ignition) α≥1.1. For other values of α <1 and α> 1.2 in gasoline (with forced ignition) engines, the coefficient of active heat generation decreases, and in diesel (with self-ignition) at α <1.1, the temperature of the exhaust gases decreases and additional work is spent on supplying air to cylinders. The coefficient of excess air in the cylinders is determined at the stage of creating a prototype or industrial sample by measuring the amount of oxygen in the combustion products, and is also regulated by the amount of fuel supplied to the cylinders by the fuel consumption regulator 41.

В традиционных дизельных (с принудительным воспламенением) (с самовоспламенением) двигателях при переходе на частичные нагрузки быстро увеличивается коэффициент избытка воздуха из-за качественного регулирования его мощности, что приводит к значительному снижению температуры выпускных газов и существенному уменьшению как температуры воды в котле, так и пара, если он будет производиться. Для того чтобы эта система работала эффективно в дизельном (с самовоспламенением) двигателе и на частичных нагрузках, необходимо внедрить количественное регулирование мощности такое, как в бензиновом (с принудительным воспламенением) двигателе. Дроссельная заслонка 55 (фиг.2) при переходе на частичные нагрузки уменьшает количество поступающего воздуха в теплоизолированные цилиндры 2, а регулятор расхода топлива 41 совместно с форсунками 38 снижают количество поступающего топлива в теплоизолированные цилиндры 2, а коэффициент избытка воздуха больше 1,1 регулируется этими устройствами совместно в зависимости от качества сгорания топлива, по отсутствию содержания сажи в продуктах сгорания.In traditional diesel (with forced ignition) (self-ignition) engines, when switching to partial loads, the coefficient of excess air rapidly increases due to the quality control of its power, which leads to a significant decrease in the temperature of exhaust gases and a significant decrease in both the temperature of the water in the boiler and steam if it will be produced. In order for this system to work efficiently in a diesel (self-igniting) engine and at partial loads, it is necessary to introduce a quantitative power control such as in a gasoline (forced ignition) engine. The throttle valve 55 (figure 2) when switching to partial loads reduces the amount of incoming air into the insulated cylinders 2, and the fuel flow regulator 41 together with the nozzles 38 reduce the amount of incoming fuel into the insulated cylinders 2, and the excess air ratio of more than 1.1 is regulated by these devices together depending on the quality of fuel combustion, by the absence of soot content in the combustion products.

Конструкцию комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом можно упростить, если турбодетандер (турбину) заменить дроссельной заслонкой 53 (фиг.2), а компрессор исключить из конструкции. Воздух в цилиндры 2 подавать всасыванием через впускной коллектор 9. При этом давление в конденсаторе 5 можно будет регулировать изменением положения дроссельной заслонки 53 что приведет к заметному увеличению работы насосных ходов и понижению эффективного КПД в зависимости от степени прикрытия этой заслонки.The design of a combined engine with a two-phase working fluid can be simplified if the turboexpander (turbine) is replaced by a throttle valve 53 (Fig. 2), and the compressor is excluded from the design. Air is supplied to the cylinders 2 by suction through the intake manifold 9. At the same time, the pressure in the condenser 5 can be controlled by changing the position of the throttle valve 53, which will lead to a noticeable increase in the operation of pump strokes and a decrease in the effective efficiency depending on the degree of covering of this valve.

Подача пара в теплоизолированные цилиндры 2 производится через впускные паровые клапаны 52 (фиг.2) по паропроводам 35, 36 и 37 из котла 3. При этом давление пара в паропроводах обеспечивается питательным насосом 31, а количество подаваемого пара регулируется по максимальному эффективному КПД двигателя и поддерживается регулятором расхода 32.Steam is supplied to heat-insulated cylinders 2 through inlet steam valves 52 (Fig. 2) through steam lines 35, 36 and 37 from boiler 3. In this case, the steam pressure in the steam lines is provided by the feed pump 31, and the amount of steam supplied is regulated by the maximum effective engine efficiency and supported by flow control 32.

Цилиндр традиционного поршневого двигателя с теплоизолированными головкой (крышками) цилиндров и газовыми цилиндрами конвертируется в паровой теплоизолированный цилиндр 57 (фиг.3) с впускными 58 и выпускными 60 паровыми клапанами. Пар подают в паровой цилиндр 57 через впускной паровой клапан 58 при его открытии в верхней (внутренней) мертвой точке, а закрывают его в момент допустимого снижения давления пара в котле, при котором эффективный КПД двигателя начинает снижаться. Открывают паровой выпускной клапан тогда, когда давление пара в паровом цилиндре еще превышает давление в конденсаторе, и пар начинает поступать по паропроводу 62 через обратный клапан 61 в конденсатор 5. Обратный клапан 61 предотвращает попадание газов из конденсатора 5 обратно в паровой цилиндр 57 при выпуске газов из других цилиндров.The cylinder of a traditional piston engine with heat-insulated cylinder head (s) and gas cylinders is converted into a steam heat-insulated cylinder 57 (Fig. 3) with inlet 58 and outlet 60 steam valves. Steam is supplied to the steam cylinder 57 through the inlet steam valve 58 when it is opened at the top (inner) dead center, and it is closed at the moment of permissible reduction of the vapor pressure in the boiler, at which the effective engine efficiency begins to decrease. The steam exhaust valve is opened when the steam pressure in the steam cylinder still exceeds the pressure in the condenser, and steam begins to flow through the steam line 62 through the non-return valve 61 to the condenser 5. The non-return valve 61 prevents gases from the condenser 5 from flowing back into the steam cylinder 57 when gases are released from other cylinders.

Наиболее простой способ регулирования количества подаваемой питательной воды в котел 3 регулятором 32 - по требуемым температуре и давлению пара в котле или температуре выпускных газов за котлом, поступающих в конденсатор 5.The easiest way to control the amount of feed water to the boiler 3 by the controller 32 is according to the required temperature and steam pressure in the boiler or the temperature of the exhaust gases behind the boiler, entering the condenser 5.

При работе комбинированного двигателя требуемый уровень воды 12 в водораспределительных устройствах горячей 11 и холодной 17 воды при работе на различных режимах работы поддерживается постоянным. Если этот уровень начинает уменьшается, то направляющим сопловым аппаратом 50 в турбодетандере (турбине) 5 увеличивают давление в конденсаторе 5 при неизменной температуре парогазовой смеси и тем самым увеличивают количество образующегося конденсата. Если уровень воды в этих водораспределительных устройствах начинает повышаться, то давление в конденсаторе уменьшают, чтобы не увеличивать насосные потери и не снижать эффективный КПД двигателя. В стационарных двигателях проходное сечение турбины (турбодетандера) не изменяют для того, чтобы не уменьшать эффективный КПД двигателя, а при уменьшении количества воды в пароводяной системе ее пополняют из водопровода автоматически с помощью регулятора расхода 48 (фиг.1).When the combined engine is operating, the required water level 12 in the water distribution devices of hot 11 and cold 17 water during operation at various operating modes is kept constant. If this level begins to decrease, then the guide nozzle device 50 in the turboexpander (turbine) 5 increases the pressure in the condenser 5 at a constant temperature of the gas-vapor mixture and thereby increase the amount of condensate formed. If the water level in these water distribution devices begins to rise, then the pressure in the condenser is reduced so as not to increase pump losses and not to reduce the effective engine efficiency. In stationary engines, the flow area of the turbine (turboexpander) is not changed in order not to reduce the effective efficiency of the engine, and when the amount of water in the steam-water system decreases, it is automatically replenished from the water supply using the flow regulator 48 (Fig. 1).

