A new conception of two-stroke engine with closed cycle

• Autorzy: Mitaniec W.

Warianty tytułu

PL

Nowa koncepcja silnika dwusuwowego w obiegu zamkniętym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Applying of a closed work cycle in the piston engine leads usually to delivering of heat to working medium through a heat exchanger (Stirling engine). The heat may get from any type of fuel in an external combustion chamber, which allows on precisely control of combustion process. The paper describes a new conception of two-stroke engine with working medium being in the close system, the best with the perfect gas as argon or helium. The engine has the conventional crank-piston system and an inlet and outlet valves placed in the cylinder head. The delivering process of working medium with high temperature from the heat exchanger takes place through the inlet valve during a few dozen degrees of CA rotation in piston position at TDC. Expansion stroke takes place until outlet valve opens shortly BBDC. The outlet period from the cylinder follows almost at constant pressure and at low temperature to an adiabatic chamber, from where the working medium is compressed by an adiabatic compressor to pressure near pressure being in the heat exchanger. The engine works in two-stroke cycle and enables to get low temperature and pressure as early as BDC through a long time of opening of the outlet valve. The paper presents the ideological scheme of the engine system and theoretical thermal cycle. On this basis one presents the mathematical description of the individual thermodynamic processes with determination of thermal parameters of the characteristic points of the cycle with taking into account of work of the compressor and amount of delivering heat to the exchanger. This article determines also the thermal efficiency of such closed cycle. The presented engine may have a practical applying as a stationary engine in energetic systems, where as fuel may be biomass, which globally influences on decreasing of CO₂ and NO_x by temperature control of the combustion process.

PL

Zastosowanie zamkniętego obiegu pracy w silniku tłokowym prowadzi zwykle do dostarczenia ciepła do czynnika roboczego poprzez wymiennik ciepła (silnik Stirlinga). Ciepło można uzyskać z dowolnego paliwa w zewnętrznej komorze spalania, co pozwala na dokładniejszą kontrolę procesu spalania. Artykuł opisuje nową koncepcję silnika dwusuwowego z czynnikiem roboczym będącym w układzie zamkniętym, najlepiej gazem doskonałym takim, jak hel czy argon. Silnik ma konwencjonalny układ korbowo-tłokowy oraz zawór dolotowy oraz zawór wylotowy umieszczone w głowicy. Proces dostarczenia czynnika gazowego o wysokiej temperaturze z wymiennika ciepła zachodzi przez zawór dolotowy przez kilkadziesiąt stopni OWK przy położeniu tłoka w GMP. Proces rozprężania odbywa się się do czasu otwarcia zaworu wylotowego krótko przed DMP. Okres wylotu gazu z cylindra następuje prawie przy stałym ciśnieniu i niskiej temperaturze do adiabatycznego zbiornika, skąd czynnik roboczy jest sprężany przez sprężarkę adiabatyczną do ciśnienia panującego w wymienniku ciepła. Silnik pracuje w cyklu dwusuwowym i zapewnia uzyskanie niskiej temperatury oraz ciśnienia począwszy od DMP przez długi czas otwarcia zaworu wylotowego. Artykuł przedstawia schemat ideowy układu oraz teoretyczny obieg cieplny. Na tej podstawie przedstawiono opis matematyczny poszczególnych przemian termodynamicznych z określeniem parametrów termicznych charakterystycznych punktów obiegu z uwzględnieniem pracy wykonanej przez sprężarkę oraz dostarczonego ciepła w wymienniku. W pracy określono również sprawność cieplną takiego obiegu. Przedstawiony silnik może mieć praktyczne zastosowanie jako silnik stacjonarny w układach energetycznych, gdzie paliwem może być biomasa, co globalnie wpływa na zmniejszenie emisji CO₂ oraz NO_x przez kontrolowanie temperatury procesu spalania.

Słowa kluczowe

EN

transport; combustion engine; thermal cycles; closed system

PL

transport; silnik spalinowy; obiegi cieplne; układ zamknięty

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 52, nr 3
• Strony: 604--611
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., wykr., pełen tekst na CD

Twórcy

autor

Mitaniec W.

• Faculty of Mechanical Engineering at Cracow University of Technology

Bibliografia

• [1] Blair P. G.: Design and simulation of two-stroke engines. SAE, 1996.
• [2] Dry M.E.: Catalytic aspects of industrial Fischer-Tropsch synthesis. Journal of Molecular Catalysis. 1982, 17, 133–144.
• [3] Fraidl G., Herzog P.: Multiple benefit technology development for gasoline-diesel-hybrid powertrains. Combustion Engines 1/2007(128), PTNSS-2007-SS1-202, Bielsko-Biała, 2007.
• [4] Guzella L., Onder C. H.: Introduction to modeling and control of internal combustion engine systems. Springer-Verlag, Berlin, 2010.
• [5] Heywood J. B., Internal Combustion Engine. Fundamentals, McGraw-Hill, New York, 1988.
• [6] Kowalewicz A., Wybrane zagadnienia samochodowych silników spalinowych, Wyższa Szkoła Inżynierska w Radomiu, Radom, 1996.
• [7] Kropiwnicki J., Comparison of energy efficiency of vehicles powered by different fuels. Combustion Engines 3/2012(150), PTNSS-2012-SS3-304, Bielsko-Biała, 2012.
• [8] Look D. C., Sauer H. J.: Engineering Thermodynamics. PWS Engineering, Boston, 1986.
• [9] Niewczas A., Gil L., Ignaciuk P.: Chosen aspects of biofuel usage on the example of Amelina oil metyl ester. Combustion Engines 1/2012(148), PTNSS-2012-SS1-112, Bielsko-Biała, 2012.
• [10]Ragland K., Bryden K.: Combustion Engineering. CRC Press Taylor & Francis Group, Boca Raton, FL, USA, 2011.
• [11]Rajewski A.: Plains End Power Station-gas reciprocating engines in a grid-stability power plant. Combustion Engines 2/2010 (141), PTNSS-2010-SS2-202, Bielsko-Biała, 2010.
• [12] Szargut J.: Termodynamika. PWN, Warszawa, 1975.
• [13] Szumanowski A., Hybrid electric vehicle drives fitted with combustion engines. Combustion Engines 1/2009(136), PTNSS-2009-SS1-102, Bielsko-Biała, 2009.
• [14] Żmudzki S., Silniki Sterlinga. WNT Warszawa 1993.