WO2017091098A1 - Internal combustion engine operation method - Google Patents

Internal combustion engine operation method Download PDF

Info

Publication number
WO2017091098A1
WO2017091098A1 PCT/RU2015/000815 RU2015000815W WO2017091098A1 WO 2017091098 A1 WO2017091098 A1 WO 2017091098A1 RU 2015000815 W RU2015000815 W RU 2015000815W WO 2017091098 A1 WO2017091098 A1 WO 2017091098A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
engine
compression
compressor
exhaust
working fluid
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000815
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Борис Львович ЕГОРОВ
Original Assignee
Борис Львович ЕГОРОВ
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 Борис Львович ЕГОРОВ filed Critical Борис Львович ЕГОРОВ
Priority to PCT/RU2015/000815 priority Critical patent/WO2017091098A1/en
Publication of WO2017091098A1 publication Critical patent/WO2017091098A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/32Engines with pumps other than of reciprocating-piston type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/04Engines with prolonged expansion in main cylinders
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02GHOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • F02G5/02Profiting from waste heat of exhaust gases
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to engine
  • Two-stroke internal combustion engines are known in which the compression of the working fluid was carried out in a separate compressor, and the supply of thermal energy and
  • thermodynamic efficiency of the method of engine operation with compression in a separate compressor, and by applying heat and expanding directly in the cylinder, can be achieved only by applying compression that is as close to isothermal as possible, using thermal energy
  • the polytropic compression should be close to 1.1 in real conditions and it is preferable to carry out the entire compression process in one step with minimal mechanical losses and high volumetric efficiency. Also, in these methods, at the inlet of the working fluid into the expansion cylinder, throttling will occur, which reduces the efficiency of the engine. And later ignition due to fuel injection after TDC will reduce
  • the main goal of the proposed method is to increase the efficiency of a two-stroke internal combustion engine with external compression due to a more efficient use of the thermodynamic cycle with isothermal compression and regeneration of thermal energy of the exhaust gases, as well as by optimizing the processes of intake of the working fluid and fuel combustion.
  • the theoretical thermodynamic cycle of the proposed method of operation includes: isothermal compression - regenerative heat supply - isobaric (isochoric-isobaric) heat supply - adiabatic expansion - isochoric (isobaric) heat removal.
  • the theoretical efficiency of the proposed cycle provided that the exhaust heat is perfectly regenerated, will be as close as possible to the efficiency of the ideal Carnot cycle for a given temperature difference.
  • the compression polytropic should be as close as possible to the isotherm or in real conditions to a value of 1.1. Moreover, the entire compression process is preferably carried out
  • Exhaust gases will presumably have a temperature of 600-800 ° C and an oxygen content of about 10%. With a compression ratio of 7, for example, the temperature of the exhaust gases in the dead space of the cylinder will increase to 1600-1700 ° C, and the pressure to 15-16 bar.
  • Fuel injection is carried out with a certain lead angle by analogy with a diesel engine. The active phase of combustion will begin already before TDC as in a diesel engine, and the pressure will increase to the pressure level in the intake pipe (20-22 bar), and the temperature will reach the maximum set temperature of the working fluid.
  • the compression ratio of the exhaust gases can also be increased to 10, then the temperature at the time the piston arrives at the TDC will already be close to the maximum set temperature of the working fluid, and the pressure value will be close to the pressure in the inlet pipe. In this case, the active phase of combustion should be initiated at the moment of opening of the intake valve.
  • the inlet valve is opened and the working fluid is inlet.
  • fuel injection is continued to maintain a given temperature of the working fluid until the end of the intake process.
  • FIG. 1 General diagram of a device operating by the proposed method.
  • FIG. 2, 3, 4, 5 Schematic representation of engine operation during inlet, expansion, and exhaust.
  • FIG. 6 PV diagram of the cycle according to the proposed method. Description of an embodiment of the invention
  • the proposed method can be implemented in a piston engine having special intake, exhaust and gas distribution systems, as well as equipped with a separate screw compressor (Fig. 1)
  • the device contains the following main elements: expansion machine (engine) 1, exhaust valve 2, intake valve 3, regenerator 4, separator 5, compressor 6, fan 7, compressor cooling radiator 8.
  • the screw compressor with oil or water injection is equipped with a cooling and separation system for the injected liquid.
  • the regenerator is a heat exchanger, which can be supplemented by a pre-heating system and a system of neutralizing harmful substances.
  • the expansion machine or the engine itself is a traditional piston design with a crank mechanism.
  • the inlet valve must be specially designed to prevent
  • the intake valve actuator must be equipped with a mechanism for controlling the duration of the intake phase to control engine power.
  • the fuel system of the engine in general, can be similar to diesel engines with direct injection, but with a special control algorithm.
  • the proposed cycle is push-pull and is implemented for one revolution of the crankshaft of the piston engine as follows.
  • the exhaust valve When the engine piston approaches the BDC, the exhaust valve is opened and when the piston moves upward, the spent working fluid is discharged (FIG. 2). The working fluid is not fully discharged and the exhaust valve is closed 10-40 ° before the TDC and the spent working fluid is compressed, simultaneously by injecting fuel (Fig 3.)
  • the inlet valve When the piston reaches TDC, the inlet valve is opened and a fresh charge is inlet (Fig. 4), that is, air pre-compressed in a separate screw compressor and heated by exhaust gases in the regenerator-heat exchanger.
  • the maximum duration of the inlet phase is determined by the specified parameters of the working fluid (temperature, pressure, mass) at the end of the inlet so that the amount of working fluid in the cylinder at the end of the inlet corresponds to the maximum compressor capacity.
  • the duration of the inlet phase is changed simultaneously with a decrease in the amount of introduced fuel and compressor productivity with a decrease in load.
  • a proportional decrease in the intake phase the amount of fuel introduced and the compressor capacity, a decrease in engine power will not lead to a decrease in the thermal efficiency of the cycle with a decrease in load. Consequently, the change in the effective efficiency of the entire system depending on the load will not be as significant as that of traditional diesel and gasoline engines.
  • the performance of the compressor is controlled by one of the known methods used based on the readings of a pressure sensor.
  • the thermal efficiency will be significantly higher than the thermal efficiency of the Sabate-Trinkler cycle and may exceed 80%.
  • the mode of the proposed engine is two-stroke, therefore, the same power requires a significantly smaller cylinder volume than for a four-stroke diesel engine.
  • the mechanical efficiency of the proposed engine will be higher than the mechanical efficiency of the diesel engine.