Для охлаждения продуктов сгорания, поступающих в конденсатор 5 (фиг.3), требуется холодная вода. Поэтому образующийся конденсат охлаждается в водораспределительном устройстве холодной воды 17 путем ее циркуляции насосом 66 через водовоздушный радиатор 65, по водопроводам 63 и 64, на последнем из которых расположен регулятор расхода 67. Вентилятор 68 регулирует количество передаваемой теплоты наружному воздуху в зависимости от режима работы двигателя и температуры наружного воздуха. Регулятор расхода 67 и вентилятор 68 совместно обеспечивают такой коэффициент теплопередачи, при котором температура холодной воды оказывается достаточной для охлаждения продуктов сгорания в конденсаторе до температуры конденсации водяных паров, при которой не происходит убыль воды в пароводяной системе. При более низких температурах наружного воздуха потребляемые мощности насоса и вентилятора заметно снижаются, а эффективный КПД двигателя увеличивается.To cool the combustion products entering the condenser 5 (figure 3), cold water is required. Therefore, the condensate formed is cooled in the cold water distribution device 17 by circulating it by a pump 66 through a water-air radiator 65, through water pipes 63 and 64, the last of which has a flow regulator 67. Fan 68 controls the amount of heat transferred to the outside air depending on the engine operating mode and outdoor temperature. The flow regulator 67 and fan 68 together provide a heat transfer coefficient at which the temperature of the cold water is sufficient to cool the combustion products in the condenser to the condensation temperature of water vapor, at which there is no loss of water in the steam-water system. At lower outdoor temperatures, the power consumption of the pump and fan is noticeably reduced, and the effective motor efficiency is increased.

При остановке двигателя и низкой температуре наружного воздуха возникает опасность замерзания воды в пароводяной системе. При снижении температуры воды близкой к температуре замерзания поступает сигнал с датчика температуры на пульт управления и двигатель запускается на прогрев вручную или автоматически. Другой вариант защиты пароводяной системы от замерзания - это слив воды из нее вручную или автоматически по команде с пульта управления 51 (фиг.3) в теплоизолированную емкость 69. Для этого открываются воздушные клапаны 45 в водораспределительных устройствах 11 и 17 и паровой клапан 72 в этой емкости, а также запорный клапан 75 с пульта управления. После слива воды теплоизолированная емкость 69 отсоединяется от двигателя и переносится в теплое помещение. В этом помещении вода в ней подогревается перед пуском электронагревателем 70 до температуры кипения. Затем она подключается к двигателю и система заправляется электронасосом 76 с пульта управления при закрытом запорном клапане 75, а этот насос отключается. При этом исключается не только замерзание пароводяной системы, но еще и прогревается холодный двигатель перед пуском, что увеличивает пробег транспортного средства более чем на 100 км по сравнению с пуском холодного двигателя.When the engine stops and the outside temperature is low, there is a danger of freezing of water in the steam-water system. When the water temperature drops close to the freezing temperature, a signal is sent from the temperature sensor to the control panel and the engine starts to warm up manually or automatically. Another option to protect the steam-water system from freezing is to drain the water from it manually or automatically by command from the control panel 51 (Fig. 3) into a heat-insulated container 69. For this, air valves 45 in the water distribution devices 11 and 17 and the steam valve 72 in this tanks, and also the shutoff valve 75 from the control panel. After draining the water, the insulated container 69 is disconnected from the engine and transferred to a warm room. In this room, the water in it is heated before starting the electric heater 70 to a boiling point. Then it is connected to the engine and the system is charged with electric pump 76 from the control panel with shut-off valve 75 closed, and this pump is turned off. This excludes not only the freezing of the steam-water system, but also the cold engine warms up before starting, which increases the vehicle mileage by more than 100 km compared to starting a cold engine.

Как в бензиновых (с принудительным воспламенением), так и в дизельных (с самовоспламенением) двигателях кратковременное увеличение мощности осуществляется увеличением количества горючей смеси или воздуха, поступающих в цилиндры. В этих двигателях такое увеличение мощности достигается при неизменном коэффициенте избытка воздуха α в бензиновых (с принудительным воспламенением) двигателях α≥1,0, а в дизельных (с самовоспламенением) α>1,1 путем резкого увеличения давления надувочного воздуха компрессором 8 (фиг.1) благодаря увеличению давления газов перед турбодетандером (турбиной) в результате уменьшения проходного сечения соплового направляющего аппарата 50. При этом количество вредных выбросов в продуктах сгорания не увеличивается, эффективный КПД возрастает благодаря увеличению механического КПД, а полное сгорание топлива сохраняется.Both in gasoline (with forced ignition) and diesel (with self-ignition) engines, a short-term increase in power is carried out by increasing the amount of combustible mixture or air entering the cylinders. In these engines, such an increase in power is achieved with a constant coefficient of excess air α in gasoline (with positive ignition) engines α≥1.0, and in diesel (with self-ignition) α> 1.1 by a sharp increase in the pressure of the charge air by compressor 8 (Fig. 1) due to the increase in gas pressure in front of the turboexpander (turbine) as a result of a decrease in the orifice of the nozzle guide apparatus 50. The amount of harmful emissions in the combustion products does not increase, the effective efficiency increases While increasing mechanical efficiency, and complete combustion of fuel is maintained.

Подача топлива и воды в цилиндры с электронной системой управления подачей топлива усложняет конструкцию двигателя. Поэтому целесообразно топливо во впускном воздухе распиливать карбюратором 81 (фиг.4), а воду распиливать в воздухе во впускных патрубках форсунками 77 и подавать ее насосом 20 по водопроводам 78, 79 и 80, при этом количество подаваемой воды форсунками 77 регулировать регулятором расхода 24. Конструкции распыливателей этих форсунок обеспечивают такое распыливание воды в воздухе, при котором образующиеся капли во время сжатия становятся теплоносителями и к концу сжатия нагреваются до температуры кипения, при подводе теплоты они превращаются в рабочее тело, а в период расширения возросшее количество рабочего тела совершает дополнительную работу. При этом температура газов, по проведенным авторами исследованиям, существенно снижается несмотря на протекание рабочего процесса в теплоизолированном пространстве камеры сгорания, что позволяет поднять степень сжатия двигателя и тем самым увеличить еще больше его эффективный КПД. Если распыливать воду форсунками 77 в каждом впускном патрубке, то регулированием количества подаваемой воды можно подавлять детонацию. Проведенные авторами исследования показали, что изменение оптимального количества подаваемой воды оказывает слабое влияние на уменьшение эффективного КПД двигателя, но зато значительно может уменьшать требования к октановому числу топлива. В результате чего вместо традиционной системы изменения угла опережения зажигания для подавления детонации используется система впрыска воды форсунками во впускные патрубки или теплоизолированные газовые цилиндры 2, что повышает топливную экономичность двигателя на эксплуатационных режимах.The supply of fuel and water to the cylinders with an electronic fuel management system complicates the design of the engine. Therefore, it is advisable to saw the fuel in the intake air with a carburetor 81 (Fig. 4), and saw the water in the air in the intake pipes with the nozzles 77 and pump it through the water pipes 78, 79 and 80, while the amount of water supplied by the nozzles 77 is regulated by the flow regulator 24. The design of the nozzles of these nozzles provides such a spraying of water in the air, in which the droplets formed during compression become heat carriers and by the end of the compression are heated to boiling point, when heat is supplied, they turn into e rs body and during the expansion of the increased amount of the working fluid performs extra work. In this case, the gas temperature, according to the studies conducted by the authors, significantly decreases despite the flow of the working process in the insulated space of the combustion chamber, which allows to increase the compression ratio of the engine and thereby increase its effective efficiency even more. If water is sprayed with nozzles 77 in each inlet, then knocking can be suppressed by controlling the amount of water supplied. The studies conducted by the authors showed that changing the optimal amount of water supplied has a weak effect on reducing the effective efficiency of the engine, but can significantly reduce the requirements for the octane number of fuel. As a result, instead of the traditional system of changing the ignition timing, to suppress detonation, a water injection system is used by nozzles in the inlet pipes or heat-insulated gas cylinders 2, which increases the fuel economy of the engine in operating conditions.

