RU2641180C2 - Operating method of internal combustion engine with heat regeneration in cycle and motor used for its implementation - Google Patents

Operating method of internal combustion engine with heat regeneration in cycle and motor used for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2641180C2
RU2641180C2 RU2016121759A RU2016121759A RU2641180C2 RU 2641180 C2 RU2641180 C2 RU 2641180C2 RU 2016121759 A RU2016121759 A RU 2016121759A RU 2016121759 A RU2016121759 A RU 2016121759A RU 2641180 C2 RU2641180 C2 RU 2641180C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
compressor
heat exchanger
cylinder
circuit
Prior art date
Application number
RU2016121759A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016121759A (en
Inventor
Александр Иванович Довгялло
Василий Александрович Кудинов
Евгений Иванович Алексенцев
Александр Олегович Карцев
Дарья Александровна Шестакова
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
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 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева"
Priority to RU2016121759A priority Critical patent/RU2641180C2/en
Publication of RU2016121759A publication Critical patent/RU2016121759A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2641180C2 publication Critical patent/RU2641180C2/en

Links

Images

Classifications

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

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: in an engine containing at least two cylinders, the air is compressed in a compressor cylinder, it is transferred through a heat exchanger where heat is regenerated from the combustion products, into the working cylinder, in which the fuel is injected, its combustion with carrying out of expansion work. The presence of a system for monitoring and maintaining the pressure in the air circuit of the heat exchanger is new for carrying out the thermodynamic cycle and ensuring the engine's operability. The system for maintaining the pressure in the air circuit of the heat exchanger includes an occasional pumping compressor, a compressed air receiver, and system monitoring and control equipment.
EFFECT: increase in the efficiency of the internal combustion engine.
4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания.The invention relates to engine building, in particular to internal combustion engines.

Из существующего уровня техники известен двигатель внутреннего сгорания (авт. св. СССР N 1420218, МПК F02G 5/02, 1988 г.), содержащий по меньшей мере один компрессорный и один расширительный цилиндры, выносную камеру сгорания, связанную посредством газораспределительного устройства с компрессорным и расширительным цилиндрами, и рекуперативный теплообменник с теплопередающим и тепловоспринимающим контурами. При этом вход рекуперативного теплообменника по теплопередающему газовому тракту соединен с выпускным каналом отработавших газов расширительного цилиндра, а тепловоспринимающий контур служит для подогрева воздуха, поступающего из атмосферы в компрессорный цилиндр, что обеспечивает регенерацию тепла отработавших выхлопных газов.The internal combustion engine (ed. St. USSR N 1420218, IPC F02G 5/02, 1988) containing at least one compressor and one expansion cylinder, a remote combustion chamber connected by means of a gas distribution device to a compressor and expansion cylinders, and a regenerative heat exchanger with heat transfer and heat transfer loops. In this case, the inlet of the recuperative heat exchanger through the heat transfer gas path is connected to the exhaust channel of the exhaust gases of the expansion cylinder, and the heat-receiving circuit serves to heat the air coming from the atmosphere into the compressor cylinder, which ensures heat recovery of the exhaust exhaust gases.

В данном аналоге конструктивная сложность системы переключения режимов работы рекуперативного теплообменника, выносная камера сгорания и наличие регенератора, установленного в камере сгорания, снижают надежность и усложняют организацию рабочего процесса двигателя, а реализация его рабочего процесса остается не ясной вследствие неопределенности в распределении рабочего тела между цилиндром сжатия, воздушным контуром теплообменника и объемом выносной камеры сгорания.In this analogue, the structural complexity of the system for switching the regenerative heat exchanger operating modes, an external combustion chamber, and the presence of a regenerator installed in the combustion chamber reduce reliability and complicate the organization of the engine’s working process, and the implementation of its working process remains unclear due to the uncertainty in the distribution of the working fluid between the compression cylinder , the air circuit of the heat exchanger and the volume of the remote combustion chamber.

Наиболее близким аналогом является поршневой двигатель (патент США N 4.133.172, МПК F02B 41/02, опубл. 1979), выбранный в качестве прототипа, который содержит компрессорные и расширительные цилиндры, рекуперативный теплообменник и внешнюю камеру сгорания, где поршни цилиндров связаны с коленчатым валом при помощи шатунов, а вход компрессорных цилиндров соединен через рекуперативный теплообменник, установленный на выходе расширительных цилиндров, с внешней камерой сгорания непрерывного действия, подключенной к входу расширительных цилиндров.The closest analogue is a piston engine (US patent N 4.133.172, IPC F02B 41/02, publ. 1979), selected as a prototype, which contains compressor and expansion cylinders, a regenerative heat exchanger and an external combustion chamber, where the cylinder pistons are connected to the crankshaft the shaft with connecting rods, and the input of the compressor cylinders is connected through a recuperative heat exchanger installed at the output of the expansion cylinders to an external continuous combustion chamber connected to the input of the expansion cylinders.

