способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания
Классы МПК: | F02B75/12 прочие рабочие процессы F02G3/00 Силовые установки с двигателями объемного вытеснения, отличающиеся получением рабочего газа путем сгорания топлива в установке F02B37/00 Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа |
Патентообладатель(и): | Шадек Евгений Глебович |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-07-05 публикация патента:
10.03.1996 |
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. Цель изобретения - снижение затраты мощности на сжатие свежего заряда. Сущность изобретения: сжатие производят изотермически путем впрыска во впускной патрубок компрессора или непосредственно в ступени сжатия распыленной воды, а топливо сжигают в образовавшейся парогазовой смеси. Сжатую парогазовую смесь дополнительно сжимают за счет ее подогрева в теплообменнике-термокомпрессоре теплом отработавших газов. Энергию отработавших газов утилизируют за счет их дополнительного расширения в турбокомпрессоре, в котором предварительно сжимают воздушный заряд с впрыском в него воды. Система подачи воды в заявленном техническом решении может быть выполнена замкнутой за счет установки в ней холодильника-конденсатора. 2 с. и 6 з. п. ф-лы, 9 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9
Формула изобретения
1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания путем всасывания воздуха сжатия его в компрессоре, перепуска сжатого воздуха в поршневой расширитель сжигания топлива, расширения продуктов сгорания для использования работы расширения и выпуска отработавших газов, отличающийся тем, что сжатие воздуха производят изотермически путем отвода теплоты от сжимаемого воздуха на испарение впрыскиваемой воды и перевода последней в состояние насыщенного пара, а топливо сжигают в образовавшейся паровоздушной смеси. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что паровоздушную смесь дополнительно сжимают путем последовательного нагрева в замкнутых объемах теплом отработавших газов, причем смесь и отработавшие газы в процессе нагрева смеси перемещают противотоком. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что отработавшие газы после выпуска дополнительно расширяют и энергию расширения используют для предварительного сжатия воздуха перед всасыванием. 4. Способ по пп.1 - 3, отличающийся тем, что отработавшие газы охлаждают до конденсации паров воды, выпавший конденсат фильтрут и подают в компрессор в качестве воды на испарение. 5. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий компрессор, установленный в магистрали впуска и сжатия свежего заряда и снабженный впускным патрубком, поршневой расширитель, снабженный средствами сжигания толива в сжатом заряде и связанный с магистралью выпуска отработавших газов, и подогреватель сжатого заряда теплом отработавших газов, установленный между компрессором и расширителем, отличающийся тем, что компрессор выполнен многоступенчатым и снабжен средствами для впрыска и распыления воды, установленными во впускном патрубке и между ступенями. 6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что подогреватель сжатого заряда выполнен в виде противоточного поверхностного теплообменника-термокомпрессора, разделенного обратными клапанами на изолированные секции. 7. Двигатель по пп.5 и 6, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен холодильником-конденсатором и подключенными к нему последовательно водосборником, фильтром и насосом высокого давления, причем последний подсоединен к средствам для впрыска и распыления воды в компрессоре, а холодильник-конденсатор установлен в магистрали выпуска отработавших газов. 8. Двигатель по п.5 - 7, отличающийся тем, что многоступенчатый компрессор выполнен лопаточным.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению, в частности, к двигателестроению. Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания путем всасывания и изотермического сжатия воздуха в компрессоре, перепуска сжатого воздуха с одновременным его подогревом в поршневой расширитель, дополнительного адиабатического сжатия в последнем, сжигания топливного заряда, расширения продуктов сгорания для использования работы расширения и выпуска отработавших газов [1]Однако последующее после сжатия дополнительное сжатие именно в поршневом расширителе не позволяет достичь высокой экономичности работы двигателя, в частности из-за увеличения механических потерь в поршневом расширителе. Наиболее близким техническим решением к заявленному является способ работы двигателя путем всасывания и сжатия воздуха в компрессоре, перепуска сжатого воздуха в поршневой расширитель, сжигания топливного заряда, расширения продуктов сгорания для использования работы расширения и выпуска отработавших газов [2]
Недостатком прототипа является его низкая экономичность из-за тепловых потерь на сжатие воздуха в поршневом компрессоре. Целью изобретения является повышение технико-экономических и экологических показателей. Поставленная цель достигается тем, что в способе работы двигателя внутреннего сгорания, заключающемся во всасывании и сжатии в компрессоре воздуха, его перепуске в поршневой расширитель, сжигании топливного заряда, расширении продуктов сгорания для использования работы расширения и выпуска отработавших газов, сжатие производят изотермически путем отвода теплоты от сжимаемого воздуха на испарение до состояния насыщения впрыскиваемой в последний воды, а топливный заряд сжигают в образовавшейся паровоздушной смеси. Цель может также достигаться тем, что паровоздушную смесь дополнительно сжимают путем последовательного нагрева в замкнутых объемах теплом отработавших газов в противотоке. Цель достигается также тем, что отработавшие