Конструкцию двигателя можно упростить, если подавать совместно топливо и воду, предварительно перемешав их. Для перемешивания этих двух жидкостей может быть использован карбюратор базового двигателя или изготовлен специальный смеситель. На фиг.5 топливо подается по топливопроводу 82 топливным насосом 39 через топливный фильтр 40 в карбюратор 83. Количество подаваемого топлива регулируется регулятором расхода 41. Вода в карбюратор 83 качается насосом 20 по водопроводам 78 и 79. Количество подаваемой воды регулируется регулятором расхода 24 и составляет 0,5÷0,75 от цикловой подачи топлива. Для устранения детонации двигателя регулированием количества распыливаемой воды цикловая подача воды на некоторых режимах в зависимости от условий окружающей среды может увеличиться до 1,25 от цикловой подачи топлива, при этом коэффициенты использования теплоты в в.м.т. υz и в конце расширения υb не уменьшаются. Качество распыливания (средний размер капель) определяется экспериментально на опытном или промышленном образце по наиболее высокому эффективному КПД при изменении диаметров диффузора и распылителя карбюратора. Перемешивание воды и топлива в поплавковой камере осуществляется любым из известных способов.The design of the engine can be simplified by supplying fuel and water together, after mixing them. To mix these two liquids, the carburetor of the base engine can be used or a special mixer can be made. In Fig. 5, fuel is supplied through the fuel line 82 by the fuel pump 39 through the fuel filter 40 to the carburetor 83. The amount of fuel supplied is regulated by the flow regulator 41. Water to the carburetor 83 is pumped by the pump 20 through the water pipes 78 and 79. The amount of water supplied is regulated by the flow regulator 24 and is 0.5 ÷ 0.75 of the cyclic fuel supply. To eliminate detonation of the engine by adjusting the amount of sprayed water, the cyclic water supply in some modes, depending on environmental conditions, can increase to 1.25 from the cyclic fuel supply, while the heat utilization factors in bm υ z and at the end of the expansion υ b do not decrease. Spray quality (average droplet size) is determined experimentally on a pilot or industrial sample by the highest effective efficiency when changing the diameters of the diffuser and carburetor atomizer. Mixing water and fuel in the float chamber is carried out by any of the known methods.

На схеме (фиг.6) перемешивание топлива и воды производится в цилиндрическом смесителе 84 путем тангенциального подвода топлива по топливопроводу 82 насосом 39 через топливный фильтр 40. Количество подаваемого топлива регулируется регулятором расхода 41. Вода подводится в этот смеситель тоже тангенциально по водопроводам 78 и 79 насосом 20. Количество подаваемой воды регулируется регулятором 24 и составляет 0,5÷0,75 от цикловой подачи топлива на обычных режимах работы, а при устранении детонации она может достигнуть 1,25 от цикловой подачи топлива. Из смесителя 84 топливоводяная смесь подается насосом 87 по трубопроводу 86 в форсунки 85, расположенные на впускных патрубках коллектора 9 бензинового (с принудительным воспламенением) двигателя. В дизельном (с самовоспламенением) двигателе эта смесь подается в форсунки 89, расположенные в теплоизолированной(ых) головке (крышках) цилиндра по трубопроводу 90 насосом 92. При этом количество подаваемой смеси регулируется форсунками 85 и регулятором расхода 88 в бензиновом (с принудительным воспламенением) двигателе, а в дизельном (с самовоспламенением) двигателе форсунками 89 и регулятором расхода 92.In the diagram (Fig. 6), the mixing of fuel and water is carried out in a cylindrical mixer 84 by tangential supply of fuel through the fuel pipe 82 by pump 39 through the fuel filter 40. The amount of fuel supplied is regulated by the flow regulator 41. Water is supplied to this mixer also tangentially through the water pipes 78 and 79 pump 20. The amount of water supplied is regulated by the regulator 24 and is 0.5 ÷ 0.75 of the cyclic fuel supply in normal operation modes, and when eliminating detonation, it can reach 1.25 of the cyclic fuel supply. From the mixer 84, the fuel-water mixture is supplied by the pump 87 through the pipeline 86 to the nozzles 85 located on the inlet pipes of the manifold 9 of the gasoline (forced ignition) engine. In a diesel (self-igniting) engine, this mixture is fed to nozzles 89 located in the heat-insulated cylinder head (s) through pipe 90 by pump 92. The amount of the supplied mixture is regulated by nozzles 85 and a flow regulator 88 in gasoline (with forced ignition) engine, and in a diesel (self-igniting) engine, nozzles 89 and a flow regulator 92.

При снижении температуры выпускных газов за котлом ниже 150°С, когда энтальпия пара сильно снижается, включается циркуляционный контур воды и пара через котел 3 (фиг.7) под действием насоса 31 по трубопроводам 95 и 96. В этот момент поступает сигнал с датчика температуры на пульт управления, а оттуда на логическое устройство 100, которое подает команду на открытие первого запорного клапана 94 и закрытие второго запорного клапана 98. При этом обратный клапан 97 и второй запорный клапан 98 закрываются. Прекращается подача пара в паровой теплоизолированный цилиндр 57, а пар начинает циркулировать через котел и открытый первый запорный клапан 94 по трубопроводам 95 и 96 до тех пор, пока температура выпускных газов не поднимется выше 150°С. В этот период открытый паровоздушный клапан 99 по команде с логического устройства 100 сообщает паровой теплоизолированный цилиндр 57 с атмосферой и тем самым уменьшает работу насосных ходов парового цилиндра до нуля. После прогрева пара до необходимой температуры и повышении температуры выпускных газов за парогенератором выше 150°С сразу закрываются паровоздушный клапан 99 и первый запорный клапан 94, открываются обратный клапан 97 и второй запорный клапан 98. Высокопотенциальный пар из котла 3 начинает поступать по паропроводу 59 в паровой теплоизолированный цилиндр 57 и производить там работу.When the temperature of the exhaust gases behind the boiler drops below 150 ° C, when the enthalpy of steam is greatly reduced, the water and steam circuits are turned on through the boiler 3 (Fig. 7) under the action of the pump 31 through pipelines 95 and 96. At this point, a signal is received from the temperature sensor to the control panel, and from there to the logic device 100, which instructs to open the first shutoff valve 94 and close the second shutoff valve 98. In this case, the check valve 97 and the second shutoff valve 98 are closed. The supply of steam to the thermally insulated steam cylinder 57 ceases, and the steam begins to circulate through the boiler and the first open shut-off valve 94 through lines 95 and 96 until the temperature of the exhaust gases rises above 150 ° C. During this period, the open steam-air valve 99, upon command from the logic device 100, informs the steam insulated cylinder 57 with the atmosphere and thereby reduces the operation of the pumping strokes of the steam cylinder to zero. After warming up the steam to the required temperature and increasing the temperature of the exhaust gases behind the steam generator above 150 ° C, the steam valve 99 and the first shut-off valve 94 immediately close, the check valve 97 and the second shut-off valve 98 open. High-potential steam from boiler 3 starts to flow through the steam line 59 to the steam heat-insulated cylinder 57 and produce work there.