Недостатком прототипа является так же, как и в аналоге, наличие внешней камеры сгорания, сложность организации рабочего процесса и существенные конструктивные отличия от классических схем ДВС.The disadvantage of the prototype is the same as in the analogue, the presence of an external combustion chamber, the complexity of the organization of the workflow and significant structural differences from the classic ICE schemes.

Технической задачей является повышение эффективности КПД цикла, как следствие, снижение расхода топлива, возможность использования унифицированных конструктивных схем и возможность использования разных сортов топлив.The technical task is to increase the efficiency of the cycle efficiency, as a result, reduce fuel consumption, the ability to use standardized structural schemes and the ability to use different grades of fuel.

Одновременно с решением задачи повышения эффективности решается и задача адаптации способа под конструкции серийных образцов, так как реализация предлагаемого способа может быть осуществлена на базах любых бензиновых либо газовых двигателей с небольшими изменениями в конструкции.Simultaneously with solving the problem of increasing efficiency, the problem of adapting the method to the construction of serial samples is also being solved, since the implementation of the proposed method can be carried out on the basis of any gasoline or gas engines with slight changes in design.

Данные задачи решаются за счет нового способа реализации термодинамического цикла и обеспечивающей его конструкции двигателя, суть которых заключается в следующем.These tasks are solved by a new method for implementing the thermodynamic cycle and the engine design that provides it, the essence of which is as follows.

Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий впуск чистого воздуха в компрессорный цилиндр на протяжении всего хода поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ) при открытом впускном клапане, сжатие воздуха в компрессорном цилиндре со степенью сжатия до εс (в диапазоне εс=6-8) с перемещением поршня на высоту до 0,6-0,8 от НМТ при закрытых впускном и выпускном клапанах, открытие выпускного клапана компрессорного цилиндра и впускного клапана рабочего цилиндра и перемещение воздуха из компрессорного цилиндра через воздушный контур рекуперативного теплообменника в рабочий цилиндр, отличается тем, что перемещение воздуха из компрессорного в рабочий цилиндр осуществляется при постоянном давлении за счет движения поршней в обоих цилиндрах (компрессорный поршень работает на вытеснение до ВМТ, а поршень рабочего цилиндра работает на расширение до некоторого промежуточного положения от ВМТ), закрытие впускного клапана рабочего цилиндра, впрыск топлива, его искровой поджиг и сгорание при практически неизменном объеме в рабочем цилиндре (изохорный процесс), расширение продуктов сгорания в рабочем цилиндре при движении поршня от промежуточного положения до НМТ (адиабатный процесс), открытие выпускного клапана рабочего цилиндра и вытеснение продуктов сгорания за счет движения рабочего поршня от НМТ до ВМТ через контур продуктов сгорания теплообменника, причем для осуществления рабочего процесса специальной системой контроля и поддержания давления в воздушном контуре теплообменника поддерживается давление, соответствующее давлению конца процесса сжатия воздуха в компрессорном цилиндре.The method of operation of the internal combustion engine, including the intake of clean air into the compressor cylinder throughout the entire stroke from the top dead center (TDC) to the bottom dead center (BDC) with the intake valve open, air compression in the compressor cylinder with a compression ratio of up to ε s (in range ε с = 6-8) with the piston moving up to a height of 0.6-0.8 from BDC with the intake and exhaust valves closed, opening the exhaust valve of the compressor cylinder and the intake valve of the working cylinder and moving air from the compressor cylinder through the air circuit of the recuperative heat exchanger into the working cylinder, it is characterized in that the air is moved from the compressor to the working cylinder at a constant pressure due to the movement of the pistons in both cylinders (the compressor piston works to displace to TDC, and the piston of the working cylinder works to expand to some intermediate position from TDC), closing the inlet valve of the working cylinder, fuel injection, its spark ignition and combustion with a practically constant volume in the working cylinder (isochorn th process), expansion of the combustion products in the working cylinder when the piston moves from an intermediate position to the BDC (adiabatic process), opening the exhaust valve of the working cylinder and displacement of the combustion products due to the movement of the working piston from BDC to TDC through the circuit of the combustion products of the heat exchanger, and for the working process, a special system for monitoring and maintaining pressure in the air circuit of the heat exchanger maintains a pressure corresponding to the pressure of the end of the air compression process in m cylinder.

Кроме того, способ работы двигателя внутреннего сгорания отличается тем, что давление в контуре теплообменника поддерживается автоматически путем перепуска части сжатого воздуха из ресивера через управляющий клапан, а необходимое давление в ресивере поддерживается эпизодическим подключением компрессора к валу двигателя. При этом давление в воздушном контуре должно соответствовать давлению в конце процесса сжатия в компрессорном цилиндре.In addition, the method of operation of the internal combustion engine is characterized in that the pressure in the heat exchanger circuit is maintained automatically by transferring part of the compressed air from the receiver through the control valve, and the necessary pressure in the receiver is maintained by occasionally connecting the compressor to the engine shaft. The pressure in the air circuit must correspond to the pressure at the end of the compression process in the compressor cylinder.