Landscapes

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

Abstract

Operation method of a two-stroke internal combustion engine. Near-isothermal compression is carried out in a separate screw compressor with an injection of a cooling liquid. The heat of exhaust gases is used to heat a compressed working medium to a fuel auto-ignition temperature. At the end of an exhaust stroke, a specific quantity of the exhaust gases is compressed. During compression of the exhaust gases, an initial fuel injection is carried out with a specific advance angle. The engine power is adjusted by proportionally reducing the intake phase, the quantity of fuel taken in, and the compressor capacity.

Description

Способ работы двигателя внутреннего сгорания  The method of operation of the internal combustion engine
Область изобретения  Field of Invention
Изобретение относится к двигателестроению The invention relates to engine
Предпосылки создания изобретения BACKGROUND OF THE INVENTION
Известны двухтактные двигатели внутреннего сгорания, в которых сжатие рабочего тела осуществлялось в отдельном компрессоре, а подвод тепловой энергии и Two-stroke internal combustion engines are known in which the compression of the working fluid was carried out in a separate compressor, and the supply of thermal energy and
расширение непосредственно в цилиндре двигателя. При этом, как правило, expansion directly in the engine cylinder. In this case, as a rule,
предлагалось осуществлять сжатие в отдельном цилиндре, то есть фактически почти адиабатно. Такой способ работы из-за увеличения тепловых и газодинамических потерь не приводил к увеличению эффективности по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, работающими по циклу Отто или Дизеля. Одним из главных недостатков вышеуказанного типа двигателей являются потери при перетекании рабочего тела в цилиндры расширительной машины, которые it was proposed to compress in a separate cylinder, that is, almost almost adiabatically. Due to the increase in thermal and gas-dynamic losses, this method of operation did not lead to an increase in efficiency compared to internal combustion engines operating on the Otto or Diesel cycle. One of the main disadvantages of the above type of engine is the loss during the flow of the working fluid into the cylinders of the expansion machine
увеличиваются при повышении частоты вращения двигателя. Это связано с тем, что в известных аналогичных способах рабочее тело после такта расширения полностью выталкивается из цилиндра поршнем и остается только в так называемом мертвом пространстве, образованном днищем поршня и головкой блока. Давление в мертвом пространстве в момент открытия впускного клапана близко к атмосферному и при впуске происходит дросселирование сжатого рабочего тела, так как клапан открывается постепенно, а объем мертвого пространства будет в любом случае значителен. При увеличении частоты вращения двигателя рабочее тело не будет успевать заполнить объем мертвого пространства с заданным давлением при нахождении поршня в ВМТ и компенсировать увеличение объема надпоршневого пространства при движении поршня вниз. Так как впуск рабочего тела при данном способе начинается в момент, когда поршень достигает ВМТ, то впрыск и горение топлива может быть осуществлено только после ВМТ. Учитывая задержку воспламенения топлива, активная фаза горения может начаться при большой частоте вращения только через 20-30° поворота коленчатого вала после ВМТ. Такое позднее воспламенение приводит к неполному сгоранию топлива, потере эффективности и увеличению вредных выбросов в отработавших газах. increase with increasing engine speed. This is due to the fact that in known analogous methods, after the expansion stroke, the working fluid is completely pushed out of the cylinder by the piston and remains only in the so-called dead space formed by the piston crown and the head of the block. The pressure in the dead space at the time of opening the intake valve is close to atmospheric and at the inlet, the compressed working fluid is throttled, since the valve opens gradually, and the volume of dead space will be significant in any case. With increasing engine speed, the working fluid will not have time to fill in the dead space with a given pressure when the piston is in TDC and to compensate for the increase in the space above the piston when the piston moves down. Since the inlet of the working fluid with this method begins at the moment when the piston reaches TDC, fuel injection and combustion can be carried out only after TDC. Given the delay in fuel ignition, the active phase of combustion can begin at a high speed only after 20-30 ° of crankshaft rotation after TDC. Such late ignition leads to incomplete combustion of the fuel, loss of efficiency and increase of harmful emissions in the exhaust gases.
