Реализация высокоэффективных термодинамических циклов в двухтактных твердотопливных поршневых двигателях внутреннего сгорания судового назначения

Abstract

Результаты анализа мировых топливных ресурсов указывают на то, что наиболее распространенными ископаемыми топливами на земле являются твердые топлива. Специалисты считают, что при сохранении нынешних темпов их использования, запасов углей хватит, по крайней мере, еще на 400...450 лет. Низкая цена на этот вид топлива делает их использование привлекательной перспективой для применения в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Попытки создания двигателей, способных работать на твердых топливах, предпринимались на протяжении всего периода существования ДВС, начиная с работ Р. Дизеля по созданию его рационального двигателя. Однако на протяжении всего этого периода основные усилия специалистов были направлены на то, чтобы приспособить существующие типы поршневых двигателей, работающих на жидких или газообразных топливах, под использование угольного топлива в виде мелкодисперсной пыли, непосредственно подаваемой в рабочий цилиндр или впрыскиваемой в камеру сгорания в составе топливо- или водо- угольной суспензии. Первой попыткой разработать двигатель, который специально создавался под использование твердых топлив и позволял бы максимально использовать преимущества их агрегатного состояния, были работы американского инженера Joseph C. Firey, предложившего конструкцию с внутрицилиндровой газификацией твердого топлива. Впоследствии авторами был усовершенствован данный метод путем организации принудительной продувки слоя твердого топлива в процессе подвода теплоты к рабочему телу. Авторами была разработана и реализована численная модель рабочего процесса данного двигателя, с использованием которой выполнен ряд исследований, направленных на поиск новых подходов к организации рабочих процессов в твердотопливных двигателях со слоевым сжиганием. Эти подходы позволяют максимально использовать особенности подготовки воздушного заряда к сгоранию и управляемого процесса подвода теплоты для повышения термодинамической эффективности рабочего цикла. Обсуждению результатов этого исследования посвящена данная статья.An analysis of global fuel resources indicates that the most common fossil fuels on earth are solid fuels. Experts believe that while maintaining the current pace of their use, coal reserves will be enough for at least another 400...450 years. The low price of this type of fuel makes their use an attractive prospect for use as engine fuel for internal combustion engines. Attempts to create engines capable of working on solid fuels have been made throughout the entire period of the ICE's existence, starting with the work of R. Diesel to create its rational engine. However, throughout this period, the main efforts of specialists were aimed at adapting existing types of piston engines operating on liquid or gaseous fuels for the use of coal fuel in the form of fine d ust di-rectly supplied to the working cylinder, or injected into the combustion chamber in composition of a fuel or water-coal suspen-sion. The first attempt to develop an engine that was specially created for the use of solid fuels and which would maximize the advantages of their state of aggregation was the work of the American engineer Joseph C. Firey, who proposed a design with incylinder gasification of solid fuel. Subsequently, the authors have improved this method by organizing a forced purge of a layer of solid fuel in the process of supplying heat to the working medium. The authors have developed and implemented a numerical model of this engine working process, using which a number of studies were carried out aimed at finding new approaches to the organization of working processes in solid-fuel engines with layered combustion, which allow the maximum use of the features of preparing an air charge for combustion and a controlled heat supply process to increase the thermodynamic efficiency of the workflow. This article is devoted to the discussion of the results of this study.