Конструктивно двигатель внутреннего сгорания содержит по меньшей мере один компрессорный и один рабочий цилиндр, поршни, коленчатый вал, систему впрыска, впускные и выпускные клапаны, систему зажигания, систему запуска двигателя, систему охлаждения и смазки, рекуперативный теплообменник с контуром продуктов сгорания и воздушным контуром, причем контур продуктов сгорания теплообменника соединен с выпускным клапаном рабочего цилиндра, вход воздушного контура соединен с выпускным клапаном компрессорного цилиндра, а выход воздушного контура соединен с впускным клапаном рабочего цилиндра, при этом цикл работы осуществляется в двух цилиндрах, и отличается тем, что двигатель снабжен подкачивающим компрессором, периодически подключающимся к валу двигателя, воздушным ресивером, соединенным трубопроводом с компрессором и воздушным контуром теплообменника через управляемый впускной клапан, а дренажный управляемый клапан, соединенный с воздушным контуром рекуперативного теплообменника, сообщается с атмосферой.Structurally, the internal combustion engine comprises at least one compressor and one working cylinder, pistons, a crankshaft, an injection system, intake and exhaust valves, an ignition system, an engine starting system, a cooling and lubrication system, a regenerative heat exchanger with a combustion product circuit and an air circuit, moreover, the circuit of the combustion products of the heat exchanger is connected to the exhaust valve of the working cylinder, the inlet of the air circuit is connected to the exhaust valve of the compressor cylinder, and the output of the air the tour is connected to the inlet valve of the working cylinder, and the operation cycle is carried out in two cylinders, and differs in that the engine is equipped with a booster compressor, periodically connected to the engine shaft, an air receiver connected by a pipeline to the compressor and the air circuit of the heat exchanger through a controlled inlet valve, and a controlled drain valve connected to the air circuit of the regenerative heat exchanger communicates with the atmosphere.

Предлагаемый двигатель отличается также тем, что он имеет систему контроля и поддержания давления в воздушном контуре теплообменника, что обеспечивает реализацию способа работы.The proposed engine is also characterized in that it has a system for monitoring and maintaining pressure in the air circuit of the heat exchanger, which ensures the implementation of the method of operation.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является повышение коэффициента полезного действия двигателя и, как следствие, снижение расхода топлива, возможность использования унифицированных конструктивных схем ДВС и возможность использования разных сортов топлив.The technical result provided by the given set of features is to increase the efficiency of the engine and, as a result, reduce fuel consumption, the possibility of using unified structural schemes of internal combustion engines and the possibility of using different types of fuels.

Сущность изобретения поясняется чертежами, но которых изображено:The invention is illustrated by drawings, but which are depicted:

на фиг. 1 - устройство двигателя (продольный разрез);in FIG. 1 - engine device (longitudinal section);

на фиг. 2 (а, б, в, г,) - схема работы поршневой группы, обеспечивающей рабочий процесс, с обозначением температур рабочего тела (Т1 *, Т2 *, Т2 **, T3 *, T4 *) в полостях цилиндров, соответствующих температурам в цикле;in FIG. 2 (a, b, c, d, d) is a diagram of the operation of the piston group providing the working process, with the designation of the temperatures of the working fluid (T 1 * , T 2 * , T 2 ** , T 3 * , T 4 * ) in the cavities cylinders corresponding to temperatures in the cycle;

на фиг. 3 - Т-S-диаграммы базового цикла Отто (1-2-3-4-1) и цикла двигателя, работающего по предлагаемому способу (1-2*-2**-3*-4*-1).in FIG. 3 - T-S diagrams of the base Otto cycle (1-2-3-4-1) and the cycle of the engine operating according to the proposed method (1-2 * -2 ** -3 * -4 * -1).

Суть способа работы двигателя, обеспечивающего повышение КПД, характеризуется тем, что воздух сжимается в компрессорном цилиндре, перепускается через теплообменник, где осуществляется регенерация тепла от продуктов сгорания, в рабочий цилиндр, в котором осуществляется впрыск топлива, его сгорание с совершением работы расширения.The essence of the method of engine operation, which provides an increase in efficiency, is characterized by the fact that air is compressed in the compressor cylinder, bypassed through a heat exchanger, where heat from the combustion products is regenerated, into the working cylinder, in which fuel is injected, it is burned with the expansion work performed.

Для реализации предлагаемого способа работы двигателя он содержит как минимум два цилиндра - компрессорный 1 и рабочий 3 с поршнями 2 и 4, кинематически связанными с коленчатым валом, систему впрыска топлива, впускные 5 и 11 и выпускные 6 и 15 клапаны (как минимум по два на каждом цилиндре), систему зажигания, систему запуска двигателя, систему охлаждения и смазки, теплообменник 9 рекуперативного типа с теплопередающим (контур продуктов сгорания) и тепловоспринимающим (воздушный контур) контурами, которые осуществляют регенерацию тепла в цикле, передавая тепло от продуктов сгорания к воздуху, входящему в рабочий цилиндр.To implement the proposed method of engine operation, it contains at least two cylinders - compressor 1 and working 3 with pistons 2 and 4 kinematically connected to the crankshaft, a fuel injection system, intake 5 and 11 and exhaust 6 and 15 valves (at least two on each cylinder), ignition system, engine start system, cooling and lubrication system, regenerative type heat exchanger 9 with heat transfer (combustion products circuit) and heat transfer (air circuit) circuits that perform heat recovery in the cycle, p Transferring heat from the combustion products to the air entering the working cylinder.