Наиболее близкими к предлагаемому способу являются способы работы двигателя, описанные в патентах US 4040400, дата публикации: 9.08.1977 и RU 2246625 дата публикации: 20.05.2005, а также в заявке автора РСТ /RU2015/000010. Способы работы, описанные в указанных патентах, предусматривают изотермическое сжатие с последующим нагревом сжатого рабочего тела отработавшими газами, но сжатие предлагается осуществлять в поршневом многоступенчатом компрессоре с промежуточным охлаждением. Политропа сжатия поршневого компрессора составляет в среднем 1,3, то есть ближе к адиабате, а промежуточное охлаждение не уменьшает работу сжатия. Термодинамический эффект от применения сжатия с промежуточным охлаждением и последующим нагревом сжатого рабочего тела отработавшими газами все же будет, но он будет менее значителен. Учитывая низкий объемный и Closest to the proposed method are engine operating methods described in US Pat. No. 4,040,400, publication date: 08/09/1977 and RU 2246625 publication date: 05/20/2005, as well as in the author's application PCT / RU2015 / 000010. The methods of operation described in these patents provide for isothermal compression followed by heating the compressed working fluid with exhaust gases, but compression is proposed to be carried out in a reciprocating multistage compressor with intermediate cooling. The compression polytropic compression piston compressor averages 1.3, i.e. closer to the adiabat, and intermediate cooling does not reduce the compression work. The thermodynamic effect of applying compression with intermediate cooling and subsequent heating of the compressed working fluid with exhaust gases will still be, but it will be less significant. Given the low volume and
механический КПД поршневых многоступенчатых компрессоров данный эффект будет сведен к минимуму или к нулю. Значительного увеличения термодинамической эффективности способа работы двигателя со сжатием в отдельном компрессоре, а подводом тепла и расширением непосредственно в цилиндре, можно добиться только при применении сжатия, максимально близкого к изотермическому, использовании тепловой энергии mechanical efficiency of reciprocating multistage compressors this effect will be minimized or zero. A significant increase in the thermodynamic efficiency of the method of engine operation with compression in a separate compressor, and by applying heat and expanding directly in the cylinder, can be achieved only by applying compression that is as close to isothermal as possible, using thermal energy
отработавших газов для последующего нагрева сжатого рабочего тела до температуры самовоспламенения и минимизации механических потерь при реализации. exhaust gases for subsequent heating of the compressed working fluid to a temperature of self-ignition and to minimize mechanical losses during implementation.
Для эффективного сжатия в отдельном компрессоре политропа сжатия должна быть в реальных условиях близка к значению 1,1 и весь процесс сжатия предпочтительно осуществить одноступенчато с минимальными механическими потерями и высоким объемным КПД. Также в указанных способах при впуске рабочего тела в расширительный цилиндр будет происходить дросселирование, уменьшающее эффективность двигателя. А позднее воспламенение вследствие впрыска топлива после ВМТ уменьшит For effective compression in a separate compressor, the polytropic compression should be close to 1.1 in real conditions and it is preferable to carry out the entire compression process in one step with minimal mechanical losses and high volumetric efficiency. Also, in these methods, at the inlet of the working fluid into the expansion cylinder, throttling will occur, which reduces the efficiency of the engine. And later ignition due to fuel injection after TDC will reduce
эффективность сгорания топлива и увеличит вредные выбросы в особенности на средних и высоких оборотах. fuel combustion efficiency and increase harmful emissions, especially at medium and high speeds.
Сущность изобретения SUMMARY OF THE INVENTION
Главной целью предлагаемого способа является повышение КПД двухтактного двигателя внутреннего сгорания с внешним сжатием за счет более эффективного применения термодинамического цикла с изотермическим сжатием и регенерацией тепловой энергии выхлопных газов, а также за счет оптимизации процессов впуска рабочего тела и сгорания топлива. The main goal of the proposed method is to increase the efficiency of a two-stroke internal combustion engine with external compression due to a more efficient use of the thermodynamic cycle with isothermal compression and regeneration of thermal energy of the exhaust gases, as well as by optimizing the processes of intake of the working fluid and fuel combustion.