газы дополнительно расширяют и энергию их расширения используют для предварительного сжатия воздуха перед всасыванием. Цель достигается также тем, что отработавшие газы охлаждают до конденсации, выпавший при этом конденсат фильтруют и подают в компрессор в качестве воды на испарение. На фиг. 1 представлен двигатель внутреннего сгорания, в котором реализуется предложенный способ; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 вариант двигателя для реализации способа по п.2 формулы; на фиг.4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг.5 вариант двигателя для реализации способа по п.3 формулы; на фиг. 6 то же, для реализации способа по п.4 формулы; на фиг.7 теоретические диаграммы P-V-циклов известных двигателей с самовоспламенением заряда и принудительным его воспламенением; на фиг.8 то же, двигателей, в которых реализуется предложенный способ; на фиг.9 то же, двигателей, в которых реализуется способ по п.2 формулы. Двигатель содержит компрессор 1, например многоступенчатый, установленный в магистрали 2 впуска сжатого заряда, снабженный впускным патрубком 3, поршневой расширитель 4, снабженный средствами 5 воспламенения и сжигания топливного заряда и связанный с магистралью 2 впуска и с магистралью 6 выпуска отработавших газов, и подогреватель 7 сжатого заряда теплом отработавших газов, установленный между компрессором 1 и расширителем 4, причем компрессор 1 выполнен лопаточным и снабжен устройством 8 впрыска и распыления воды, установленным во впускном патрубке 3 и в ступенях сжатия компрессора 1. Компрессор 1 может быть связан с валом расширителя 4 при помощи редуктора 9. Для реализации способа работы по п.2 формулы изобретения подогреватель 7 может быть выполнен в виде противоточного поверхностного теплообменника-термокомпрессора, разделенного обратными клапанами 10 на изолированные секции 11. Для реализации способа по п.3 формулы двигатель может быть снабжен турбокомпрессором 12, установленным перед впускным патрубком 3 компрессора 1. Для реализации способа по п.4 формулы двигатель может быть снабжен холодильником-конденсатором 13 и подключенными к нему последовательно водосборником 14, фильтром 15 и насосом 16 высокого давления, причем насос 16 подсоединен к устройству 8 впрыска и распыления воды, а холодильник-конденсатор 13 установлен в магистрали 6 выпуска отработавших газов. Холодильник-конденсатор 13 может быть выполнен в виде радиатора 17 и осевого вентилятора 18, просасывающего через него воздух. Заявленный способ реализуется следующим образом. Атмосферный воздух засасывается многоступенчатым центробежным или осевым компрессором 1, например, связанным с поршневым расширителем 4 посредством редуктора 9, и сжимается. Во впускном патрубке 3 компрессора 1 с помощью устройства впрыска и распыления 8, например, прямоструйных или центробежных форсунок, а также между ступенями компрессора 1 впрыскивается с мелкодисперсным распылом вода (или другая жидкость с меньшей теплотой испарения), за счет чего сжатие осуществляется изотермически. Тонкий распыл обеспечивается высоким давлением (20-50 МПа) воды, создаваемым насосом 16 (фиг.6) и небольшим проходным сечением сопловых отверстий форсунок (0,1-0,8 мм). Как известно, в изотермическом процессе сжатия при Т const достигается минимальное количество работы. Реальный процесс близок к политропному с показателем политропы сжатия n, изменяющимся в пределах n 1,32-1,39. Как показывает расчетный теоретический анализ, работа сжатия в политропном процессе с n 1,36 больше, чем в изотермическом на величину от 6% при конечном давлении сжатия Рс 2
![способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2055997](/images/patents/417/2055016/729.gif)
![способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2055997](/images/patents/417/2055016/729.gif)
![способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2055997](/images/patents/417/2055344/981.gif)
Подогрев в указанном способе может быть осуществлен в противоточном поверхностном теплообменнике-термокомпрессоре, разделенном обратными клапанами 10 на изолированные секции 11. Нагрев воздуха в теплообменнике происходит при постоянном объеме с соответствующим повышением давления прямо пропорционально абсолютной температуре нагрева Тн. Такой режим обеспечивается конструкцией теплообменника и условиями теплообмена. В каждой секции 11 заключена в герметичном объеме между обратными клапанами 10 порция сжатого в компрессоре 1 заряда. Эта порция должна превышать максимальную разовую подачу заряда в цилиндр расширителя 4. При работе двигателя температура воздуха Тг вдоль подогревателя 7 по секциям устанавливается в соответствии с температурой Тг отработавших газов: значение Тг убывает по ходу движения отработавших газов, например с 800 до 400 К, значение Тн возрастает от первой до последней секции, например с 350 до 700 К. Соответственно абсолютной температуре Тн, а именно прямо пропорционально ей, устанавливается и абсолютное давление в каждой секции 11 (имеются в виду усредненные для секций значения Тн и Р) в соответствии с уравнением состояния
PV GRT, где Р и Т абсолютные значения давления (Па) и температура (К);
G весовое количество и объем воздуха в секции, кг
![способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2055997](/images/patents/417/2055016/729.gif)
R универсальная газовая постоянная, Дж/кг
![способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания, патент № 2055997](/images/patents/417/2055016/729.gif)
Класс F02B75/12 прочие рабочие процессы
Класс F02G3/00 Силовые установки с двигателями объемного вытеснения, отличающиеся получением рабочего газа путем сгорания топлива в установке
Класс F02B37/00 Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа