Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания с предварительно охлаждаемой компрессией - RU2016138802A

1. Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, включающий в себя:

один или несколько цилиндров сгорания, каждый цилиндр имеет общий объем цилиндра, объем камеры сгорания, объем впуска, верхнюю мертвую точку (ВМТ) и нижнюю мертвую точку (НМТ), и каждый цилиндр содержит осевой поршень для возвратно-поступательного движения, которой механически соединен с коленчатым валом и маховиком, где каждый цилиндр выполняет четырехтактный процесс сгорания, состоящий из такта впуска, во время которого поршень движется по оси по направлению к НМТ цилиндра и всасывает объем впуска воздушно-топливной смеси в цилиндр, затем следует такт сжатия, во время которого поршень движется по оси по направлению к ВМТ цилиндра и сжимает воздушно-топливную смесь до необходимого объема предварительного зажигания, необходимого давления компрессии предварительного зажигания, необходимой температуры компрессии предварительного зажигания, затем следует искровое зажигание воздушно-топливной смеси, что приводит поршень к НМТ цилиндра в такте рабочего хода, затем следует такт выхлопа, во время которого поршень движется к ВМТ цилиндра и выводит выхлопной газ из цилиндра до начала следующего такта впуска, и где объем цилиндра - это объем внутри цилиндра, когда поршень находится в НМТ (нижняя мертвая точка), а объем камеры сгорания - это объем внутри цилиндра, когда поршень находится в ВМТ (верхняя мертвая точка), и где отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания определяет степень сжатия, и где степень сжатия больше 18;

один или несколько предварительных воздушных компрессоров, каждый компрессор имеет объем воздушного компрессора, где каждый компрессор сжимает объем воздуха в компрессоре из окружающей среды при атмосферном давлении и при температуре окружающей среды, чтобы сгенерировать объем сжатого предварительно всасываемого воздуха, имеющего температуру перед впуском и давление перед впуском в значении более чем 2.1 бара;

один или несколько теплообменников, в которых объем сжатого предварительно всасываемого воздуха охлаждается, без увеличения в объеме, до давления всасываемого воздуха в более чем 1.8 бара и до впуска воздуха,

где теплообменники регулируются таким образом, что температура всасываемого воздуха остается постоянной, вне зависимости от температуры окружающей среды, и таким образом температура всасываемого воздуха остается достаточно низкой, при этом температура компрессии предварительного зажигания, при заданной степени сжатия, остается постоянной - на уровне ниже температуры самовоспламенения топлива; и

где объем всасываемого воздуха увеличивается в цилиндре сгорания во время интервала в такте впуска, в котором поршень приближается к НМТ цилиндра, таким образом, что объем впуска каждого цилиндра сгорания охлаждается до температуры холодного впуска, которая как минимум на 50°С ниже, чем температура всасываемого воздуха, и где увеличение объема всасываемого воздуха в цилиндре сгорания регулируется таким образом, что температура холодного впуска достаточно низка, чтобы температура сжатия предварительного зажигания, при установленной степени сжатия, была ниже температуры самовоспламенения топлива.

2. Двигатель по п. 1, где теплообменники отрегулированы таким образом, что температура всасываемого воздуха может быть скорректирована с целью достижения любой из нескольких возможных температур сжатия предварительного зажигания, и где каждая из возможных температур сжатия предварительного зажигания соответствует одной из множества возможных установленных степеней сжатия, или одной или нескольким возможным температурам самовоспламенения топлива, или комбинации одной или нескольких возможных установленных степеней сжатия и одной или нескольких возможных температур самовоспламенения топлива.

3. Двигатель по п. 1 либо 2, где каждый из предварительных воздушных компрессоров включает в себя цилиндр компрессора и поршень компрессора, и где цилиндр компрессора имеет общий объем цилиндра, ВМТ и НМТ, и поршень компрессора механически соединен с коленчатым валом и маховиком, и где каждый из цилиндров компрессора осуществляет, одновременно с четырехтактным процессом сгорания, процесс сжатия из четырех стадий, включающий в себя стадию впуска первым компрессором, во время которой поршень компрессора движется по оси по направлению к НМТ цилиндра компрессора и относит первый частичный объем воздуха из окружающей среды, равный объему воздуха в компрессоре и равный общему объему цилиндра компрессора, в цилиндр компрессора, затем следует первая стадия сжатия компрессором, во время которой поршень компрессора движется по оси по направлению к ВМТ цилиндра компрессора и сжимает первый частичный объем воздуха из окружающей среды в воздушном резервуаре предварительного всасывания, затем следует вторая стадия впуска в компрессор, во время которой поршень движется по оси по направлению к НМТ цилиндра компрессора и относит второй частичный объем воздуха из окружающей среды, равный объему воздуха в компрессоре и равный общему объему цилиндра компрессора, затем следует вторая стадия сжатия компрессором, во время которой поршень компрессора движется по оси по направлению к ВМТ цилиндра компрессора и сжимает второй частичный объем воздуха из окружающей среды в воздушном резервуаре предварительного всасывания, и где сжатая первая часть объема и сжатая вторая часть объема воздуха из окружающей среды смешиваются в воздушном резервуаре предварительного всасывания, чтобы образовать сжатый объем воздуха предварительного всасывания.

4. Двигатель по п. 3, где общий объем цилиндра каждого из цилиндров компрессора равен половине общего объема цилиндра каждого из цилиндров сгорания.

5. Двигатель по п. 4, где объем впуска каждого цилиндра сгорания меньше, чем половина общего объема цилиндра каждого из цилиндров сгорания, и где такт впуска каждого цилиндра сгорания заканчивается до того, как поршень цилиндра сгорания достигает НМТ цилиндра сгорания.

6. Двигатель по п. 3, где объем впуска каждого цилиндра сгорания равен общему объему цилиндра каждого из цилиндров сгорания, и где такт впуска каждого цилиндра сгорания заканчивается, когда поршень цилиндра сгорания достигает НМТ цилиндра сгорания.

7. Двигатель по п. 6, где объем всасываемого воздуха увеличивается в воздушном резервуаре для впуска таким образом, что впускной объем каждого цилиндра сгорания охлаждается до температуры холодного впуска, которая, как минимум, на 50°С ниже, чем температура всасываемого воздуха, и где увеличение объема всасываемого воздуха в воздушном резервуаре для впуска регулируется таким образом, что температура холодного впуска достаточно низка, чтобы температура сжатия предварительного зажигания при установленной степени сжатия была ниже температуры самовоспламенения топлива.

8. Двигатель по п. 1 либо 2, где каждый из предварительных воздушных компрессоров включает в себя цилиндр компрессора и поршень компрессора, и где цилиндр компрессора имеет общий объем цилиндра, ВМТ и НМТ, и поршень компрессора механически соединен с коленчатым валом и маховиком, и где каждый из цилиндров компрессора осуществляет, одновременно с процессом сгорания в четырехтактном двигателе, процесс сжатия-выхлопа из четырех стадий, включающий в себя стадию впуска воздуха компрессором, во время которой поршень компрессора движется по оси по направлению к НМТ цилиндра компрессора и относит объем воздуха компрессора из окружающей среды, равный общему объему цилиндра компрессора, в цилиндр компрессора, затем следует стадия сжатия воздуха компрессором, во время которой поршень компрессора движется по оси по направлению к ВМТ цилиндра компрессора и сжимает объем воздуха компрессора из окружающей среды в воздушном резервуаре предварительного всасывания, затем следует стадия выхлопа и расширения в компрессоре, во время которой поршень компрессора движется по оси по направлению к НМТ цилиндра компрессора под воздействием расширения выхлопного газа из цилиндра сгорания в цилиндр компрессора, затем следует стадия выхлопа, во время которой поршень компрессора движется по оси по направлению к ВМТ цилиндра компрессора и выводит выхлопной газ из цилиндра компрессора.

9. Двигатель по п. 8 , где общий объем цилиндра каждого из цилиндров компрессора больше или равен общему объему цилиндра каждого из цилиндров сгорания.

10. Двигатель по п. 9, где некоторые или все предварительные воздушные компрессоры являются осевыми воздушными компрессорами, и где выхлопной газ из каждого цилиндра сгорания отводится, во время такта выхлопа цилиндра сгорания, в вытяжную турбину, таким образом расширение выхлопных газов приводит в движение вытяжную турбину, и таким образом вытяжные турбины регенерируют энергию из выхлопного газа.