Теоретический термодинамический цикл предлагаемого способа работы, включает: изотермическое сжатие - регенеративный подвод теплоты - изобарный (изохорно- изобарный) подвод теплоты - адиабатическое расширение - изохорный (изобарный) отвод теплоты. Теоретическая эффективность предлагаемого цикла при условии идеальной регенерации тепловой энергии отработавших газов будет максимально близка к эффективности идеального цикла Карно для заданной разности температур. The theoretical thermodynamic cycle of the proposed method of operation includes: isothermal compression - regenerative heat supply - isobaric (isochoric-isobaric) heat supply - adiabatic expansion - isochoric (isobaric) heat removal. The theoretical efficiency of the proposed cycle, provided that the exhaust heat is perfectly regenerated, will be as close as possible to the efficiency of the ideal Carnot cycle for a given temperature difference.
Для эффективного изотермического сжатия в отдельном компрессоре политропа сжатия должна быть максимально близка к изотерме или в реальных условиях к значению 1,1. При этом весь процесс сжатия предпочтительно осуществить For effective isothermal compression in a separate compressor, the compression polytropic should be as close as possible to the isotherm or in real conditions to a value of 1.1. Moreover, the entire compression process is preferably carried out
одноступенчато с минимальными механическими потерями и высоким объемным КПД.single-stage with minimal mechanical losses and high volumetric efficiency.
В настоящее время только винтовые компрессоры с впрыском масла или охлаждающей жидкости отвечают таким требованиям. Currently, only screw compressors with oil or coolant injection meet these requirements.
Эффективная реализация цикла возможна при степени повышения давления в процессе изотермического сжатия от 18 и выше. Effective implementation of the cycle is possible with a degree of pressure increase in the process of isothermal compression from 18 and above.
В предлагаемом регенеративном цикле после изотермического сжатия воздуха и сепарации свежий заряд нагревают отработавшими газами в теплообменнике  In the proposed regenerative cycle, after isothermal air compression and separation, the fresh charge is heated with exhaust gases in a heat exchanger
(регенераторе) повышая температуру до 500-700°С. Для того чтобы избежать дросселирования при впуске рабочего тела в расширительный цилиндр и позднего воспламенения топлива, выпуск отработавшего рабочего тела должен быть осуществлен не полностью, то есть выпускной клапан закрывают раньше прихода поршня в ВМТ. Небольшое количество отработавших газов сжимают в конце такта выпуска, одновременно производя первоначальный впрыск топлива. (regenerator) increasing the temperature to 500-700 ° С. In order to avoid throttling at the inlet of the working fluid into the expansion cylinder and the late ignition of the fuel, the exhaust of the working fluid must not be fully exhausted, i.e., the exhaust valve must be closed before the piston arrives at TDC. A small amount of exhaust gas is compressed at the end of the exhaust stroke, while simultaneously producing an initial fuel injection.
Отработавшие газы будут предположительно иметь температуру 600-800°С и содержание кислорода около 10%. При степени сжатия 7 , например, температура отработавших газов в мертвом пространстве цилиндра повысится до 1600-1700°С, а давление до 15-16 бар. Впрыск топлива производят с определенным углом опережения по аналогии с дизельным двигателем. Активная фаза горения начнется уже до ВМТ как в дизельном двигателе, и давление возрастет до уровня давления во впускном трубопроводе (20-22 бар), а температура до максимальной заданной температуры рабочего тела. Степень сжатия отработавших газов может быть также увеличена до 10, тогда температура в момент прихода поршня в ВМТ будет уже приближена к максимальной заданной температуре рабочего тела, а значение давления приближено к давлению во впускном трубопроводе. В данном случае активная фаза горения должна быть инициирована в момент открытия впускного клапана. Exhaust gases will presumably have a temperature of 600-800 ° C and an oxygen content of about 10%. With a compression ratio of 7, for example, the temperature of the exhaust gases in the dead space of the cylinder will increase to 1600-1700 ° C, and the pressure to 15-16 bar. Fuel injection is carried out with a certain lead angle by analogy with a diesel engine. The active phase of combustion will begin already before TDC as in a diesel engine, and the pressure will increase to the pressure level in the intake pipe (20-22 bar), and the temperature will reach the maximum set temperature of the working fluid. The compression ratio of the exhaust gases can also be increased to 10, then the temperature at the time the piston arrives at the TDC will already be close to the maximum set temperature of the working fluid, and the pressure value will be close to the pressure in the inlet pipe. In this case, the active phase of combustion should be initiated at the moment of opening of the intake valve.
