WO2013002677A2 - Способ работы двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Способ работы двигателя внутреннего сгорания Download PDF

Info

Publication number
WO2013002677A2
WO2013002677A2 PCT/RU2012/000452 RU2012000452W WO2013002677A2 WO 2013002677 A2 WO2013002677 A2 WO 2013002677A2 RU 2012000452 W RU2012000452 W RU 2012000452W WO 2013002677 A2 WO2013002677 A2 WO 2013002677A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
combustion
engine
fuel
pressure
max
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/000452
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2013002677A3 (ru
Inventor
Олег Константинович ПЕТРОВ
Игорь Петрович СЕДУНОВ
Дмитрий Владимирович ВОЛОСНОВ
Original Assignee
Petrov Oleg Konstantinovich
Sedunov Igor Petrovich
Volosnov Dmitriy Vladimirovich
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 Petrov Oleg Konstantinovich, Sedunov Igor Petrovich, Volosnov Dmitriy Vladimirovich filed Critical Petrov Oleg Konstantinovich
Publication of WO2013002677A2 publication Critical patent/WO2013002677A2/ru
Publication of WO2013002677A3 publication Critical patent/WO2013002677A3/ru

Links

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
    • F02B1/00—Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/12—Engines characterised by fuel-air mixture compression with compression ignition
    • F02B1/14—Methods of operating

Definitions

  • the invention relates to a method for organizing a working process in internal combustion engines operating on the principle of ignition of atomized fuel from contact with air heated from ultra-high compression.
  • the methods used to organize the combustion of fuel in the combustion chambers of the internal combustion engine have almost completely selected the growth reserves, both in terms of energy characteristics and environmental parameters.
  • the main reserve for improving the characteristics of thermal cycles is an increase in the degree of compression, also not can be implemented, due to the limited strength properties of materials, and overload of bearing bearings.
  • the engines of the third type described by us with the most favorable nature of loading the bearings of the cylinder-piston group, it is difficult to achieve compliance with the isobaric process, since this is associated with a significant complication of the engine design.
  • TDC top dead center
  • the walls of the combustion chamber absorb a significant part of the heat from the ignition dose of fuel, which initiates the main increase in pressure and temperature.
  • the working stroke on the expansion line of the working fluid (beyond TDC) is provided by injection of the main dose of fuel.
  • exhaust gases are removed from the working cylinder to the atmosphere.
  • the main disadvantage of the described process is the inability to use the ignition dose of fuel to complete the stroke.
  • An object of the invention is to increase the efficiency of an internal combustion engine operating on the principle of ignition of atomized fuel from contact with air heated from ultra-high compression.
  • Achievable technical result is the creation of an engine operating mode without supplying an ignition dose of fuel with controlled heat generation.
  • the problem is solved in that in the method of operation of an internal combustion engine, in a combustion chamber filled with a gaseous oxidizer, compression is carried out only mechanically, up to a pressure value of Pc, defined as