Для перемешивания теплоносителей с различной температурой в применяемых устройствах цилиндрической формы комбинированного двигателя, а также повышения коэффициента теплопередачи от масла воде через стенки водомасляного теплообменника в водораспределительном устройстве горячей воды произведены тангенциальные подводы теплоносителей по трубам 102 к этим устройствам (фиг.8), а чтобы забирать перемешанный теплоноситель из этих устройств, его необходимо отводить по перфорированным цилиндрическим трубопроводам 103, расположенным в центре этого устройства. Конец этого трубопровода можно выводить через нижнюю 105, верхнюю 104 или боковые 106 стенки этих емкостей.To mix heat carriers with different temperatures in the used cylindrical devices of the combined engine, as well as to increase the heat transfer coefficient from oil to water through the walls of the oil-water heat exchanger in the water distribution device for hot water, tangential coolants were supplied through pipes 102 to these devices (Fig. 8), and to pick up mixed coolant from these devices, it must be removed through perforated cylindrical pipelines 103 located in the center of this device. The end of this pipeline can be led out through the bottom 105, top 104 or side 106 of the walls of these tanks.

Конструкция и способ увеличения срабатываемого теплоперепада на рабочем колесе турбодетандера изложены в 1 и 2 (см. ниже).The design and method of increasing the triggered heat drop on the impeller of the turboexpander are described in 1 and 2 (see below).

Возникающая детонация подавляется аналогично как в выпускаемых транспортных бензиновых двигателях ОАО «ЗМЗ» (см. 3 на стр.69), только здесь производится изменение количества добавляемой воды в воздух вместо изменения угла опережения зажигания.The resulting detonation is suppressed in the same way as in the manufactured transport gasoline engines of OJSC “ZMZ” (see 3 on page 69), only here is the change in the amount of added water in the air instead of changing the ignition timing.

Подача воды в котел реализуется так же, как подача топлива в дизельных двигателях и воды в теплогенерирующих установках (см. 4 и 5 на стр.69).The water supply to the boiler is implemented in the same way as the fuel supply in diesel engines and water in heat generating units (see 4 and 5 on page 69).

Количество подаваемого пара в газовые цилиндры определяется при проведении экспериментов на промышленном или опытном образце с различными степенями сжатия и количествами подаваемого пара. Рациональные или наивыгоднейшие их значения на различных режимах работы определяют по отсутствию детонации и наибольшему эффективному КПД, который сравнивается с эффективным КПД базового двигателя.The amount of steam supplied to the gas cylinders is determined by conducting experiments on an industrial or experimental sample with various degrees of compression and quantities of steam supplied. Their rational or most advantageous values at various operating modes are determined by the absence of detonation and the highest effective efficiency, which is compared with the effective efficiency of the base engine.

Конструкции запорнорегулирующих устройств для спуска воды из двухфазной системы подачи воды и пара могут быть спроектированы аналогичными как в 3 и 5 (см. на стр.69), где они применяются для слива топлива, масла, охлаждающей жидкости, теплоносителя, конденсата и т.д. в поршневых двигателях и теплоэнергетических установках.The designs of shut-off devices for draining water from a two-phase water and steam supply system can be designed similar to those in 3 and 5 (see page 69), where they are used to drain fuel, oil, coolant, coolant, condensate, etc. . in piston engines and thermal power plants.

Размеры распылителей форсунок и насоса при вычисленном среднем диаметре капель по формуле 38 и известной подаче насоса определяются аналогично как при создании системы топливоподачи для нового дизельного двигателя (см. ниже 4).The sizes of nozzles and pump nozzles with the calculated average droplet diameter according to formula 38 and the known pump flow are determined in the same way as when creating a fuel supply system for a new diesel engine (see below 4).

Размеры распылителя карбюратора и его диффузора при рассчитанном среднем диаметре капель по формуле 38 определяются аналогично как при создании карбюратора для бензинового двигателя (см. ниже 6).The dimensions of the carburetor atomizer and its diffuser with the calculated average droplet diameter according to formula 38 are determined in the same way as when creating a carburetor for a gasoline engine (see below 6).

Размеры распылителей форсунок рассчитываются по среднему диаметру капель, определенному по формуле 38, а размеры насоса по известному количеству подаваемой воды или смеси воды и топлива (см. ниже 4).The sizes of nozzle nozzles are calculated by the average droplet diameter determined by formula 38, and the dimensions of the pump by the known amount of water supplied or a mixture of water and fuel (see below 4).

1. Степанец А.А. Энергосберегающие турбодетандерные установки. Недра, 1999.1. Stepanets A.A. Energy-saving turboexpander units. Nedra, 1999.

2. Давыдов А.Б., Кабулашвили А.Ш., Шерстюк А.Н. Расчет и конструирование турбодетандеров. - М.: Машиностроение, 1987.2. Davydov A.B., Kabulashvili A.Sh., Sherstyuk A.N. Calculation and design of turbo expanders. - M.: Mechanical Engineering, 1987.

3. Двигатели ЗМЗ-406 автомобилей ГАЗ и УАЗ. Конструктивные особенности. Диагностика. Техническое обслуживание. Ремонт / Гирявец А.К., Голубев П.А., Кузнецов Ю.М. и др. - Нижний Новгрод: НГУ им. Лобачевского, 2000.3. Engines ZMZ-406 GAZ and UAZ vehicles. Design features. Diagnostics. Maintenance. Repair / Giryavets A.K., Golubev P.A., Kuznetsov Yu.M. et al. - Nizhny Novgorod: NSU im. Lobachevsky, 2000.

4. Подача и распыливание топлива в дизелях. Астахов Н.В., Трусов В.И., Хачиян А.С. и др. - М.: Машиностроение, 1971.4. Supply and atomization of fuel in diesel engines. Astakhov N.V., Trusov V.I., Khachiyan A.S. et al. - M.: Mechanical Engineering, 1971.

5. Резников М.И., Липов Ю.М. Котельные установки электростанций. - М: Энергоатомиздат, 1987.5. Reznikov M.I., Lipov Yu.M. Boiler plants for power plants. - M: Energoatomizdat, 1987.

6. Автомобильные двигатели. Архангельский В.М., Вихерт М.М., Воинов А.Н. и др. - М.: Машиностроение, 1967.6. Car engines. Arkhangelsky V.M., Wikhert M.M., Voinov A.N. et al. - M.: Mechanical Engineering, 1967.