В момент прихода поршня в ВМТ или с определенным углом опережения открывают впускной клапан и производят впуск рабочего тела. При этом продолжают впрыск топлива для поддержания заданной температуры рабочего тела до окончания процесса впуска. При впуске по предлагаемому способу равномерно поступающий в цилиндр свежий заряд будет быстро нагреваться и занимать увеличивающийся объем  At the moment the piston arrives at the TDC or with a certain advance angle, the inlet valve is opened and the working fluid is inlet. At the same time, fuel injection is continued to maintain a given temperature of the working fluid until the end of the intake process. Upon inlet according to the proposed method, a fresh charge evenly entering the cylinder will quickly heat up and take up an increasing volume
надпоршневого пространства без падения давления и значимых потерь на over-piston space without pressure drop and significant losses on
дросселирование. throttling.
Описание чертежей Description of drawings
Фиг. 1 Общая схема устройства, работающего по предлагаемому способу. FIG. 1 General diagram of a device operating by the proposed method.
Фиг. 2, 3, 4, 5 Схематичное изображение работы двигателя при впуске, расширении и выпуске. Фиг. 6 PV-диаграмма цикла согласно предлагаемому способу. Описание варианта реализации изобретения FIG. 2, 3, 4, 5 Schematic representation of engine operation during inlet, expansion, and exhaust. FIG. 6 PV diagram of the cycle according to the proposed method. Description of an embodiment of the invention
Предлагаемый способ может быть реализован в поршневом двигателе, имеющем специальные системы впуска, выпуска и газораспределительного механизма, а также снабженном отдельным винтовым компрессором (фиг. 1) The proposed method can be implemented in a piston engine having special intake, exhaust and gas distribution systems, as well as equipped with a separate screw compressor (Fig. 1)
Устройство содержит следующие основные элементы: расширительная машина (двигатель) 1 , выпускной клапан 2, впускной клапан 3, регенератор 4 , сепаратор 5, компрессор 6, вентилятор 7, радиатор охлаждения компрессора 8. The device contains the following main elements: expansion machine (engine) 1, exhaust valve 2, intake valve 3, regenerator 4, separator 5, compressor 6, fan 7, compressor cooling radiator 8.
Винтовой компрессор с впрыском масла или воды снабжен системой охлаждения и сепарации впрыскиваемой жидкости. Регенератор представляет собой теплообменник, который может быть дополнен системой предпускового подогрева и системой нейтрализации вредных веществ. Расширительная машина или сам двигатель традиционной поршневой конструкции с кривошипно-шатунным механизмом. The screw compressor with oil or water injection is equipped with a cooling and separation system for the injected liquid. The regenerator is a heat exchanger, which can be supplemented by a pre-heating system and a system of neutralizing harmful substances. The expansion machine or the engine itself is a traditional piston design with a crank mechanism.
Впускной клапан должен быть специальной конструкции, предотвращающей The inlet valve must be specially designed to prevent
самопроизвольное открытие вследствие разности давлений, а также быть максимально уравновешенным, чтобы на его открытие не требовалось больших энергетических затрат. Привод впускного клапана должен быть снабжен механизмом регулирования длительности фазы впуска для регулирования мощности двигателя. spontaneous opening due to the pressure difference, as well as being as balanced as possible so that its opening does not require large energy costs. The intake valve actuator must be equipped with a mechanism for controlling the duration of the intake phase to control engine power.
Топливная система двигателя, в общем, может быть аналогична системам дизельных двигателей с непосредственным впрыском, но со специальным алгоритмом управления. The fuel system of the engine, in general, can be similar to diesel engines with direct injection, but with a special control algorithm.