  • Fuel is injected when the piston is near the top dead center with the condition that heat is released at the operating stroke. At the same time, the combustion process is organized according to a law close to isobaric, with the subsequent expansion of gases, and their release into the atmosphere.
  • Air or an oxygen-containing mixture of gases with a hydrocarbon content of not more than 10% can be used as a gaseous oxidizing agent.
  • the deviation of the pressure in the combustion process from the values determined by the isobar is not more than 20%.
  • combustion process occurs at a constant (or close to constant) pressure, the value of which is as close as possible to the mark P z max (family of curves between points 2 and
  • the curve 1-2-3-4 on the graph displays the “ideal” heat dissipation workflow.
  • the curve from the beginning the heat release to the beginning of the falling branch may differ within the shaded area (from Pc t to Pc 2 ), for example, as shown by dashed lines in the Figure.
  • the determining condition for achieving high cycle parameters is the closeness of the working process to isobaric at maximum permissible values determined by the strength characteristics of the structure.
  • the deviation of the pressure in the combustion process from the values determined by the isobar should be no more than 20%.
  • experiments have shown that the indicator efficiency can reach 60-62% within the range of air compression up to 45-50 units. This is due to the higher degree of conversion of the released energy of the fuel into mechanical work within the specified limits (the shaded area on the graph). Out of this range leads to a significant deterioration in the energy characteristics of the engine.
  • the above example discloses the use of air as a gaseous oxidizing agent. All of the above is true for the use of an oxygen-containing mixture of gases, including hydrocarbon, including the fuel used, as a gaseous oxidizer.
  • the hydrocarbon content in the mixture should not exceed 10%. Exceeding this limit leads to self-ignition of the mixture at the compression stroke, which in turn at the end of the compression stroke leads to an unacceptably high pressure in the combustion chamber.
  • the claimed method allows to increase the efficiency of internal combustion engines operating on the principle of ignition of sprayed fuel from contact with air heated from ultra-high compression (similar to diesel engines) only by changing the way it works and practically without changing the design of the diesel engine.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу организации рабочего процесса в двигателях внутреннего сгорания, работающих аналогично дизельным двигателям. В способе работы двигателя внутреннего сгорания, в камере сгорания, заполненной газообразным окислителем, осуществляют сжатие только механическим способом, вплоть до величины значения давления Рс, определяемого как Рс = (0,8-1.0) Pz max, где: Рz max - расчетное для данного двигателя предельно допустимое давление сгорания. Ввод топлива осуществляют при положении поршня вблизи верхней мертвой точки с условием начала тепловыделения на рабочем такте. При этом организуют процесс сгорания по закону, близкому к изобарному, с последующим расширением газов, и выпуском их в атмосферу. В качестве газообразного окислителя может быть применен воздух или кислородосодержащая смесь газов, с содержанием углеводородов не более 10 %. Отклонение величины давления в процессе сгорания от значений, определяемых изобарой, составляет не более 20 %. Исключение применения запальной дозы топлива и управляемое тепловыделение позволяют существенно увеличить КПД двигателя, работающего аналогично дизельному, практически без изменения его конструкции.

