способ работы двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ путем подачи в цилиндры двигателя топлива и всасывания искусственной газовой смеси, сжатия, воспламенения, сгорания, расширения продуктов сгорания, перепуска меньшей части отработавших газов на всасывание, а большей - на охлаждение посредством их контакта с жидкостью из системы охлаждения с образованием газовой смеси, и разделения охлажденных отработавших газов на первый и второй потоки, причем первый поток удаляют, а второй подогревают меньшей частью отработавших газов, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, второй поток охлажденных отработавших газов обогащают кислородом при их нагреве меньшей частью отработавших газов до температуры перегрева пара в газовой смеси и подают на всасывание.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для энергоснабжения транспортного средства или первичного двигателя передвижной электростанции для работы в условиях аномального состояния окружающей среды (массовых пожаров, повышенной запыленности, загазованности токсичными компонентами и т. д. ).

Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания с системой рециркуляции отработавших газов [1] . Основным недостатком такого способа работы двигателя внутреннего сгорания является его низкая экономичность, обусловленная наличием значительного числа операций для осуществления рабочего цикла, и, как следствие, сложность размещения на транспортном средстве (или передвижной электростанции) соответствующих узлов и аппаратов, а также значительных запасов хладагента (например воды) для снятия теплоизбытков энергоустановки.

Известен также способ работы двигателя внутреннего сгорания по рециркуляционному (полузамкнутому) циклу, при котором отработавшие газы из двигателя частично перепускают с выпуска на всасывание. Оставшуюся их большую часть охлаждают путем впрыска воды с одновременной конденсацией водяных паров, содержащихся в отработавших газах, затем разделяют на два потока. Меньшую часть газов сжимают и удаляют в окружающую среду, а большую их часть очищают от капельной влаги, обогащают кислородом, подогревают бесконтактным способом за счет использования энергии отработавших газов и отправляют на всасывание дизеля [2] .

Основным недостатком данного способа работы двигателя в указанных условиях является его низкая эффективность, обусловленная необходимостью размещения на транспортном средстве значительных запасов воды (для снятия теплоизбытков энергоустановки в целом и в том числе для глубокого охлаждения отработавших газов с одновременной конденсацией из их состава водяных паров) и невозможностью использования для этих целей окружающей среды (например, путем устройства радиаторной системы охлаждения энергоустановки).

Цель изобретения - повышение эффективности функционирования двигателя внутреннего сгорания в качестве энергоисточника транспортного средства или первичного двигателя передвижной электростанции в условиях аномального состояния окружающей среды. Поставленная цель достигается тем, что большую часть газов, используемую для формирования газовой смеси, охлаждают одновременно с водой внешнего контура системы охлаждения двигателя за счет испарения последней, полученную парогазовую смесь частично удаляют в окружающую среду, а оставшуюся ее часть смешивают с кислородом, нагревают до температуры перегрева пара в газовой смеси путем смешивания с горячими перепускаемыми газами и направляют на всасывание двигателя.

Отличительными признаками изобретения являются: наличие процесса газоиспарительного охлаждения энергоустановки и нагрев газовой смеси перед ее подачей на всасывание двигателя путем перепуска горячих газов с выпуска на всасывание до температуры перегрева пара, находящегося в составе газовой смеси, исключающий необходимость конденсации влаги из состава газовой смеси путем ее глубокого охлаждения. Это позволит осуществить функционирование энергоустановки в аномальных условиях с малым потреблением охлаждающей жидкости и исключает необходимость для этой цели окружающей среды.

Заявляемый способ работы двигателя внутреннего сгорания представляет собой такую последовательность операций: горячие отработавшие газы двигателя частично перепускают с выпуска на всасывание. Оставшуюся большую часть газов охлаждают одновременно с водой внешнего контура системы охлаждения двигателя путем их контакта за счет испарения последней, затем полученную парогазовую смесь частично удаляют в окружающую среду, а оставшуюся часть смешивают с кислородом, нагревают до температуры перегрева пара в газовой смеси путем смешения с горячими перепускаемыми газами и направляют на всасывание двигателя.

Таким образом, отличительные особенности изобретения сообщают ему признаки, соответствующие критерию "существенные отличия". Технические решения с указанной совокупностью признаков отсутствуют, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного способа работы двигателя внутреннего сгорания критерию "новизна".

На чертеже представлена принципиальная схема устройства, реализующего заявляемый способ работы двигателя внутреннего сгорания.

Устройство включает в себя двигатель внутреннего сгорания 1, поверхностный охладитель 2, контактный охладитель 3 испарительного типа, смеситель 4, циркуляционные насосы 5 внутреннего контура и 6 внешнего контура системы охлаждения двигателя, регулятор 7 расхода кислорода, регулятор 8 перепуска горячих отработавших газов, баллон 9 с газообразным кислородом, редуктор 10, запорные устройства 11, 12, 13.

Устройство функционирует следующим образом.

При заборе двигателем воздуха на горение из окружающей среды запорное устройство 12 открыто, а регуляторы 7, 8, запорное устройство 13 закрыты. В этом случае двигатель работает на атмосферном воздухе. Отработавшие газы на выходе из двигателя 1 поступают в контактный охладитель 3, где путем контакта с водой внешнего контура системы охлаждение двигателя охлаждаются одновременно с ней за счет частичного испарения последней и затем удаляются в окружающую среду, а охлажденная до температуры мокрого термометра газов вода внешнего контура забирается из контактного охладителя 3 насосом 6 и подается в поверхностный охладитель 2 для охлаждения воды внутреннего контура системы охлаждения двигателя, там нагревается и затем опять поступает в контактный охладитель 3 для последующего охлаждения.

При переводе работы двигателя на полузамкнутый цикл одновременно закрывается запорное устройство 12 и открываются регуляторы 7, 8 и запорные устройства 11, 13.

Отработавшие газы на выходе из дизеля частично перепускаются с выпуска на всасывание через регулятор 8, а оставшаяся часть газов направляется в контактный охладитель 3, где охлаждается одновременно с водой внешнего контура системы охлаждения двигателя, за счет испарения последней. Парогазовая смесь на выходе из охладителя 3 частично удаляется в окружающую среду, а оставшаяся большая часть через запорное устройство 13 поступает в смеситель 4, куда через регулятор 7, редуктор 10, запорное устройство 11 из баллона 9 в необходимом количестве поступает кислород. Образовавшаяся смесь нагревается горячими газами, количество которых регулируется положением регулятора 8, до температуры перегрева пара в газовой смеси (например 120-150^оС) и подается на всасывание двигателя.

Технико-экономическая эффективность заявляемого способа работы двигателя внутреннего сгорания заключается в следующем: повышается эффективность функционирования двигателя внутреннего сгорания в качестве энергоисточника транспортного средства или первичного двигателя передвижной электростанции в условиях аномального состояния среды за счет того, что, с одной стороны, нагрев газовой смеси до температуры перегрева пара предотвратит конденсацию водяных паров (которых может быть в газовой смеси до 50-60 об. % ) на зеркале цилиндра, а, с другой стороны, предотвратит отрицательное влияние насыщенных водяных паров на протекание рабочего процесса в цилиндрах двигателя, так как перегретый водяной пар по своим свойствам приближается к инертному газу, что позволит в целом осуществить испарительное охлаждение двигателя, работающего по полузамкнутому циклу, и значительно сократить расход воды на его функционирование.