RU2625889C1 - Способ работы ДВС - Google Patents

Способ работы ДВС Download PDF

Info

Publication number
RU2625889C1
RU2625889C1 RU2016126115A RU2016126115A RU2625889C1 RU 2625889 C1 RU2625889 C1 RU 2625889C1 RU 2016126115 A RU2016126115 A RU 2016126115A RU 2016126115 A RU2016126115 A RU 2016126115A RU 2625889 C1 RU2625889 C1 RU 2625889C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel
air
exhaust gas
combustion
cycle
Prior art date
Application number
RU2016126115A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Иванович Духанин
Original Assignee
Юрий Иванович Духанин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Иванович Духанин filed Critical Юрий Иванович Духанин
Priority to RU2016126115A priority Critical patent/RU2625889C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2625889C1 publication Critical patent/RU2625889C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/04—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only
    • F02B47/08—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only the substances including exhaust gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/01—Internal exhaust gas recirculation, i.e. wherein the residual exhaust gases are trapped in the cylinder or pushed back from the intake or the exhaust manifold into the combustion chamber without the use of additional passages
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с распределенным рабочим циклом. Техническим результатом является улучшение экономичности при упрощении конструкции. Сущность изобретения заключается в том, что выпуск отработавших газов выполняют только на части такта, а на другой осуществляют внутреннюю рециркуляцию путем сжатия рециркуляционной части отработавших газов. Воздух подают в камеру сгорания с давлением и температурой конечной ступени компримирования. Нагревают заряд воздуха до температуры воспламенения топлива за счет теплоты от сжатия рециркуляционной части отработавших газов, после чего на первом такте вначале выполняют впрыск топлива, сгорание рабочей смеси, а далее в процессе ее расширения осуществляют циклические подачи заряда сжатого воздуха и топлива, сгорание и расширение всего количества рабочей смеси до конца первого такта. При этом, в зависимости от режима работы двигателя, регулируют как количественное соотношение порций воздуха и топлива, так и их цикличность, а кроме того, и количество рециркуляционной части отработавших газов. 2 ил.