Новым для осуществления термодинамического цикла и обеспечения работоспособности двигателя является наличие системы контроля и поддержания давления в воздушном контуре теплообменника. Система поддержания давления в воздушном контуре теплообменника включает подкачивающий компрессор 16 периодического действия, ресивер 23 сжатого воздуха и аппаратуру контроля и управления системой.New for the implementation of the thermodynamic cycle and ensuring the operability of the engine is the presence of a system for monitoring and maintaining pressure in the air circuit of the heat exchanger. The pressure maintenance system in the air circuit of the heat exchanger includes a batch compressor 16, a receiver 23 of compressed air and equipment for monitoring and controlling the system.

Способ работы двигателя внутреннего сгорания включает: впуск чистого воздуха в компрессорный цилиндр 1 на протяжении всего хода поршня 2 от ВМТ до НМТ при открытом впускном клапане 5 (процесс в-г, фиг. 2в и 2г), сжатие воздуха в компрессорном цилиндре 1 (процесс 1-2* фиг. 3 и фиг. 2а и 2б) со степенью сжатия до εс (в диапазоне εс=6-8) с перемещением поршня 2 на высоту до 0,6-0,8 от НМТ при закрытых впускном 5 и выпускном 6 клапанах, открытие выпускного клапана 6 компрессорного цилиндра и впускного клапана 11 рабочего цилиндра и перемещение воздуха из компрессорного цилиндра 1 через воздушный контур рекуперативного теплообменника 9 в рабочий цилиндр 3 при постоянном давлении (процесс 2*-2**, фиг. 3) за счет движения поршней в обоих цилиндрах (компрессорный поршень 2 работает на вытеснение до ВМТ, а поршень 4 рабочего цилиндра работает на расширение до некоторого промежуточного положения от ВМТ), закрытие впускного клапана 11 рабочего цилиндра, впрыск топлива, его искровой поджиг и сгорание при практически неизменном объеме в рабочем цилиндре 3 (изохорный процесс 2**-3*, фиг. 3), расширение продуктов сгорания в рабочем цилиндре 3 при движении поршня 4 от промежуточного положения до НМТ (адиабатный процесс 3*-4*, фиг. 3), открытие выпускного клапана 12 рабочего цилиндра и вытеснение продуктов сгорания за счет движения рабочего поршня 4 от НМТ до ВМТ через контур продуктов сгорания теплообменника.The method of operation of the internal combustion engine includes: the intake of clean air into the compressor cylinder 1 throughout the entire stroke of the piston 2 from TDC to BDC with the intake valve 5 open (process c-g, FIGS. 2c and 2d), air compression in the compressor cylinder 1 (process 1-2 * Fig. 3 and Fig. 2a and 2b) with a compression ratio of up to ε s (in the range of ε s = 6-8) with the piston 2 moving up to a height of 0.6-0.8 from BDC with inlet 5 closed and exhaust valve 6, opening the exhaust valve 6 of the compressor cylinder and the intake valve 11 of the working cylinder and the movement of air from the compress molecular cylinder 1 through the air circuit a regenerative heat exchanger 9 into the working cylinder 3 at a constant pressure (process 2 -2 * **, FIG. 3) due to the motion of the pistons in both cylinders (compressor piston 2 operates on the displacement before TDC, and the working piston 4 the cylinder works to expand to a certain intermediate position from TDC), closing the inlet valve 11 of the working cylinder, fuel injection, spark ignition and combustion with a practically constant volume in the working cylinder 3 (isochoric process 2 ** -3 * , FIG. 3), the expansion of the combustion products in the working cylinder 3 when the piston 4 moves from the intermediate position to the BDC (adiabatic process 3 * -4 * , Fig. 3), opening the exhaust valve 12 of the working cylinder and the displacement of the combustion products due to the movement of the working piston 4 from BDC to TDC through the circuit of the products of combustion of the heat exchanger.

Фаза движения поршня 2 компрессорного цилиндра отстает по углу поворота от фазы движения поршня 4 рабочего цилиндра на угол, соответствующий перемещению компрессорного поршня 2 от промежуточного положения конца процесса сжатия до ВМТ.The phase of movement of the piston 2 of the compressor cylinder lags the angle of rotation from the phase of movement of the piston 4 of the working cylinder by an angle corresponding to the movement of the compressor piston 2 from the intermediate position of the end of the compression process to TDC.