Преимущества разработанного способа работы и устройства комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом на базе поршневого двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем: разработана конструкция и способ работы комбинированного двигателя не только на базе бензинового и газового (с принудительным воспламенением), но и на основе дизельного (с самовоспламенением) двигателей с двухфазным рабочим телом, эффективный КПД которого повышается до пределов, ограничиваемых первым и вторым законами термодинамики ≈0,6; упрощается конструкция этого двигателя благодаря распыливанию воды не только во впускном патрубке компрессора, а также ее подаче или подаче пара в камеры сгорания в период расширения в теплоизолированных газовых цилиндрах; снижается трудоемкость изготовления и стоимость двигателя в результате применения одной топливоводяной системы вместо двух систем подачи воды и топлива; этот двигатель может быть более простой конструкцией без компрессора и турбодетандера (турбины) только с меньшей эффективной мощностью, но зато с более высоким эффективным КПД, чем у базового двигателя, благодаря применению в выпускном газопроводе после конденсатора дроссельной заслонки; разработанный двигатель более надежный при его эксплуатации в условиях низких температур наружного воздуха, при которых возникает вероятность замерзания пароводяной смеси; кратковременное увеличение мощности (приемистости) не ниже, чем у базового бензинового (с принудительным воспламенением) двигателя при более высокой его экономичности и экологической безопасности.The advantages of the developed method of operation and the device of a combined engine with a two-phase working fluid based on a reciprocating internal combustion engine are as follows: the design and method of operation of the combined engine are developed not only on the basis of gasoline and gas (with positive ignition), but also on the basis of diesel (with self-ignition ) engines with a two-phase working fluid, the effective efficiency of which increases to the extent limited by the first and second laws of thermodynamics ≈0.6; the design of this engine is simplified due to the atomization of water not only in the inlet pipe of the compressor, but also in its supply or supply of steam to the combustion chambers during the expansion period in thermally insulated gas cylinders; the complexity of manufacturing and the cost of the engine are reduced as a result of using one fuel-water system instead of two water and fuel supply systems; this engine can be a simpler design without a compressor and a turboexpander (turbine) with only less effective power, but with a higher effective efficiency than the base engine, due to the use of a throttle valve in the exhaust gas pipeline after the condenser; the developed engine is more reliable during its operation in conditions of low outdoor temperatures, at which there is a possibility of freezing of the steam-water mixture; a short-term increase in power (throttle response) is not lower than that of a basic gasoline (with forced ignition) engine with its higher efficiency and environmental safety.

Claims (31)