Description

Изобретение относится к двигателестроению и особенно к двигателям внутреннего сгорания (ДВС) с разделенным рабочим циклом.
Известен способ работы ДВС с разделенным рабочим циклом, а именно процесс всасывания и сжатия топливовоздушной смеси выполняют в одном цилиндре, а процесс сгорания и выпуска продуктов сгорания - во втором (см. патент RU №2286470). Этот способ работы двигателя, известного как двигатель Кармело Скудери, несмотря на увеличение КПД до 10%, снижение до 60% в выхлопных газах NO2, и CO на отдельных режимах работы, обладает следующими недостатками:
- сжатие рабочей смеси до высокого давления производят в одной ступени;
- потеря рабочей смеси через уплотнения в процессе сжатия;
- сокращение вдвое числа рабочих цилиндров;
- невысокая эффективность при работе на режимах малой и средней нагрузок.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому результату является способ работы ДВС, включающий внешнее многоступенчатое сжатие воздуха до давления, равного давлению конца сжатия в камере сгорания, нагрев сжатого воздуха до температуры воспламенения топлива за счет тепловой энергии отработавших газов, заполнение этим воздухом части рабочего объема цилиндра, впрыскивание топлива, сгорание и расширение рабочей смеси, осуществляемые на первом такте, и выпуск отработавших газов с организацией подогрева сжатого воздуха во втором такте (см. патент RU №2246625).
Основными недостатками данного способа являются:
- организация нагрева сжатого в компрессоре воздуха до температуры воспламенения топлива за счет рекуперативного теплообмена с отработанными газами, что приводит к существенному усложнению конструкции ДВС;
- снижение топливной экономичности при отклонении работы ДВС от номинального режима;
- довольно высокий процент сажи и оксидов азота в отходящих газах как в области с обедненной, так и обогащенной топливовоздушной смеси.
Решаемая задача - повышение экономической и экологической эффективности при упрощении конструктивной схемы ДВС.
Решение поставленной задачи заключается в том, что внешнее многоступенчатое сжатие воздуха до давления, равного давлению конца сжатия в камере сгорания, нагрев сжатого воздуха до температуры воспламенения топлива за счет тепловой энергии отработавших газов, заполнение этим воздухом части рабочего объема цилиндра, впрыскивание топлива, сгорание и расширение рабочей смеси, осуществляемые на первом такте, и выпуск отработавших газов с организацией подогрева сжатого воздуха во втором такте, а выпуск отработавших газов выполняют только на части такта, а на другой производят сжатие рециркуляционной части отработавших газов, впуск в камеру сгорания заряда воздуха с давлением и температурой конечной ступени компримирования, нагрев заряда воздуха до температуры воспламенения топлива за счет теплоты от сжатия рециркуляционной части отработавших газов, после чего на первом такте вначале выполняют впрыск топлива, сгорание рабочей смеси, а далее в процессе ее расширения осуществляют циклические подачи заряда сжатого воздуха и топлива, сгорание и расширение всего количества рабочей смеси до конца первого такта, при этом в зависимости от режима работы двигателя регулируют как количественное соотношение порций воздуха и топлива, так и их цикличность, а кроме того, количество рециркуляционной части отработавших газов.
Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся совокупными признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, следовательно, оно соответствует критерию новизны.
Сущность изобретения поясняется с помощью рис. 1 и рис. 2.
На рис. 1 приведена принципиальная схема двигателя, работающего по данному способу.
На рис. 2 показана теоретическая диаграмма цикла двигателя в координатах P-V.
Двигатель с разделенным рабочим циклом включает собственно двигатель, состоящий из цилиндра 1, поршня 2, кривошипно-шатунного механизма 3, форсунки 4, клапана впуска 5 и клапана выпуска 6, многоступенчатый компрессор 7, механически связанный с кривошипно-шатунным механизмом 3 двигателя, а пневматически - с клапаном впуска 5 двигателя, и воздушный турбокомпрессор 8.
Способ работы осуществляют следующим образом. По окончании первого такта рабочего цикла в НМТ открывается клапан выпуска 6. При движении поршня 2 от НМТ к ВМТ производят выпуск отработавших газов из цилиндра 1, который выполняют только на части второго такта до момента закрытия клапана выпуска 6, после чего производят сжатие оставшейся рециркуляционной части отработавших газов. В результате сжатия повышается давление и температура отработавших газов. При достижении поршнем 1 ВМТ открывается клапан впуска 5 и в камеру сгорания осуществляют впуск воздуха с температурой и давлением после конечной ступени многоступенчатого компрессора 7. В результате впуска производят нагрев заряда сжатого воздуха до температуры воспламенения топлива за счет теплоты от сжатия рециркуляционной части отработавших газов. После заполнения камеры сгорания зарядом сжатого воздуха закрывают клапан впуска 5, после чего на первом такте вначале осуществляют впрыск топлива, сгорание рабочей смеси, а далее в процессе ее расширения производят циклические подачи заряда сжатого воздуха и впрыск топлива, сгорание и расширение всего количества рабочей смеси до конца первого такта, который продолжается до НМТ, в которой открывается клапан выпуска 6 и часть отработавших газов в процессе выталкивания, совершаемого на части второго такта, поступает в турбокомпрессор 8, где под действием энергии отработавших газов происходит первоначальное сжатие воздуха, что позволяет уменьшить мощность, затрачиваемую двигателем на сжатие воздуха. Далее воздух подается на вход компрессора 7, где производится окончательное сжатие воздуха за счет части работы, отбираемой непосредственно от двигателя. После закрытия клапана выпуска 6 вновь происходит процесс сжатия оставшегося количества отработавших газов в цилиндре 1 и цикл повторяется.