Description

Способ работы двигателя внутреннего сгорания
Область техники
Изобретение относится к способу организации рабочего процесса в двигателях внутреннего сгорания, работающих по принципу воспламенения распыленного топлива от соприкосновения с разогретым от сверхвысокого сжатия воздухом.
Предшествующий уровень техники
Известные способы организации рабочего процесса в двигателях можно отнести к трем основным типам:
1) изохорный рабочий процесс, используемый в бензиновых двигателях,
2) смешанный цикл, воспроизводящий изохорно-изобарный рабочий процесс для дизельных двигателей.
3) цикл Рудольфа Дизеля, с изобарным подводом теплоты, с помощью компрессорного распыла топлива.
Последний из перечисленных способов имел ограниченное применение и исключительно на начальной стадии развития двигателей с воспламенением от сжатия, и сейчас не используется.
Применяемыми способами организации горения топлива в камерах сгорания ДВС практически полностью выбраны резервы роста, как по энергетическим характеристикам, так и по экологическим параметрам. Основной резерв улучшения характеристик тепловых циклов - рост степени сжатия, также не может быть реализован, ввиду ограниченности прочностных свойств материалов, и перегрузки подшипниковых опор. В двигателях описанного нами третьего типа, при самом благоприятном характере нагружения подшипников цилиндро-поршневой группы, достигнуть соответствия изобарному процессу трудноосуществимо, так как это связано со значительным усложнением конструкции двигателя.
Известен патент Рудольфа Дизеля «Новый рациональный тепловой двигатель», в котором описан способ изобарного подвода теплоты к рабочему телу (патент Германии N° 67207 от 28.02.1892г.). Согласно патентам Рудольфа Дизеля топливо в камеру сгорания подавалось с помощью компрессора на давлениях порядка 60 бар. Пневматический распыл задавал нужную мелкодисперсность подаваемого топлива, обеспечивая работу двигателя. Более подробно процессы описаны, например, в монографии А.Е.Тимана [А.Е.Тиман: «Быстроходные транспортные дизеля», стр.51, перевод с немецкого, под ред. проф. В.В.Власова, изд. ОГИЗ ГОСТРАНСИЗДАТ, Москва - Ленинград 1931 г.].
Однако наличие в составе двигателя Рудольфа Дизеля компрессора высокого сжатия сильно усложняло конструкцию, и делало двигатель малооборотным. Попытки заменить компрессорный распыл топлива механическим распылом с помощью насоса высокого давления, не могли обеспечить необходимый характер тепловыделения.
В качестве прототипа изобретения выбран способ работы четырехтактного двигателя внутреннего сгорания [В.А.Ваншейдт, Н.Н.Иванченко, Л.К.Колеров, Справочник «ДИЗЕЛИ», стр.32 изд. Ленинград Машиностроение 1977 г.], в котором в камеру сгорания вводится окислитель (воздух), который на первом этапе сжимается перемещением поршня, а впоследствии, введением запальной дозы топлива с целью ускорения процесса сжатия. При достижении в камере сгорания температуры, соответствующей температуре самовоспламенения топлива, инициируется процесс горения, сопровождающийся резким повышением давления. На момент, когда поршень находится вблизи верхней мертвой точки (ВМТ), стенки камеры сгорания поглощают значительную часть теплоты от запальной дозы топлива, инициирующей основной рост давления и температуры. Рабочий ход на линии расширения рабочего тела (за ВМТ) обеспечивается путем впрыска основной дозы топлива. По окончании рабочего хода поршня, на линии расширения, отработанные газы удаляются из рабочего цилиндра в атмосферу.
Основным недостатком описанного процесса является невозможность использования запальной дозы топлива для совершения рабочего хода.
Раскрытие изобретения Задачей изобретения является повышение КПД двигателя внутреннего сгорания, работающего по принципу воспламенения распыленного топлива от соприкосновения с разогретым от сверхвысокого сжатия воздухом.
Достигаемый технический результат - создание режима работы двигателя без подачи запальной дозы топлива с управляемым тепловыделением. Поставленная задача решается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания, в камере сгорания, заполненной газообразным окислителем, осуществляют сжатие только механическим способом, вплоть до величины значения давления Рс, определяемого как
Рс = (0,8-1.0) Pz max,
где: Pz max - расчетное для данного двигателя предельно допустимое давление сгорания.
Ввод топлива осуществляют при положении поршня вблизи верхней мертвой точки с условием начала тепловыделения на рабочем такте. При этом организуют процесс сгорания по закону, близкому к изобарному, с последующим расширением газов, и выпуском их в атмосферу.
В качестве газообразного окислителя может быть применен воздух или кислородосодержащая смесь газов, с содержанием углеводородов не более 10 %.
Отклонение величины давления в процессе сгорания от значений, определяемых изобарой, составляет не более 20 %.
Вариант осуществления изобретения
Пример реализации изобретения иллюстрируется Фигурой, на которой представлена индикаторная диаграмма в координатах P/V работы поршневого четырехтактного двигателя.