Таким образом, в каждом из цилиндров (компрессорном и рабочем) впуск воздуха и его сжатие в компрессорном цилиндре 1 с последующим вытеснением через воздушный контур теплообменника 9 и сгорание топлива, расширение продуктов сгорания в рабочем цилиндре 3 и их выпуск через контур продуктов сгорания теплообменника 9 - указанные процессы осуществляются раздельно в разных цилиндрах за один оборот коленчатого вала.Thus, in each of the cylinders (compressor and working), the air inlet and its compression in the compressor cylinder 1, followed by displacement through the air circuit of the heat exchanger 9 and fuel combustion, expansion of the combustion products in the working cylinder 3 and their release through the circuit of the combustion products of the heat exchanger 9 - these processes are carried out separately in different cylinders for one revolution of the crankshaft.

Решение указанных технических задач позволяет значительно повысить экономичность двигателя (КПД цикла), увеличить его ресурс и за счет пониженной степени сжатия, непосредственного впрыска и возможности применения различных топлив значительно улучшить его экологические показатели.The solution of these technical problems can significantly increase the efficiency of the engine (cycle efficiency), increase its service life and, due to the reduced compression ratio, direct injection and the possibility of using various fuels, significantly improve its environmental performance.

Для реализации предлагаемого способа поставленная задача в части устройства предлагаемого двигателя и его конструктивных особенностей заключаются в том, что, кроме указанных общих конструктивных элементов, он для реализации рабочего процесса содержит систему контроля и поддержания давления в воздушном контуре теплообменника, обеспечивает перемещение всей порции сжатого воздуха из компрессорного в рабочий цилиндр, предварительное расширение нагретого в теплообменнике воздуха в рабочем цилиндре, непосредственный впрыск, а также возможность исполнения двигателя с различной степенью сжатия в компрессорном цилиндре и степенью расширения в рабочем цилиндре.To implement the proposed method, the task in terms of the device of the proposed engine and its design features are that, in addition to the specified general structural elements, it contains a control system for maintaining and maintaining pressure in the air circuit of the heat exchanger, ensures the movement of the entire portion of compressed air from compressor into the working cylinder, preliminary expansion of the air heated in the heat exchanger in the working cylinder, direct injection, as well as the possibility of engine performance with varying degrees of compression in the compressor cylinder and the degree of expansion in the working cylinder.

Реализация предлагаемого способа рабочего процесса иллюстрируется на фиг. 1, 2, 3. Процесс впуска воздуха в компрессорный цилиндр изображен на фиг. 2г. Он осуществляется при ходе поршня 2 компрессорного цилиндра 1 от ВМТ до НМТ. Процесс сжатия осуществляется в компрессорном цилиндре 1 при движении поршня от НМТ до некоторого промежуточного положения, соответствующего заданному значению степени сжатия εс, фиг. 2а и 2б и фиг. 3 (процесс 1-2*), при закрытых впускном 5 и выпускном 6 клапанах, после чего при открытии выпускного клапана 6 компрессорного цилиндра и открытии впускного клапана 11 рабочего цилиндра 3 осуществляется перепуск воздуха через воздушный контур теплообменника 9 в рабочий цилиндр 3 с его подогревом в теплообменнике при постоянном давлении - изобарный процесс с регенерацией 2*-2**, фиг. 2б и 2в и фиг. 3. Процесс 2*-2** как термодинамический процесс может быть другим, отличным от изобарного, но также с регенерацией тепла.The implementation of the proposed workflow method is illustrated in FIG. 1, 2, 3. The process of air intake into the compressor cylinder is shown in FIG. 2g It is carried out during the stroke of the piston 2 of the compressor cylinder 1 from TDC to BDC. The compression process is carried out in the compressor cylinder 1 when the piston moves from the BDC to a certain intermediate position corresponding to a given value of the compression ratio ε s , FIG. 2a and 2b and FIG. 3 (process 1-2 * ), with the inlet 5 and outlet 6 valves closed, after which, when the exhaust valve 6 of the compressor cylinder is opened and the inlet valve 11 of the working cylinder 3 is opened, air is transferred through the air circuit of the heat exchanger 9 to the working cylinder 3 with its heating in the heat exchanger at constant pressure - isobaric process with regeneration 2 * -2 ** , FIG. 2b and 2c and FIG. 3. The 2 * -2 ** process as a thermodynamic process may be different from isobaric, but also with heat recovery.

В объеме воздушного контура теплообменника 9 находится порция воздуха под давлением, соответствующим давлению воздуха в конце процесса его сжатия в компрессорном цилиндре. Эта порция воздуха для установившегося режима работы и температурных условий в теплообменнике должна быть неизменной, что обеспечивается герметичностью рабочих объемов цилиндров и теплообменника.In the volume of the air circuit of the heat exchanger 9 is a portion of air under pressure corresponding to the air pressure at the end of the compression process in the compressor cylinder. This portion of air for steady state operation and temperature conditions in the heat exchanger must be unchanged, which is ensured by the tightness of the working volumes of the cylinders and the heat exchanger.

Однако при запуске двигателя и на переходных режимах возможен дисбаланс между массой воздуха, выходящего из компрессорного цилиндра, и массой воздуха, поступающего в рабочий цилиндр.However, when starting the engine and during transient conditions, an imbalance is possible between the mass of air leaving the compressor cylinder and the mass of air entering the working cylinder.