В зависимости от режима работы двигателя регулируют как цикличность подачи дополнительных порций свежего воздуха и топлива, так и их количественное соотношение, а также и количество рециркуляционной части отработавших газов.
На рис. 2 изображена теоретическая диаграмма цикла двигателя в координатах Р-V, поясняющая ранее описанный способ работы двигателя. Как видно из диаграммы, весь рабочий цикл состоит из следующих процессов:
- d-f - выпуск отработавших газов при постоянном давлении Pd=Pf,
- f-h - сжатие оставшейся рециркуляционной части отработавших газов;
- a-h - наполнение камеры сгорания сжатым воздухом с давлением Ра (давлением и температурой после конечной ступени компрессора);
- b-а - впрыск топлива и изохорный процесс сгорания рабочей смеси с повышением давления от Ра до Pb;
- b'-с' - изохорный процесс сгорания свежей рабочей смеси за счет первого впрыска заряда воздуха и топлива;
- b'-сʺ - расширение общего количества рабочей смеси от давления Pb' до Pcʺ;
- bʺ-сʺ - изохорный процесс сгорания свежей рабочей смеси за счет второго впрыска заряда воздуха и топлива;
- bʺ-сʺ - расширение общего количества рабочей смеси от давления Pb'' до Pcʺ';
- cʺ'-d - выхлоп отработавших газов до давления Pd в момент открытия клапана выпуска в НМТ;
- b-с - расширение рабочей смеси от давления Pb до Pc<Pf без дополнительных впрысков заряда воздуха и топлива.
Площадь на диаграмме, заключенная внутри контура d-f-h-a-b-c'-b'-сʺ-bʺ-c'ʺ-d, соответствует работе, произведенной двигателем за рабочий цикл.
Площадь на диаграмме, заключенная внутри контура d-f-h-a-b-c-d, соответствует работе двигателя, произведенной двигателем без подачи дополнительных порций воздуха и топлива в процессе расширения рабочей смеси на первом такте. Таким образом, увеличение работы двигателя будет соответствовать площади, обозначенной контуром с-с'-b'-сʺ-bʺ-с'ʺ-с.
Выполненные расчеты показали, что если в цилиндре двигателя по ходу второго такта осуществлять сжатие отходящих газов в количестве от 15% до 45% и подачу в конце сжатия в камеру сгорания определенного заряда свежего воздуха с давлением от 1,5 МПа до 5,5 МПа и температурой от 400 К до 450 К, то за счет тепла от сжатия отходящих газов температура рабочей смеси, образующейся в камере сгорания, будет составлять от 835 К до 1075 К, что гораздо выше температуры воспламенения дизельного топлива.
Вместе с тем общеизвестно, что эффективная доля рециркуляции отходящих газов в современных двигателях составляет для легковых автомобилей до 50%, а грузовых до 35%, что позволяет до 60÷70% уменьшить NOx в отходящих газах, однако этот эффект достигается за счет снижения мощности ДВС, так как сокращается заряд свежего воздуха и количество топлива, участвующих в рабочем цикле. В предлагаемом способе, как понятно из описания и диаграммы цикла двигателя, удается увеличить мощность двигателя за счет организации дополнительных впрысков порций топлива и воздуха в процессе расширения рабочей смеси. Кроме того, процессы впрысков порций сжатого воздуха и топлива сопровождаются генерацией вихревых движений обоих компонентов, что позволяет с одной стороны снизить задержку воспламенения, обеспечить высокую скорость процесса сгорания и уменьшить вероятность образования температурно-концентрационных неоднородных зон, что в итоге позволяет снизить расход топлива и обеспечит существенное снижение сажи и оксидов азота в отработавших газах.
Регулируя в зависимости от режима работы двигателя соотношение дополнительных порций топлива и воздуха, их цикличность, а также и степень внутренней рециркуляции отработавших газов, можно добиться оптимальных условий протекания рабочего цикла двигателя в широком диапазоне изменения скоростных и нагрузочных характеристик. Таким образом, предлагаемый способ работы позволяет свести к минимальному значению «конфликт» между экологией и экономией топлива при его сгорании, создать ДВС с разделенным рабочим циклом, способный обеспечить перспективные нормы токсичных продуктов, сохраняя при этом высокую эффективность и экономичность.
Кроме того, предложенный способ работы, как понятно из описания, позволяет существенно упростить конструктивную схему двигателя, так как для нагрева сжатого воздуха до температуры воспламенения топлива не требуется рекуперативного теплообменника.
Сравнение существенных признаков предложенного и известных решений дает основание считать, что предложенное техническое решение отвечает критериям «изобретательский уровень» и «промышленная применимость».