Предлагаемый цикл является двухтактным и реализуется за один оборот коленчатого вала поршневого двигателя нижеследующим образом. The proposed cycle is push-pull and is implemented for one revolution of the crankshaft of the piston engine as follows.
Когда поршень двигателя приближается к НМТ, открывают выпускной клапан и при движении поршня вверх осуществляют выпуск отработавшего рабочего тела (фиг 2.) Выпуск рабочего тела осуществляют не полностью и за 10-40° до ВМТ закрывают выпускной клапан и осуществляют сжатие отработавшего рабочего тела, одновременно осуществляя впрыск топлива (фиг 3.) Когда поршень достигает ВМТ, открывают впускной клапан и осуществляют впуск свежего заряда (фиг 4.), то есть воздуха предварительно сжатого в отдельном винтовом компрессоре и нагретого отработавшими газами в регенераторе-теплообменнике. When the engine piston approaches the BDC, the exhaust valve is opened and when the piston moves upward, the spent working fluid is discharged (FIG. 2). The working fluid is not fully discharged and the exhaust valve is closed 10-40 ° before the TDC and the spent working fluid is compressed, simultaneously by injecting fuel (Fig 3.) When the piston reaches TDC, the inlet valve is opened and a fresh charge is inlet (Fig. 4), that is, air pre-compressed in a separate screw compressor and heated by exhaust gases in the regenerator-heat exchanger.
Максимальная длительность фазы впуска определяется заданными параметрами рабочего тела (температура, давление, масса) в конце впуска так, чтобы количество рабочего тела в цилиндре по окончании впуска соответствовало максимальной производительности компрессора. Длительность фазы впуска изменяют одновременно с уменьшением количества вводимого топлива и производительности компрессора при уменьшении нагрузки. При пропорциональном уменьшении фазы впуска, количества вводимого топлива и производительности компрессора снижение мощности двигателя не будет приводить к снижению теплового КПД цикла при уменьшении нагрузки. Следовательно, изменение эффективного КПД всей системы в зависимости от нагрузки будет не таким значительным как у традиционных дизельных и бензиновых двигателей. Производительность компрессора регулируют одним из известных используемых способов на основе показаний датчика давления. The maximum duration of the inlet phase is determined by the specified parameters of the working fluid (temperature, pressure, mass) at the end of the inlet so that the amount of working fluid in the cylinder at the end of the inlet corresponds to the maximum compressor capacity. The duration of the inlet phase is changed simultaneously with a decrease in the amount of introduced fuel and compressor productivity with a decrease in load. With a proportional decrease in the intake phase, the amount of fuel introduced and the compressor capacity, a decrease in engine power will not lead to a decrease in the thermal efficiency of the cycle with a decrease in load. Consequently, the change in the effective efficiency of the entire system depending on the load will not be as significant as that of traditional diesel and gasoline engines. The performance of the compressor is controlled by one of the known methods used based on the readings of a pressure sensor.
По окончании процесса впуска закрывают впускной клапан и осуществляют расширение рабочего тела (фиг. 5) At the end of the inlet process, close the inlet valve and carry out the expansion of the working fluid (Fig. 5)
По предварительным теоретическим расчетам цикла согласно предлагаемому способу работы тепловой КПД будет значительно выше теплового КПД цикла Сабатэ- Тринклера и может превышать 80%. According to preliminary theoretical calculations of the cycle according to the proposed method of operation, the thermal efficiency will be significantly higher than the thermal efficiency of the Sabate-Trinkler cycle and may exceed 80%.
Режим предлагаемого двигателя двухтактный, поэтому на одну и ту же мощность нужен значительно меньший объем цилиндров, чем для четырехтактного дизельного двигателя. Механический КПД предлагаемого двигателя будет выше механического КПД дизельного двигателя. The mode of the proposed engine is two-stroke, therefore, the same power requires a significantly smaller cylinder volume than for a four-stroke diesel engine. The mechanical efficiency of the proposed engine will be higher than the mechanical efficiency of the diesel engine.
На основании вышеизложенного можно предположить, что эффективный КПД предлагаемого двигателя сможет достичь и даже превысить 60%. Based on the foregoing, it can be assumed that the effective efficiency of the proposed engine can reach and even exceed 60%.