Устранение этого дисбаланса осуществляется системой контроля и поддержания давления путем перепуска сжатого воздуха из ресивера 23 через управляемый клапан 21 или выпуска части воздуха из теплообменника через управляемый дренажный клапан 22. При движении поршня 2 компрессорного цилиндра 1 к ВМТ и перемещении нагретого воздуха из теплообменника в рабочий цилиндр 3 осуществляется изобарный (либо другой) процесс 2*-2** с подводом тепла и совершением работы при ходе поршня 4 рабочего цилиндра от положения ВМТ до некоторого промежуточного положения (фиг. 2в), а также с затратой работы вытеснения в компрессорном цилиндре 1, после чего выпускной клапан 6 компрессорного цилиндра и впускной клапан 11 рабочего цилиндра закрываются, происходит впрыск топлива в рабочий цилиндр, его искровой поджиг и сгорание при практически изохорном процессе (примерно 6° по углу поворота коленчатого вала) - процесс 2**-3* (фиг. 2г и рис. 3). За это время компрессорный поршень 2 начинает движение к НМТ с впуском воздуха при открытом клапане 5, а поршень 4 рабочего цилиндра, также двигаясь к НМТ при закрытых клапанах 11 и 12, совершает процесс расширения 3*-4* (фиг. 2г и рис. 3) с получением полезной работы. При достижении рабочим поршнем 4 НМТ происходит открытие выпускного клапана 11 и далее при движении рабочего поршня до ВМТ происходит вытеснение продуктов сгорания (фиг. 2г и 2а) через выпускной клапан 12 в теплообменник 9 через его контур продуктов сгорания в выхлопную систему.The elimination of this imbalance is carried out by a pressure monitoring and maintenance system by transferring compressed air from the receiver 23 through a controlled valve 21 or by discharging part of the air from the heat exchanger through a controlled drain valve 22. When the piston 2 of the compressor cylinder 1 moves to TDC and the heated air moves from the heat exchanger to the working cylinder 3, an isobaric (or other) process 2 * -2 ** is carried out with heat input and work being completed during the piston stroke 4 of the working cylinder from the TDC position to some intermediate position (Fig. 2c), as well as with the expense of displacement in the compressor cylinder 1, after which the exhaust valve 6 of the compressor cylinder and the inlet valve 11 of the working cylinder are closed, fuel is injected into the working cylinder, its spark ignition and combustion during an almost isochoric process ( about 6 ° in the angle of rotation of the crankshaft) - process 2 ** -3 * (Fig. 2d and Fig. 3). During this time, the compressor piston 2 begins to move to the BDC with the air inlet with the valve 5 open, and the piston 4 of the working cylinder, also moving to the BDC with the valves 11 and 12 closed, performs the expansion process 3 * -4 * (Fig. 2d and Fig. 3) with getting useful work. When the working piston 4 reaches the BDC, the exhaust valve 11 opens and then, when the working piston moves to the TDC, the combustion products are displaced (Figs. 2d and 2a) through the exhaust valve 12 to the heat exchanger 9 through its circuit of combustion products to the exhaust system.

Кроме аналитического сравнения рабочих процессов, следует отметить, что условия смесеобразования в рабочем цилиндре в положении поршня точки 2** (фиг. 2в) при повышенных, чем у обычных ДВС, значениях температуры Т2 ** и большей величине объема V2 **, а также условия сгорания более благоприятные для полного сгорания и недопущения образования вредных веществ бензопиренового ряда.In addition to an analytical comparison of working processes, it should be noted that the conditions of mixture formation in the working cylinder in the piston position are points 2 ** (Fig. 2c) at higher temperatures T 2 ** and a larger volume V 2 ** than in conventional ICEs, and also the combustion conditions are more favorable for complete combustion and to prevent the formation of harmful substances of the benzopyrene series.

Осуществление указанных процессов и постоянство массы перемещаемого воздуха при его вытеснении из компрессорного цилиндра 1 через теплообменник 9 в рабочий цилиндр 3, при заданном термодинамическом процессе подвода тепла и регенерации, обеспечивается либо различием в диаметре рабочего и компрессорного цилиндров, либо величиной хода поршней в указанных цилиндрах. В рабочем цилиндре 3 воздух, поступивший из регенератора 9, размещается в объеме, организованном движением поршня рабочего цилиндра от ВМТ до некоторого промежуточного положения, соответствующего размещению необходимого количества воздуха в промежуточном объеме рабочего цилиндра.The implementation of these processes and the constancy of the mass of transported air when it is displaced from the compressor cylinder 1 through the heat exchanger 9 into the working cylinder 3, for a given thermodynamic process of heat supply and regeneration, is provided either by a difference in the diameter of the working and compressor cylinders, or by the magnitude of the piston stroke in these cylinders. In the working cylinder 3, the air coming from the regenerator 9 is placed in a volume organized by the movement of the piston of the working cylinder from TDC to a certain intermediate position corresponding to the placement of the required amount of air in the intermediate volume of the working cylinder.