Предварительно, исходя из заданных условий (мощность, прочностные характеристики материалов и пр.) определяют значение Pz max? например, для двигателя мощностью 100 КВт, оно может составлять 20 МПа.
При работе двигателя на номинальной нагрузке на первом такте воздух всасывается в камеру сгорания. На втором такте, за счет перемещения поршня от нижней мертвой точки (НМТ) до ВМТ, осуществляется механическое сжатие воздуха (отрезок 1-2 на графике Фигуры) до предельно возможного давления в цикле (Рс), близкого по уровню к максимальному давлению сгорания (Pz тах ), с получением в конце сжатия давления порядка 16 МПа и температуры, значительно более высокой, чем это требуется для обеспечения самовоспламенения топлива. Максимальное значение сжатия ограничивается значением Pz max. При подходе поршня к ВМТ (точка
2) осуществляют впрыск топлива насосом высокого давления в течение определенного интервала времени (до точки 3). Впрыск топлива можно осуществлять и непосредственно за ВМТ. В обоих случаях параметры впрыска выбирают, исходя из условия, что момент тепловыделения должен осуществляться только после перехода через отметку ВМТ.
Далее происходит процесс сгорания при постоянном (или близким к постоянному) давлении, значение которого максимально приближено к отметке Pz max (семейство кривых между точками 2 и
3) . Последующее расширение соответствует ниспадающей ветви графика (до точки 4). Во время сгорания топлива и его дальнейшего расширения производится полезная работа с последующим выпуском отработанных газов в атмосферу.
Кривая 1-2-3-4 на графике отображает «идеальный» рабочий процесс тепловыделения. В реальном процессе кривая от начала тепловыделения до начала ниспадающей ветви может отличаться в пределах заштрихованной площади (от Pct до Рс2), например, как показано пунктирными линиями на Фигуре. Определяющим условием достижения высоких параметров цикла является близость рабочего процесса к изобарическому на предельно допустимых значениях, определяемых прочностными характеристиками конструкции.
Отклонение величины давления в процессе сгорания от значений, определяемых изобарой, должно составлять не более 20 %. В этом диапазоне, как показали эксперименты, индикаторный КПД может достигать 60-62% в пределах степеней сжатия воздуха до 45- 50 единиц. Это объясняется более высокой степенью преобразования высвобождающейся энергии топлива в механическую работу в указанных пределах (заштрихованная область на графике). Выход из указанного диапазона ведет к значительному ухудшению энергетических характеристик двигателя.
Приведенный выше пример раскрывает работу с использованием воздуха в качестве газообразного окислителя. Все выше сказанное справедливо для использования в качестве газообразного окислителя кислородосодержащей смесь газов, включающей углеводород, в том числе используемое топливо. Содержание углеводородов в смеси не должно превышать 10 %. Превышение указанного ограничения приводит к самовоспламенению смеси на такте сжатия, что в свою очередь в конце такта сжатия приводит к недопустимо высокому значения давления в камере сгорания.
Таким образом, заявленный способ позволяет существенно увеличить КПД двигателей внутреннего сгорания, работающих по принципу воспламенения распыленного топлива от соприкосновения с разогретым от сверхвысокого сжатия воздухом (аналогично дизельным двигателям) только за счет изменения способа его работы и практически без изменения конструкции дизельного двигателя. Исключение на такте сжатия запальной дозы топлива и организация процесса сжатия только за счет механического воздействия, а также управление тепловыделением повышают энергетические характеристики двигателя.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания, характеризующийся тем, что в камере сгорания, заполненной газообразным окислителем, сжатие осуществляют только механическим способом, вплоть до величины значения давления Рс, определяемого как
Рс = (0,8-1.0) Pz max,
где: Pz max - расчетное для данного двигателя предельно допустимое давление сгорания,
ввод топлива осуществляют при положении поршня вблизи верхней мертвой точки с условием начала тепловыделения на рабочем такте, при этом организуют процесс сгорания по закону, близкому к изобарному, с последующим расширением газов, и выпуском их в атмосферу.
2. Способ по п. 1 , отличающийся тем, что в качестве газообразного окислителя применяют воздух или кислородосодержащую смесь газов, с содержанием углеводородов не более 10 %.
3. Способ по п. 1, или 2, отличающийся тем, что отклонение величины давления в процессе сгорания от значений, определяемых изобарой, составляет не более 20 %.
PCT/RU2012/000452 2011-06-30 2012-06-07 Способ работы двигателя внутреннего сгорания WO2013002677A2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011128284/06A RU2011128284A (ru) 2011-06-30 2011-06-30 Способ работы двигателя внутреннего сгорания
RU2011128284 2011-06-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2013002677A2 true WO2013002677A2 (ru) 2013-01-03
WO2013002677A3 WO2013002677A3 (ru) 2013-03-14