1. Способ работы комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом на базе поршневого двигателя внутреннего сгорания, включающий подачу воздуха компрессором во впускной коллектор, его охлаждение распыливанием холодной воды, охлаждение продуктов сгорания последовательно в котле и в контактном конденсаторе до температуры, при которой выделившийся конденсат можно охладить до температуры холодной воды наружным воздухом в водовоздушном радиаторе, затем их расширение в турбодетандере (турбине), отделение каплей воды в контактном конденсаторе и турбодетандере (турбине) при расширении продуктов сгорания, подачу холодной воды в контактный конденсатор для охлаждения продуктов сгорания и в систему впуска для охлаждения воздуха, снижение максимальной температуры сгорания благодаря испарению капель воды при сжигании топлива в камерах сгорания, отдачу теплоты из масла системы смазки нагреваемой воде в водораспределительном устройстве через разделяющие стенки водомасляного теплообменника, подачу нагретой воды в котел из водораспределительного устройства и подачу пара из котла в расширительное устройство для получения полезной работы, регулирование давления газов в конденсаторе их дросселированием перед рабочим колесом турбодетандера (турбины) в зависимости от температуры наружного воздуха, отличающийся тем, что снижают максимальную температуру сгорания благодаря испарению капель воды при сжигании топлива в камерах сгорания при коэффициенте избытка воздуха, равном 1,0÷1,2 в газовых и бензиновых (с принудительным воспламенением) и наиболее низком, но большем 1,1 в дизельных (с самовоспламенением) двигателях.1. The method of operation of a combined engine with a two-phase working fluid based on a reciprocating internal combustion engine, including supplying air to the intake manifold by a compressor, cooling it by spraying with cold water, cooling the combustion products in series in the boiler and in the contact condenser to a temperature at which the condensate released can be cooled to cold water temperature with outside air in a water-air radiator, then their expansion in a turboexpander (turbine), separation with a drop of water in a contact cond when expanding the combustion products, supplying cold water to the contact condenser for cooling the combustion products and to the intake system for cooling the air, reducing the maximum combustion temperature due to the evaporation of water droplets when burning fuel in the combustion chambers, heat transfer from the oil of the lubrication system heated water in the water distribution device through the dividing walls of the oil-water heat exchanger, the supply of heated water to the boiler from the water distribution device and steam supply from the boiler to an expansion device to obtain useful work, regulating the gas pressure in the condenser by throttling it in front of the impeller of the turboexpander (turbine) depending on the outdoor temperature, characterized in that they reduce the maximum combustion temperature due to the evaporation of water droplets during the combustion of fuel in the combustion chambers at a coefficient of excess air equal to 1.0 ÷ 1.2 in gas and gasoline (with forced ignition) and the lowest, but greater than 1.1 in diesel (with self-ignition) engines fir trees. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду подают в воздух, поступающий в компрессор бензинового (с принудительным воспламенением) двигателя для уменьшения температуры этого воздуха при его сжатии в компрессоре.2. The method according to claim 1, characterized in that the water is supplied to the air entering the compressor of a gasoline (forced ignition) engine to reduce the temperature of this air when it is compressed in the compressor. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в дизельном (с самовоспламенением) двигателе подают нагретую воду в котел до температуры кипения при давлении, большем максимального давления сгорания, в газовые теплоизолированные цилиндры в начале расширения при сжигании топлива с наиболее низким коэффициентом избытка воздуха, но большим 1,1.3. The method according to claim 1, characterized in that in a diesel (self-igniting) engine, heated water is supplied to the boiler to a boiling point at a pressure higher than the maximum combustion pressure, in gas insulated gas cylinders at the beginning of expansion when burning fuel with the lowest excess ratio air, but large 1.1. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что воду распыливают в нагреваемом воздухе при его сжатии в компрессоре или в цилиндрах.4. The method according to claim 3, characterized in that the water is sprayed in the heated air when it is compressed in a compressor or in cylinders. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что уменьшают проходное сечение направляющего соплового аппарата турбодетандера (турбины) при сохранении коэффициента избытка воздуха в цилиндрах α равным 1,0÷1,2 в газовых и бензиновых (с принудительным воспламенением) и α большим 1,1 в дизельном (с самовоспламенением) двигателях.5. The method according to claim 1, characterized in that the flow area of the guide nozzle apparatus of the turboexpander (turbine) is reduced while maintaining the coefficient of excess air in the cylinders α equal to 1.0 ÷ 1.2 in gas and gasoline (with forced ignition) and α large 1.1 in diesel (self-igniting) engines. 6. Способ по п.2, отличающийся тем, что в газовом и бензиновом (с принудительным воспламенением) двигателях подавляют возникшую детонацию увеличением количества распыливаемой холодной воды в воздухе, поступающем в цилиндры.6. The method according to claim 2, characterized in that in gas and gasoline (with forced ignition) engines suppress the detonation that occurs by increasing the amount of cold water sprayed in the air entering the cylinders. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что питательная вода двукратно или многократно циркулирует через котел при температуре продуктов сгорания за котлом выше 150°С по замкнутому циркуляционному контуру с запорными клапанами, которые связаны с логическим устройством, соединенным с пультом управления и датчиком температуры выхлопных газов.7. The method according to claim 1, characterized in that the feed water is circulated twice or repeatedly through the boiler at a temperature of combustion products behind the boiler above 150 ° C through a closed circulation circuit with shut-off valves that are connected to a logic device connected to the control panel and the sensor exhaust temperature. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что образовавшийся пар в котле подают в газовые цилиндры в начале расширения через впускные паровые клапаны и завихрители.8. The method according to claim 1, characterized in that the generated steam in the boiler is fed into the gas cylinders at the beginning of the expansion through the inlet steam valves and swirls. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что количество подаваемой питательной воды в котел регулируют по температуре выпускных газов на выходе из этого котла.9. The method according to claim 7, characterized in that the amount of feed water to the boiler is controlled by the temperature of the exhaust gases at the outlet of this boiler. 10. Способ по п.7, отличающийся тем, что количество подаваемой питательной воды в котел регулируют по давлению в нем пара.10. The method according to claim 7, characterized in that the amount of feed water to the boiler is regulated by the pressure in it of steam. 11. Способ по п.8, отличающийся тем, что количество подаваемой питательной воды в котел регулируют по температуре в нем пара.11. The method according to claim 8, characterized in that the amount of feed water to the boiler is controlled by the temperature of the steam in it. 12. Способ по п.1, отличающийся тем, что распыливают смесь бензина и воды в соотношении 0,5÷1,25 от цикловой подачи топлива в воздухе, поступающем в цилиндры бензинового двигателя.12. The method according to claim 1, characterized in that the mixture of gasoline and water is sprayed in a ratio of 0.5 ÷ 1.25 from the cyclic supply of fuel in the air entering the cylinders of a gasoline engine. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что распыливают смесь воды и дизельного топлива в воздухе, при этом обеспечивают подачу воды вместе с регулятором расхода 0,5÷1,25 от цикловой подачи топлива в воздухе, поступающем в цилиндры дизельного двигателя.13. The method according to claim 1, characterized in that the mixture of water and diesel fuel is sprayed in the air, while providing a water supply with a flow regulator of 0.5 ÷ 1.25 from the cyclic supply of fuel in the air entering the cylinders of the diesel engine. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что пар подают в паровой(ые) цилиндр(ы) через впускной(ые) паровой(ые) клапан(ы) при его (их) открытии в верхней (внутренней) мертвой точке.14. The method according to claim 1, characterized in that the steam is supplied to the steam (s) cylinder (s) through the inlet (s) of the steam (s) valve (s) at its (their) opening at the top (inner) dead point. 15. Способ по п.1, отличающийся тем, что при уменьшении уровня воды в водораспределительных устройствах холодной или горячей воды повышают давление газов в конденсаторе или доливают воду в эти емкости.15. The method according to claim 1, characterized in that when the water level in the water distribution devices of cold or hot water decreases, the gas pressure in the condenser is increased or water is added to these tanks. 16. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выключенном двигателе и снижении температуры холодной воды до температуры замерзания двигатель запускается автоматически или вручную.16. The method according to claim 1, characterized in that when the engine is off and the temperature of the cold water drops to freezing temperature, the engine starts automatically or manually. 17. Способ по п.1, отличающийся тем, что при снижении температуры холодной воды в двигателе до температуры замерзания воду из системы подачи воды и пара сливают автоматически или вручную по трубопроводу в теплоизолированную емкость электронасосом, а при его пуске подогревают ее электронагревателем и заливают вновь в эту систему из этой емкости.17. The method according to claim 1, characterized in that when lowering the temperature of cold water in the engine to freezing temperature, water from the water and steam supply system is automatically or manually drained through a pipe into an insulated tank with an electric pump, and when it is started, it is heated with an electric heater and refilled into this system from this tank. 18. Способ работы комбинированного двигателя внутреннего сгорания с двухфазным рабочим телом, включающий подачу воздуха, его охлаждение распыливанием холодной воды в количестве 0,5÷0,75 от цикловой подачи топлива, охлаждение продуктов сгорания последовательно в котле и в контактном конденсаторе до температуры, при которой выделившийся конденсат охлаждают до температуры холодной воды наружным воздухом в воздушном радиаторе, подачу холодной воды в контактный конденсатор для охлаждения продуктов сгорания и в систему впуска для охлаждения воздуха, снижение максимальной температуры сгорания благодаря испарению капель воды при сжигании топлива в камерах сгорания, отдачу теплоты из масла системы смазки нагреваемой воде в водораспределительном устройстве горячей воды через разделяющие стенки водомасляного теплообменника, подачу нагретой воды в котел из этого водораспределительного устройства и подачу пара из котла в расширительное устройство для получения полезной работы, отличающийся тем, что подачу воздуха в цилиндры осуществляют всасыванием через впускной коллектор, при этом давление в конденсаторе регулируют изменением положения дроссельной заслонки, снижают максимальную температуру сгорания благодаря испарению капель воды при сжигании топлива в камерах сгорания при коэффициенте избытка воздуха, равном 1,0÷1,2 в газовых и бензиновых (с принудительным воспламенением) и наиболее низком, но большем 1,1 в дизельных (с самовоспламенением) двигателях.18. The method of operation of a combined internal combustion engine with a two-phase working fluid, comprising supplying air, cooling it by spraying cold water in an amount of 0.5 ÷ 0.75 from a cyclic fuel supply, cooling the combustion products sequentially in the boiler and in the contact condenser to a temperature, in which the condensate which has evolved is cooled to the temperature of cold water with outside air in an air radiator, the supply of cold water to the contact condenser for cooling the combustion products and to the intake system for cooling air, lowering the maximum temperature of combustion due to the evaporation of water droplets when burning fuel in the combustion chambers, the transfer of heat from the oil of the heated water lubrication system in the hot water distribution device through the separating walls of the oil-water heat exchanger, the supply of heated water to the boiler from this water distribution device and the supply of steam from the boiler in the expansion device to obtain useful work, characterized in that the air is supplied to the cylinders by suction through the intake manifold, the pressure in the condenser is controlled by changing the position of the throttle valve, lowering the maximum combustion temperature due to the evaporation of water droplets when burning fuel in the combustion chambers with an excess air coefficient of 1.0 ÷ 1.2 in gas and gasoline (with forced ignition) and the lowest , but greater than 1.1 in diesel (self-igniting) engines. 19. Устройство комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом, содержащее газовые цилиндры поршневого двигателя для расширения продуктов сгорания, котел, совмещенный с выпускным коллектором, конденсатор с турбодетандером (турбиной), расположенные последовательно вдоль выпускного газопровода и соединенные газовой связью с цилиндрами этого двигателя, компрессор, подключенный к цилиндрам для подачи воздуха и соединенный с турбодетандером (турбиной), а также водораспределительные устройства горячей и холодной воды, соединенные между собой, с конденсатором и водовоздушным радиатором трубопроводами, топливные форсунки во впускных патрубках, соединенные топливопроводами с топливным насосом, фильтром и регулятором расхода для подачи топлива в цилиндры, отличающееся тем, что содержит теплоизолированные детали камеры сгорания (головку (крышки) цилиндров, поршни и газовые цилиндры), котел, совмещенный с теплоизолированным выпускным коллектором, форсунки и насос высокого давления с регулятором расхода для подачи воды в цилиндры из котла в начале расширения, при этом пар организует вихревое движение горючей смеси в камере сгорания для улучшения процессов смесеобразования и сгорания.19. A device of a combined engine with a two-phase working fluid, containing gas cylinders of a reciprocating engine for expanding combustion products, a boiler combined with an exhaust manifold, a condenser with a turboexpander (turbine) located in series along the exhaust gas pipeline and connected by gas communication with the cylinders of this engine, a compressor, connected to cylinders for air supply and connected to a turboexpander (turbine), as well as hot and cold water distribution devices connected to waiting for myself, with a condenser and a water-air radiator by pipelines, fuel nozzles in the inlet pipes, connected by pipelines to a fuel pump, filter and flow regulator for supplying fuel to the cylinders, characterized in that it contains heat-insulated parts of the combustion chamber (cylinder head (covers), pistons and gas cylinders), a boiler combined with a thermally insulated exhaust manifold, nozzles and a high pressure pump with a flow regulator for supplying water to the cylinders from the boiler at the beginning of expansion, while p organizes swirling motion of the combustible mixture in the combustion chamber to improve mixing and combustion processes. 