Таким образом, в предложенных способе и устройстве в комплексе решаются задачи для ДВС, а именно повышение экономичности и улучшение экологичности.Thus, in the proposed method and device, the tasks for the internal combustion engine are solved in a complex, namely, increasing the economy and improving the environmental friendliness.

Claims (4)

1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, включающий впуск чистого воздуха в компрессорный цилиндр на протяжении всего хода поршня от верхней мертвой точки (ВМТ) до нижней мертвой точки (НМТ) при открытом впускном клапане, сжатие воздуха в компрессорном цилиндре со степенью сжатия до εс=6-8 с перемещением поршня на высоту до 0,6-0,8 от НМТ при закрытых впускном и выпускном клапанах, открытие выпускного клапана компрессорного цилиндра и впускного клапана рабочего цилиндра и перемещение воздуха из компрессорного цилиндра через воздушный контур рекуперативного теплообменника в рабочий цилиндр, отличающийся тем, что перемещение воздуха из компрессорного в рабочий цилиндр осуществляется при постоянном давлении за счет движения поршней в обоих цилиндрах, при этом компрессорный поршень работает на вытеснение до ВМТ, а поршень рабочего цилиндра работает на расширение, после чего происходит закрытие впускного клапана рабочего цилиндра, впрыск топлива, его искровой поджиг и сгорание при неизменном объеме в рабочем цилиндре - изохорный процесс, адиабатное расширение продуктов сгорания в рабочем цилиндре, открытие выпускного клапана рабочего цилиндра и вытеснение продуктов сгорания за счет движения рабочего поршня от НМТ до ВМТ через контур продуктов сгорания теплообменника, причем для осуществления рабочего процесса системой контроля и поддержания давления в воздушном контуре теплообменника поддерживается давление, соответствующее давлению конца процесса сжатия воздуха в компрессорном цилиндре.1. The method of operation of the internal combustion engine, including the intake of clean air into the compressor cylinder throughout the entire piston stroke from top dead center (TDC) to bottom dead center (BDC) with the intake valve open, air compression in the compressor cylinder with a compression ratio of up to ε s = 6-8 with the piston moving up to a height of 0.6-0.8 from BDC with the intake and exhaust valves closed, opening the exhaust valve of the compressor cylinder and the intake valve of the working cylinder and moving air from the compressor cylinder through the air th circuit of the recuperative heat exchanger into the working cylinder, characterized in that the air moves from the compressor to the working cylinder at constant pressure due to the movement of the pistons in both cylinders, while the compressor piston works to displace to TDC, and the piston of the working cylinder expands after what happens is the closing of the inlet valve of the working cylinder, fuel injection, its spark ignition and combustion with a constant volume in the working cylinder - isochoric process, adiabatic expansion of the product of combustion in the working cylinder, opening the exhaust valve of the working cylinder and displacing combustion products due to the movement of the working piston from BDC to TDC through the circuit of combustion products of the heat exchanger, and for the implementation of the work process, the pressure monitoring system maintains and maintains pressure in the air circuit of the heat exchanger corresponding to the end pressure the process of compressing air in the compressor cylinder. 2. Способ работы двигателя по п. 1, отличающийся тем, что давление в контуре теплообменника поддерживается автоматически путем перепуска части сжатого воздуха из ресивера через управляющий клапан, а необходимое давление в ресивере поддерживается эпизодическим подключением компрессора к валу двигателя, при этом давление в воздушном контуре теплообменника соответствует давлению в конце процесса сжатия в компрессорном цилиндре.2. The method of operation of the engine according to claim 1, characterized in that the pressure in the heat exchanger circuit is maintained automatically by transferring part of the compressed air from the receiver through the control valve, and the necessary pressure in the receiver is maintained by occasionally connecting the compressor to the motor shaft, while the pressure in the air circuit the heat exchanger corresponds to the pressure at the end of the compression process in the compressor cylinder. 3. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один компрессорный и один рабочий цилиндр, поршни, коленчатый вал, систему впрыска, впускные и выпускные клапаны, систему зажигания, систему запуска двигателя, систему охлаждения и смазки, рекуперативный теплообменник с контуром продуктов сгорания и воздушным контуром, причем контур продуктов сгорания теплообменника соединен с выпускным клапаном рабочего цилиндра, вход воздушного контура соединен с выпускным клапаном компрессорного цилиндра, а выход воздушного контура теплообменника соединен с впускным клапаном рабочего цилиндра, при этом цикл работы осуществляется в двух цилиндрах, отличающийся тем, что двигатель снабжен подкачивающим компрессором, эпизодически подключающимся к валу двигателя, воздушным ресивером, соединенным трубопроводом с компрессором и воздушным контуром теплообменника через управляемый впускной клапан, а дренажный управляемый клапан, соединенный с воздушным контуром рекуперативного теплообменника, сообщается с атмосферой.3. An internal combustion engine comprising at least one compressor and one working cylinder, pistons, a crankshaft, an injection system, intake and exhaust valves, an ignition system, an engine starting system, a cooling and lubrication system, a regenerative heat exchanger with a circuit of combustion products and air a circuit, the circuit of the combustion products of the heat exchanger connected to the exhaust valve of the working cylinder, the inlet of the air circuit connected to the exhaust valve of the compressor cylinder, and the output of the air circuit is warm the exchanger is connected to the inlet valve of the working cylinder, and the operation cycle is carried out in two cylinders, characterized in that the engine is equipped with a booster compressor, which is occasionally connected to the engine shaft, an air receiver connected by a pipeline to the compressor and the air circuit of the heat exchanger through a controlled inlet valve, and a drain a controlled valve connected to the air circuit of the regenerative heat exchanger communicates with the atmosphere. 4. Двигатель по п. 3, отличающийся тем, что двигатель имеет систему контроля и поддержания давления в воздушном контуре теплообменника, что обеспечивает реализацию способа работы.4. The engine according to claim 3, characterized in that the engine has a system for monitoring and maintaining pressure in the air circuit of the heat exchanger, which ensures the implementation of the method of operation.
RU2016121759A 2016-06-01 2016-06-01 Operating method of internal combustion engine with heat regeneration in cycle and motor used for its implementation RU2641180C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121759A RU2641180C2 (en) 2016-06-01 2016-06-01 Operating method of internal combustion engine with heat regeneration in cycle and motor used for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016121759A RU2641180C2 (en) 2016-06-01 2016-06-01 Operating method of internal combustion engine with heat regeneration in cycle and motor used for its implementation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016121759A RU2016121759A (en) 2017-12-04
RU2641180C2 true RU2641180C2 (en) 2018-01-16