Claims (1)

  1. Способ работы ДВС, включающий внешнее многоступенчатое сжатие воздуха, нагрев сжатого воздуха до температуры воспламенения топлива за счет тепловой энергии отработавших газов, заполнение этим воздухом части рабочего объема цилиндра, впрыскивание топлива, сгорание и расширение рабочей смеси, осуществляемые на первом такте, и выпуск отработавших газов с организацией подогрева сжатого воздуха на втором такте, отличающийся тем, что выпуск отработавших газов выполняют только на части такта, при этом осуществляют внутреннюю рециркуляцию путем сжатия оставшейся рециркуляционной части отработавших газов, впуск в камеру сгорания заряда воздуха с давлением и температурой конечной ступени компримирования, нагрев заряда воздуха до температуры воспламенения топлива за счет теплоты от сжатия рециркуляционной части отработавших газов, после чего на первом такте вначале выполняют впрыск топлива, сгорание рабочей смеси, а далее в процессе ее расширения осуществляют циклические подачи заряда сжатого воздуха и топлива, сгорание и расширение всего количества рабочей смеси до конца первого такта, при этом в зависимости от режима работы двигателя регулируют как количественное соотношение порций воздуха и топлива, так и их цикличность, а кроме того, и количество внутренней рециркуляционной части отработавших газов.
RU2016126115A 2016-06-30 2016-06-30 Способ работы ДВС RU2625889C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126115A RU2625889C1 (ru) 2016-06-30 2016-06-30 Способ работы ДВС

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126115A RU2625889C1 (ru) 2016-06-30 2016-06-30 Способ работы ДВС

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2625889C1 true RU2625889C1 (ru) 2017-07-19

Family

ID=59495324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016126115A RU2625889C1 (ru) 2016-06-30 2016-06-30 Способ работы ДВС

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625889C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5960034A (ja) * 1982-09-30 1984-04-05 Nec Home Electronics Ltd 内燃機関
JPH04209933A (ja) * 1990-09-04 1992-07-31 Jinichi Nishiwaki ピストン型エンジン
JPH10246116A (ja) * 1997-02-28 1998-09-14 Shigeru Kawakami 圧縮行程をシリンダー外で行う２サイクルエンジン
RU2255230C2 (ru) * 2003-07-30 2005-06-27 Лисняк Станислав Афанасьевич Способ работы двигателя внутреннего сгорания
US20110265759A1 (en) * 2008-12-30 2011-11-03 Pang-Chian Lio Internal combustion engine having independent gas supply with no compression stroke

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5960034A (ja) * 1982-09-30 1984-04-05 Nec Home Electronics Ltd 内燃機関
JPH04209933A (ja) * 1990-09-04 1992-07-31 Jinichi Nishiwaki ピストン型エンジン
JPH10246116A (ja) * 1997-02-28 1998-09-14 Shigeru Kawakami 圧縮行程をシリンダー外で行う２サイクルエンジン
RU2255230C2 (ru) * 2003-07-30 2005-06-27 Лисняк Станислав Афанасьевич Способ работы двигателя внутреннего сгорания
US20110265759A1 (en) * 2008-12-30 2011-11-03 Pang-Chian Lio Internal combustion engine having independent gas supply with no compression stroke

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6543411B2 (en) Method for generating a homogeneous mixture for auto-ignition internal combustion engines and for controlling the combustion process
CN201560839U (zh) 内燃斯特林发动机
US8327831B2 (en) Dual fuel compression ignition engines and methods
US7942117B2 (en) Engine
US9074526B2 (en) Split cycle engine and method with increased power density
US20120227397A1 (en) Gaseous fuel-powered engine system having turbo-compounding
JP4898912B2 (ja) 火花点火機関の運転方法
US20110108012A1 (en) Internal combustion engine and working cycle
WO2008148256A1 (fr) Moteur à deux temps
CN103748334A (zh) 内燃式两冲程发动机、运转内燃式两冲程发动机的方法以及转换两冲程发动机的方法
US20070044778A1 (en) Engine which operates repeatedly with a multi-stage combustion process
RU2546935C2 (ru) Двигатель с разделённым циклом
US20120048218A1 (en) System and method for operating an internal combustion engine
US7431010B2 (en) Self-igniting internal combustion engine
RU2625889C1 (ru) Способ работы ДВС
CN101608569A (zh) 缸外压缩可变冲程发动机
US20220112834A1 (en) Device for fuel injection for internal combustion engines
US20070277793A1 (en) Method for operating an internal combustion engine
CN104329162A (zh) 基于米勒循环的排气门二次开启式机内废气再循环方法
CN100507232C (zh) 进气管和排气管共用的空气预加热微型自由活塞发动机
EP1170481A2 (en) Internal combustion engine having enhanced performance
CN220815827U (zh) 一种压燃式发动机
RU2246625C2 (ru) Способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления
RU2684046C1 (ru) Способ работы двигателя внутреннего сгорания
Jangalwa et al. Scuderi Split Cycle Engine: A Review

Legal Events

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

Effective date: 20180701