20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что содержит теплоизолированную емкость с высоким сопротивлением теплопередаче стенок, электрическим водонагревателем, воздушным и паровым клапанами, заливной горловиной, которая подключена через электронасос и запорный клапан к системе подачи воды и пара, этот электронасос связан с пультом управления, а эта емкость может отсоединяться от этой системы и переноситься в теплое помещение для хранения, а также нагрева в нем воды для подогрева двигателя перед пуском.20. The device according to claim 19, characterized in that it contains a thermally insulated container with high resistance to heat transfer from the walls, an electric water heater, air and steam valves, a filler neck, which is connected through an electric pump and a shut-off valve to the water and steam supply system, this electric pump is connected with remote control, and this capacity can be disconnected from this system and transferred to a warm room for storage, as well as heating water in it to heat the engine before starting. 21. Устройство по п.19, отличающееся тем, что содержит теплоизолированные водораспределительные устройства горячей и холодной воды и запорнорегулирующую арматуру.21. The device according to claim 19, characterized in that it contains thermally insulated water distribution devices for hot and cold water and shut-off valves. 22. Устройство по п.19, отличающееся тем, что содержит водораспределительное устройство горячей воды, поделенное перфорированными перегородками на три части, в средней части которого расположены водомасляный теплообменник, патрубки подвода конденсата из конденсатора и отвода подогретой питательной воды в котел, в нижней его части находятся патрубки подвода конденсата из конденсатора и отвода смешанной воды в водораспределительное устройство холодной воды.22. The device according to claim 19, characterized in that it contains a hot water distribution device divided by perforated partitions into three parts, in the middle part of which there is a water-oil heat exchanger, condensate supply pipes from the condenser and heated feed water to the boiler, in its lower part there are pipes for supplying condensate from a condenser and for discharging mixed water into a cold water distribution device. 23. Устройство по п.19, отличающееся тем, что содержит форсунки во впускных патрубках, соединенные с водопроводами для подачи холодной воды из водораспределительного устройства, на которых установлены насос и регулятор расхода, а также имеет карбюратор, подключенный к впускному коллектору и топливному насосу трубопроводом, на котором расположен топливный фильтр, при этом насос обеспечивает подачу воды вместе с регулятором расхода 0,5÷1,25 от цикловой подачи топлива.23. The device according to claim 19, characterized in that it contains nozzles in the inlet pipes connected to the water pipes for supplying cold water from the water distribution device, on which the pump and the flow regulator are installed, and also has a carburetor connected to the intake manifold and the fuel pump by a pipeline on which the fuel filter is located, while the pump provides water supply along with a flow regulator 0.5 ÷ 1.25 from the cyclic fuel supply. 24. Устройство по п.19, отличающееся тем, что содержит карбюратор, подключенный к впускному коллектору, топливопроводу для подачи топлива топливным насосом через топливный фильтр и регулятор расхода топлива, а также водопроводу холодной воды для подачи ее водяным насосом через регулятор расхода воды в количестве 0,5÷1,25 от цикловой подачи топлива, при этом перемешивание топлива с водой производится в поплавковой камере.24. The device according to claim 19, characterized in that it contains a carburetor connected to the intake manifold, a fuel line for supplying fuel with a fuel pump through a fuel filter and a fuel flow regulator, and a cold water supply for supplying it with a water pump through a water flow regulator in an amount 0.5 ÷ 1.25 from the cyclic supply of fuel, while the fuel is mixed with water in the float chamber. 25. Устройство по п.19, отличающееся тем, что содержит смеситель топлива и воды, который подключен к водораспределительному устройству холодной воды двумя водопроводами, на первом из них установлен водяной насос, а на втором регулятор расхода, он также еще соединен с топливным насосом топливопроводом, на котором расположен топливный фильтр и регулятор расхода топлива, кроме этого, этот смеситель подключен трубопроводами через насос и регулятор расхода к форсункам бензинового (с принудительным воспламенением) двигателя, расположенными на патрубках впускного коллектора, или он соединен трубопроводом через насос высокого давления, регулятор расхода и редукционный клапан с форсунками дизельного (с самовоспламенением) двигателя, установленными в теплоизолированной(ых) головке (крышках) цилиндра, при этом водяной насос совместно с регулятором расхода обеспечивают подачу воды 0,5÷1,25 от цикловой подачи топлива.25. The device according to claim 19, characterized in that it contains a fuel and water mixer, which is connected to the cold water distribution device by two water pipes, a water pump is installed on the first one, and a flow regulator on the second one, it is also connected to the fuel pump by a fuel pipe on which the fuel filter and the fuel consumption regulator are located, in addition, this mixer is connected by pipelines through the pump and the flow regulator to the nozzles of the gasoline (forced ignition) engine located on inlets of the intake manifold, or it is connected by a pipe through a high-pressure pump, a flow regulator and a pressure reducing valve with diesel engine nozzles (self-igniting) installed in the insulated cylinder head (s), while the water pump together with the flow regulator provide water supply 0.5 ÷ 1.25 from cyclic fuel supply. 26. Устройство по п.19, отличающееся тем, что образован замкнутый циркуляционный контур под действием питательного насоса через котел и первое запорное устройство, связанное с логическим устройством электросвязью, для работы в нормальном режиме на паропроводе, соединяющем котел с впускным(и) паровым(и) клапаном(ами) парового(ых) цилиндра(ов), установлено второе запорное устройство и клапан для сообщения этого(их) парового(ых) цилиндра(ов) с атмосферой для уменьшения работы насосных ходов отключенного(ых) парового(ых) цилиндра(ов), которые связаны электросвязями с логическим устройством.26. The device according to claim 19, characterized in that a closed circulation circuit is formed under the action of the feed pump through the boiler and the first locking device associated with the logical telecommunication device, for normal operation on the steam line connecting the boiler to the steam inlet (s) ( i) the valve (s) of the steam (s) cylinder (s) is equipped with a second locking device and a valve for communicating this (their) steam (s) cylinder (s) with the atmosphere to reduce the operation of the pumping passages of the disconnected (s) steam (s) cylinder (s) that are bonded Ana telecommunications with a logical device. 27. Устройство по п.19, отличающееся тем, что в применяемых цилиндрических устройствах патрубки подвода и отвода жидкостей цилиндрической формы расположены тангенциально к внутренним цилиндрическим поверхностям емкостей для перемешивания теплоносителей с различной температурой, а также повышения коэффициента теплопередачи через стенки водомасляного теплообменника, при этом патрубки отвода воды располагаются вертикально в центре этих устройств, и имеют перфорированные отверстия для забора перемешанной воды, и выходят они через боковые верхние или нижние стенки наружу.27. The device according to claim 19, characterized in that in the cylindrical devices used, the inlet and outlet pipes of cylindrical liquids are located tangentially to the inner cylindrical surfaces of the containers for mixing heat carriers with different temperatures, as well as increasing the heat transfer coefficient through the walls of the oil-water heat exchanger, while the pipes water drains are located vertically in the center of these devices, and have perforated holes for the intake of mixed water, and they exit through the sides e upper or lower wall outwardly. 28. Устройство по п.19, отличающееся тем, что содержит водяной насос и форсунки (распылители) для добавления воды в воздух во впускных патрубках газовых и бензиновых (с принудительным воспламенением) двигателей, водяной насос и форсунки для подачи воды в теплоизолированные цилиндры дизельного (с самовоспламенением) двигателя и распыливания ее там в воздухе, при этом эти насосы обеспечивают подачу воды 0,5÷1,25 от цикловой подачи топлива.28. The device according to claim 19, characterized in that it contains a water pump and nozzles (sprayers) for adding water to the air in the inlet pipes of gas and gasoline (with forced ignition) engines, a water pump and nozzles for supplying water to insulated diesel cylinders ( with self-ignition) of the engine and spraying it there in the air, while these pumps provide a water supply of 0.5 ÷ 1.25 from the cyclic fuel supply. 29. Устройство по п.19, отличающееся тем, что содержит пульт управления работой двигателя в ручном и автоматическом режимах, который связан с датчиками температуры, давления, детонации и расхода теплоносителей, а также логическим и исполнительными устройствами.29. The device according to claim 19, characterized in that it contains a control panel for engine operation in manual and automatic modes, which is associated with temperature, pressure, detonation and flow rate sensors, as well as logic and actuators. 30. Устройство комбинированного двигателя с двухфазным рабочим телом, содержащее газовые цилиндры поршневого двигателя для расширения продуктов сгорания, котел, совмещенный с выпускным коллектором, конденсатор с турбодетандером (турбиной), расположенные последовательно вдоль выпускного газопровода и соединенные газовой связью с цилиндрами этого двигателя, компрессор, подключенный к цилиндрам для подачи воздуха и соединенный с турбодетандером (турбиной), а также водораспределительные устройства горячей и холодной воды, соединенные между собой, с конденсатором и водовоздушным радиатором трубопроводами, топливные форсунки во впускных патрубках, соединенные топливопроводами с топливным насосом, фильтром и регулятором расхода для подачи топлива в цилиндры, отличающееся тем, что содержит теплоизолированные детали камеры сгорания (головку (крышки) цилиндров, поршни и газовые цилиндры), котел, совмещенный с теплоизолированным выпускным коллектором, а также паровые впускные клапаны с завихрителями в теплоизолированной(ых) головке (крышках) цилиндров, соединенные трубопроводами с котлом, к которому вода подается питательным насосом через регулятор расхода воды.30. Device of a combined engine with a two-phase working fluid, containing gas cylinders of a reciprocating engine for expanding combustion products, a boiler combined with an exhaust manifold, a condenser with a turboexpander (turbine) arranged in series along the exhaust gas pipeline and connected by gas communication with the cylinders of this engine, a compressor, connected to cylinders for air supply and connected to a turboexpander (turbine), as well as hot and cold water distribution devices connected to waiting for myself, with a condenser and a water-air radiator by pipelines, fuel nozzles in the inlet pipes, connected by pipelines to a fuel pump, filter and flow regulator for supplying fuel to the cylinders, characterized in that it contains heat-insulated parts of the combustion chamber (cylinder head (covers), pistons and gas cylinders), a boiler combined with a thermally insulated exhaust manifold, as well as steam inlet valves with swirls in the thermally insulated cylinder head (s), connected by a pipe water with a boiler, to which water is supplied by a feed pump through a water flow regulator. 31. Устройство по п.30, отличающееся тем, что содержит теплоизолированный(ые) газовый(ые) цилиндр(ы), к выпускному(ым) клапану(ам) этого(их) цилиндра(ов) подключен(ы) теплоизолированным(и) паропроводом(ами) котел, а к выпускному клапану(ам) подсоединен(ы) конденсатор теплоизолированным(и) теплопроводом(ами) через обратный(ые) клапан(ы), предотвращающий(е) обратную подачу пара или газов в цилиндр(ы), при этом выпускной(ые) клапан(ы) начинает(ют) открываться в верхней мертвой точке. 31. The device according to p. 30, characterized in that it contains thermally insulated (s) gas (s) cylinder (s), connected to the outlet (s) valve (s) of this (them) cylinder (s) with thermally insulated (and ) with the boiler steam line (s), and a condenser with heat-insulated (s) heat pipe (s) connected to the outlet valve (s) through the check valve (s) preventing the steam or gas from flowing back into the cylinder (s) ), while the outlet (s) valve (s) begins (s) to open at top dead center.
RU2009111735A 2009-03-30 2009-03-30 Operating method (versions) and arrangement of compound engine with two-phase working medium based on piston-type internal combustion engine (versions) RU2472023C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009111735A RU2472023C2 (en) 2009-03-30 Operating method (versions) and arrangement of compound engine with two-phase working medium based on piston-type internal combustion engine (versions)
PCT/RU2010/000037 WO2010114416A1 (en) 2009-03-30 2010-02-03 Mode of operation and structural design of a combined engine with a two-phase working medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009111735A RU2472023C2 (en) 2009-03-30 Operating method (versions) and arrangement of compound engine with two-phase working medium based on piston-type internal combustion engine (versions)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009111735A RU2009111735A (en) 2010-10-10
RU2472023C2 true RU2472023C2 (en) 2013-01-10

Family

ID=

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU174008U1 (en) * 2016-04-11 2017-09-25 Евгений Валерьевич Жуков GAS DIESEL POWER PLANT
RU2639923C1 (en) * 2017-01-27 2017-12-25 Виктор Васильевич Попов Method of mechanization control of gas turbine engine compressor
RU2641423C2 (en) * 2013-06-17 2018-01-17 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Method of engine operation (versions)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2641423C2 (en) * 2013-06-17 2018-01-17 Форд Глобал Технолоджис, ЛЛК Method of engine operation (versions)
RU174008U1 (en) * 2016-04-11 2017-09-25 Евгений Валерьевич Жуков GAS DIESEL POWER PLANT
RU2639923C1 (en) * 2017-01-27 2017-12-25 Виктор Васильевич Попов Method of mechanization control of gas turbine engine compressor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5937799A (en) Cylinder water injection engine
US8151553B1 (en) Operating internal-combustion engine without discharging gas into environment
CN103422999A (en) Direct injection gas engine and method
CN101876286B (en) Engine fuel boil off management system
CN110662894B (en) Split-cycle internal combustion engine
CN102652239A (en) Hybrid pumper
CN101403350A (en) Internal combustion directly-heating steam engine
RU2370658C2 (en) Method to operate combined engine with two phase working medium
CN101769196B (en) Steam internal-combustion engine
CN102865172A (en) Fuel spraying system for utilizing heat pipe technology to extract heat vaporized diesel oil from exhaust gas
CN103266950A (en) Oil water fuel composite exhaust gas powered two-stroke engine
RU2472023C2 (en) Operating method (versions) and arrangement of compound engine with two-phase working medium based on piston-type internal combustion engine (versions)
US9297337B2 (en) Internal combustion and waste heat steam engine having a heat recovery steam generator exhaust manifold
KR101246902B1 (en) Engine system using brown gas, ship comprising the same and engine operating method using brown gas
CN106988943A (en) A kind of high-pressure co-rail diesel machine and its design method
EP1722092B1 (en) Combined-cycle ignition engine based on supplying carbon dioxide to the combustion gases
WO2010114416A1 (en) Mode of operation and structural design of a combined engine with a two-phase working medium
CN202851218U (en) Fuel injection system using heat pipe technology to take heat from exhaust gas for diesel evaporation
RU2549745C2 (en) Operation of two-stroke ice running on hydrogen and with application of exhaust power in pulsating pipe
RU78527U1 (en) PISTON ENGINE
WO2015081388A1 (en) System and method for improving combustion efficiency
KR101414161B1 (en) Method for braking an internal combustion engine
GB2110305A (en) Apparatus for vaporising a liquid by hot compressed gas to produce power
CN207018096U (en) Fuel delivery system for engine
RU176215U1 (en) SECONDARY VEHICLE CIRCUIT OF ICE VEHICLE