Family

ID=60580660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016121759A RU2641180C2 (en) 2016-06-01 2016-06-01 Operating method of internal combustion engine with heat regeneration in cycle and motor used for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2641180C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB151683A (en) * 1919-06-13 1920-09-13 Symington Macdonald Junior An improved heat engine
US4133172A (en) * 1977-08-03 1979-01-09 General Motors Corporation Modified Ericsson cycle engine
SU1444548A1 (en) * 1987-02-23 1988-12-15 Б. А. Глазунов Piston-type i.c. engine
US7004115B2 (en) * 1999-08-31 2006-02-28 Richard Patton Internal combustion engine with regenerator, hot air ignition, and supercharger-based engine control
US7201156B1 (en) * 2005-05-24 2007-04-10 Wait Irving S Thermal transfer internal combustion engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB151683A (en) * 1919-06-13 1920-09-13 Symington Macdonald Junior An improved heat engine
US4133172A (en) * 1977-08-03 1979-01-09 General Motors Corporation Modified Ericsson cycle engine
SU1444548A1 (en) * 1987-02-23 1988-12-15 Б. А. Глазунов Piston-type i.c. engine
US7004115B2 (en) * 1999-08-31 2006-02-28 Richard Patton Internal combustion engine with regenerator, hot air ignition, and supercharger-based engine control
US7201156B1 (en) * 2005-05-24 2007-04-10 Wait Irving S Thermal transfer internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016121759A (en) 2017-12-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8371256B2 (en) Internal combustion engine utilizing dual compression and dual expansion processes
KR101321558B1 (en) Double piston cycle engine
EP1214506B1 (en) Internal combustion engine with regenerator and hot air ignition
US8683984B2 (en) Thermocompression motor
WO1995033133A1 (en) Regenerated engine with an improved heating stroke
JP2005509795A (en) Static regenerator, reciprocating reciprocating engine
RU2645888C1 (en) "two-start" internal combustion engine with preliminary cooled compression
US6116222A (en) Two stroke regenerative engine
WO2016114683A1 (en) Internal combustion engine and operating method therefor
RU2641180C2 (en) Operating method of internal combustion engine with heat regeneration in cycle and motor used for its implementation
RU2432474C2 (en) Reciprocating internal combustion engine operation method
JP2001227368A (en) Piston type internal combustion engine
US3143850A (en) Supercharged integral compression engine
RU2214525C2 (en) Method of operation of power plant with piston internal combustion engine (versions) and power plant for implementing the method
WO1992002723A1 (en) Piston engine for converting heat into power by the stirling process with the heat supplied by internal combustion
CN101253316A (en) Steam enhanced double piston cycle engine
RU2449138C2 (en) Internal combustion engine
WO1999030017A1 (en) Internal combustion engine
RU2636642C2 (en) Unified piston engine without cooling system
RU2246625C2 (en) Method of operation of internal combustion engine and device for implementing the method
RU2663369C1 (en) Double acting internal combustion engine with regeneration of heat
RU2253740C2 (en) Internal combustion engine
RU2747244C1 (en) Four-cylinder internal combustion engine with the addition of the fifth stroke
RU2768430C1 (en) Hybrid power plants
RU2735973C1 (en) Four-stroke piston internal combustion engine with isobar heat supply and removal

Legal Events

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

Effective date: 20180602

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20210713