Claims

Формула изобретения  Claim
Способ работы двухтактного двигателя внутреннего сгорания с внешним сжатием в отдельном компрессоре и нагревом сжатого рабочего тела в регенераторе теплом отработавших газов, отличающийся тем, что сжатие осуществляют в винтовом компрессоре с впрыском охлаждающего агента в сжимаемый воздух, а в конце такта выпуска двигателя закрывают выпускной клапан расширительной машины раньше прихода поршня в верхнюю мертвую точку, осуществляют сжатие определенного количества отработавших газов, производят первоначальный впрыск топлива в сжимаемые отработавшие газы, продолжают впрыск топлива в течение фазы впуска поддерживая заданную температуру рабочего тела, при этом регулируют мощность двигателя пропорциональным уменьшением фазы впуска, количества вводимого топлива и производительности компрессора. The method of operation of a two-stroke internal combustion engine with external compression in a separate compressor and heating the compressed working fluid in the regenerator with exhaust gas heat, characterized in that the compression is carried out in a screw compressor with the injection of a cooling agent into compressible air, and at the end of the exhaust cycle of the engine, the expansion valve is closed machines before the piston arrives at top dead center, compress a certain amount of exhaust gas, produce the initial fuel injection in the squeeze s exhaust gases continue fuel injection during the intake phase of the working body while maintaining a predetermined temperature, the engine power is controlled proportional to the decrease in the intake phase, fuel quantity injected and the compressor performance.
PCT/RU2015/000815 2015-11-24 2015-11-24 Internal combustion engine operation method WO2017091098A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000815 WO2017091098A1 (en) 2015-11-24 2015-11-24 Internal combustion engine operation method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000815 WO2017091098A1 (en) 2015-11-24 2015-11-24 Internal combustion engine operation method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017091098A1 true WO2017091098A1 (en) 2017-06-01

