Inside cylinder processes modeling in an internal combustion engine with heat regeneration
| Author |
|---|
Lus, Tomasz |
| Date | Volume | Issue | Start Page | End Page |
|---|---|---|---|---|
2012 | 44 | 2 | 131 | 143 |
Works on construction of a piston internal combustion engine with heat regeneration modeled on Stirling engine are carried out in Marine Power Plant Department of Polish Naval Academy. The essence of the project is that the engine will have characteristics of both diesel and Stirling engines. This engine is structurally similar to βtype Stirling engine that implements the open cycle. This engine is characterized in that the compression and heat delivery from the regenerator performs as in the Stirling cycle, while providing heat from the combustion and expansion as it pursues in diesel cycle. The exhaust gases dissipate heat to the regenerator before they are removed from the cylinder and replaced with cold air. Heat stored in the regenerator is used to the compressed air in the next cycle. The main advantage of the proposed solution is that: heat delivery occurs in an internal combustion process without losses of exchange and allows for a short pulse of higher temperature than in the Stirling engine. High temperature working medium, as in diesel engine and heat recovery as in Stirling engine provides high engine performance that is the subject of the project. Current research is limited to the engine construction model studies. Theoretical cycle of the engine actually shows the efficiency close to Carnot cycle efficiency at the same temperatures. In practice there are deviations from the theoretical cycle, hence to implement the necessary studies, were modeled the processes taking place inside the cylinder. Both the existing models of internal combustion engines and Stirling engines fired models allow direct modeling of the proposed workflow engine. A model which is a combination of typical elements in the modeling process in the engines of both types is presented in the paper.
В отделе Морского электрооборудования Польской военной морской академии выполнены конструкционные работы по моделированию конструкции поршневого регенерационного двигателя внутреннего сгорания в соответствие с прототипом двигателя Стирлинга. Сущность проекта составляет желание иметь спроектированный двигатель, характеристики которого будут отражать положительные качества обоих дизельного и Стирлинга двигателей. Этот двигатель структурно похожий на β-типа двигатель Стирлинга, который работает по открытому циклу. Такой двигатель отличается тем, что процессы сжатия и подвода регенерационной теплоты выполняются таким же образом, как и в цикле Стирлинга, а выделение теплоты в процессе сгорания и сам процесс расширения происходит как в дизельном цикле. Теплота отработавших газов, прежде чем устранить их из цилиндра и заменить свежим воздухом, отводится в регенератор. В регенераторе накопленная теплота используется в следующем цикле вместе с сжатым воздухом. Основным преимуществом такого решения является то, что подвод теплоты в процессе внутреннего сгорания происходит без потерь в процессе газообмена и в течение короткого такта позволяет достичь большей, чем в двигателе Стирлинга, температуру газов. Высокая температура рабочей среды как в дизельном двигателе и регенерация теплоты как в двигателе Стирлинга гарантируют эффективную работу двигателя, что и составляет сущность этого проекта. В настоящее время выполняется студия моделирования конструкции такого двигателя. Теоретический цикл двигателя на самом деле показывает эффективность близкую циклу Карно при одинаковых температурах. Практически отмечаются отклонения от теоретического цикла, поэтому в целях выполнения намеченных студий, процессы моделирования выполняются в цилиндре двигателя. Оба, существующие модели двигателей внутреннего сгорания и модели рабочих процессов двигателей Стирлинга позволяют выполнить прямое моделирование предложенного рабочего процесса двигателя. Модел, который описывает типичную комбинацию элементов процесса моделирования для обоих типов двигателей, представлен в этой статье.
Lenkijos karinio jūrų laivyno akademijos Jūrų elektros įrengimų skyriuje atlikti stūmoklinio regeneratorinio vidaus degimo variklio konstravimo darbai modeliuojant pagal Sirlingo variklio prototipą. Projekto esmę sudaro tai, kad suprojektuotas variklis turės abiem dyzelinio ir Stirlingo varikliams būdingų charakteristikų. Šis variklis struktūriškai yra panašus į β-tipo Stirlingo variklį, kuris veikia pagal atvirą ciklą. Toks variklis pasižymi tuo, kad suspaudimo ir regeneruotos šilumos tiekimo procesai atliekami tokiu pat būdu kaip Stirlingo cikle, tuo tarpu šilumos išsiskyrimas degimo procese ir išsiplėtimo procesai vyksta kaip dyzeliniame cikle. Šiluma išmetamų deginių, prieš pašalinant juos iš cilindro ir pakeičiant šviežiu oru, nuvedama į regeneratorių. Regeneratoriuje sukaupta šiluma kartu su suspaustu oru yra panaudojama sekančio ciklo metu. Pagrindinis tokio sprendimo privalumas yra tas, kad šilumos tiekimas vidaus degimo procese vyksta be dujų apykaitos nuostolių ir per trumpą taktą leidžia pasiekti aukštesnę negu Stirlingo variklio temperatūrą. Aukštos temperatūros darbinė aplinka kaip dyzeliniame variklyje ir šilumos regeneravimas kaip Stirlingo variklyje užtikrina efektyvų variklio darbą, kas ir sudaro šio projekto esmę. Dabartiniu metu atliekama tokio variklio konstrukcijos modeliavimo studija. Teorinis variklio ciklas iš tikrųjų rodo efektyvumą artimą Karno ciklui, esant toms pačioms temperatūroms. Praktiškai yra pastebimi nukrypimai nuo teorinio ciklo, taigi siekiant įgyvendinti reikiamas studijas, modeliavimo procesai atliekami cilindro viduje. Abu, esami vidaus degimo variklių modeliai ir Stirlingo variklių darbo proceso modeliai leidžia atlikti tiesioginį pasiūlyto variklio darbinio proceso modeliavimą. Modelis, kuris aprašo tipinę modeliavimo proceso elementų kombinaciją abiejų tipų varikliuose, yra pateikiamas šiame straipsnyje.