Family

ID=47424728

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/000452 WO2013002677A2 (ru) 2011-06-30 2012-06-07 Способ работы двигателя внутреннего сгорания

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2011128284A (ru)
WO (1) WO2013002677A2 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4798184A (en) * 1986-11-17 1989-01-17 Sandor Palko Extended expansion diesel cycle engine
WO2000061927A1 (en) * 1999-04-09 2000-10-19 Scania Cv Aktiebolag (Publ) Method for fuel injection in an internal combustion engine and internal combustion engine
RU2164300C2 (ru) * 1999-02-23 2001-03-20 Открытое акционерное общество "Коломенский завод" Способ работы двигателя внутреннего сгорания

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4798184A (en) * 1986-11-17 1989-01-17 Sandor Palko Extended expansion diesel cycle engine
RU2164300C2 (ru) * 1999-02-23 2001-03-20 Открытое акционерное общество "Коломенский завод" Способ работы двигателя внутреннего сгорания
WO2000061927A1 (en) * 1999-04-09 2000-10-19 Scania Cv Aktiebolag (Publ) Method for fuel injection in an internal combustion engine and internal combustion engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013002677A3 (ru) 2013-03-14
RU2011128284A (ru) 2013-01-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100780122B1 (ko) 디젤 엔진 및 예비 혼합 압축착화 연소의 제어 방법
KR20030007894A (ko) 임계수 분사형 내연기관의 운전방법
US20070044778A1 (en) Engine which operates repeatedly with a multi-stage combustion process
KR20070083894A (ko) 선택적 연소 처리 및 저압 이지알 루프를 이용하는 디젤엔진에서의 방출물 감소
US20150167538A1 (en) Uniflow-scavenging-type two-cycle engine
RU2016138802A (ru) Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания с предварительно охлаждаемой компрессией
JP2004068776A (ja) 二流体噴射内燃機関の運転方法及び二流体噴射装置
KR101629608B1 (ko) 예연소 암모니아 엔진 및 제어 방법
US7431010B2 (en) Self-igniting internal combustion engine
CN110344940A (zh) 超高始燃压往复活塞式内燃机及其设计制造方法
EP4062044A1 (en) Method and gas fuel injection unit for operating an internal combustion engine
WO2013002677A2 (ru) Способ работы двигателя внутреннего сгорания
JP5539616B2 (ja) 内燃機関の運転方法、制御装置およびコンピュータ・プログラム
CN110080887A (zh) 一种发动机的复合燃烧控制方法
EP2449223A1 (en) Internal combustion engine with separate combustion chamber and a method to achieve modified and controlled autoignition in said chamber
Caton An assessment of the thermodynamics associated with high-efficiency engines
CN110552794A (zh) 一种柴油微喷引燃天然气发动机的多段喷射方法
RU2491429C2 (ru) Способ организации работы дизельного двигателя со сверхвысокой степенью сжатия (свсс)
US6705300B2 (en) Method for open-loop and closed-loop control of the number and sequence of strokes in the motive process of a reciprocating-piston internal combustion engine
CN104632362B (zh) 二冲程纯氧发动机用废气膨胀机构
US9322339B2 (en) Internal combustion engine operating on different reactivity fuels
RU2625889C1 (ru) Способ работы ДВС
WO2003058043A1 (fr) Type de structure pour moteur a combustion interne a mouvement alternatif
RU2445476C1 (ru) Способ работы двигателя внутреннего сгорания
Pradhan et al. Six-Stroke Cylinder Engine: An Emerging Technology

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12805263

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12805263

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2