Family

ID=58763805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000815 WO2017091098A1 (en) 2015-11-24 2015-11-24 Internal combustion engine operation method

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017091098A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4253738A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-04 Martin Buchberger Method for operating a cyclically driven piston motor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04209933A (en) * 1990-09-04 1992-07-31 Jinichi Nishiwaki Piston type engine
US20030049139A1 (en) * 2000-03-31 2003-03-13 Coney Michael Willoughby Essex Engine
US20050257523A1 (en) * 2004-05-22 2005-11-24 Proeschel Richard A Afterburning, recuperated, positive displacement engine
RU2012121102A (en) * 2009-10-23 2013-11-27 Ультрамо Лимитед HEAT ENGINE

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04209933A (en) * 1990-09-04 1992-07-31 Jinichi Nishiwaki Piston type engine
US20030049139A1 (en) * 2000-03-31 2003-03-13 Coney Michael Willoughby Essex Engine
US20050257523A1 (en) * 2004-05-22 2005-11-24 Proeschel Richard A Afterburning, recuperated, positive displacement engine
RU2012121102A (en) * 2009-10-23 2013-11-27 Ультрамо Лимитед HEAT ENGINE

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4253738A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-04 Martin Buchberger Method for operating a cyclically driven piston motor
WO2023187057A1 (en) * 2022-03-31 2023-10-05 Martin Buchberger Method for operating a cyclically driven piston engine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5007377B2 (en) Double six stroke itself cold engine
EP0463818B1 (en) Internal combustion engine and method
US20070022977A1 (en) Method and apparatus for operating an internal combustion engine
EP3114336B1 (en) Four-cycle internal combustion engine with pre-stage cooled compression
WO2012040431A1 (en) Turbocharged downsized compression cylinder for a split-cycle engine
CN114776439A (en) Split-cycle engine
RU2645888C1 (en) "two-start" internal combustion engine with preliminary cooled compression
WO2016114683A1 (en) Internal combustion engine and operating method therefor
EP2612013A1 (en) System and method for operating an internal combustion engine
JP4286419B2 (en) Piston type internal combustion engine
WO2017091098A1 (en) Internal combustion engine operation method
US20070277793A1 (en) Method for operating an internal combustion engine
JP2009062988A (en) Method of operating internal combustion engine, control device, and computer program
KR20200130832A (en) All working conditions Channel division Time division Supercharged intake variable compression ratio technology of internal combustion engine
WO2016048184A1 (en) Internal combustion engine and operating method
RU2477375C2 (en) Method of piston engine cycling and piston engine
EP3225808B1 (en) Compound engine
US20120067311A1 (en) Method for operating an engine arrangement
RU2747244C1 (en) Four-cylinder internal combustion engine with the addition of the fifth stroke
SU746126A1 (en) I.c.engine
RU2021119400A (en) METHOD FOR PROVIDING INCREASED EXHAUST TEMPERATURE AND REDUCED EMISSIONS DURING ENGINE PARTIAL LOAD AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THE METHOD
RU2625889C1 (en) Method of engine operation
RU101092U1 (en) HEAT ENGINE
KR20190006406A (en) non-comperss process 2cycle super-high-efficiency dieseal engine used atmospheric heat and fuel
RU2253740C2 (en) Internal combustion engine

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: 15909375

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 19.10.2018)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15909375

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1