RS67198B1 - Četvorotaktni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik - Google Patents
Četvorotaktni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonikInfo
- Publication number
- RS67198B1 RS67198B1 RS20250905A RSP20250905A RS67198B1 RS 67198 B1 RS67198 B1 RS 67198B1 RS 20250905 A RS20250905 A RS 20250905A RS P20250905 A RSP20250905 A RS P20250905A RS 67198 B1 RS67198 B1 RS 67198B1
- Authority
- RS
- Serbia
- Prior art keywords
- hydrogen
- water
- stroke
- engine
- crankshaft
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
- F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
- F02B47/02—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
- F02D19/021—Control of components of the fuel supply system
- F02D19/023—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
- F02D19/024—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D19/12—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with non-fuel substances or with anti-knock agents, e.g. with anti-knock fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D41/0027—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
- F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
- F02D41/402—Multiple injections
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
- F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
- F02M21/0203—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels characterised by the type of gaseous fuel
- F02M21/0206—Non-hydrocarbon fuels, e.g. hydrogen, ammonia or carbon monoxide
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
- F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
- F02M25/0227—Control aspects; Arrangement of sensors; Diagnostics; Actuators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
- F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
- F02M25/025—Adding water
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
- F02M25/022—Adding fuel and water emulsion, water or steam
- F02M25/025—Adding water
- F02M25/03—Adding water into the cylinder or the pre-combustion chamber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B5/00—Engines characterised by positive ignition
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
Opis
Oblast tehnike
[0001] Predmetni pronalazak se generalno odnosi na četvorotaktne motore sa unutrašnjim sagorevanjem, a posebno na četvorotaktne motore sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik sa poboljšanom efikasnošću, niskim zagađenjem i velikim obrtnim momentom, kao i na postupak za rad istih.
Stanje tehnike
[0002] Četvorotaktni motori sa unutrašnjim sagorevanjem su dobro poznati i generalno sadrže kućište motora, radilicu koja se može obrtati oko ose radilice, jedan ili više cilindara smeštenih unutar navedenog kućišta motora, klip smešten unutar svakog cilindra za naizmenično kretanje duž ose naizmeničnog kretanja između položaja gornje mrtve tačke (TDC), distalno od navedene radilice, i položaja donje mrtve tačke (BDC), proksimalno od navedene radilice. Klip sa naizmeničnim kretanjem je funkcionalno povezan sa radilicom tako da prenosi obrtno kretanje na radilicu. Pored toga, motor takođe sadrži komoru za sagorevanje definisanu unutar navedenog cilindra između kućišta motora i čela klipa nasuprot navedenoj radilici, najmanje jedan usisni ventil i jedan izduvni ventil po cilindru, sredstvo za dovod goriva u navedenu komoru za sagorevanje, najmanje jednu svećicu po cilindru, ako je motor zasnovan na paljenju smeše goriva i vazduha pomoću varnice, i generalno upravljačku jedinicu motora za upravljanje radom motora.
[0003] Četvorotaktni motori sa direktnim ubrizgavanjem goriva rade u ciklusu sa četiri uzastopna takta i ponavljajućim ciklusima, a navedeni taktovi su sledeći:
[0004] Usisni takt: klip počinje da se kreće naniže od gornje mrtve tačke do donje mrtve tačke, usisni ventil se otvara i vazduh ulazi u komoru za sagorevanje.
[0005] Takt sabijanja: klip se vraća u gornju mrtvu tačku iz donje mrtve tačke i sabija vazduh unutar cilindra, i pritisak i temperatura unutar komore za sagorevanje rastu.
[0006] Takt sagorevanja (radni takt): generalno, pri kraju takta sabijanja (pre nego što klip dostigne gornju mrtvu tačku) do veoma rane faze takta sagorevanja, ubrizgavači goriva počinju da ubrizgavaju gorivo unutar komore za sagorevanje. U nekom trenutku, gorivo se ili spontano samozapali (kompresiono paljenje) ili se zapali pomoću varnice iz svećice (paljenje pomoću varnice). Sagorevanje smeše gorivo-vazduh proizvodi pritisak na čelo klipa i potiskuje klip naniže, prenoseći time energiju na radilicu koja se obrće.
[0007] Izduvni takt: nakon što klip udari u dno cilindra (donja mrtva tačka), klip počinje da se kreće naviše, izduvni ventil se otvara i potisni efekat klipa uzrokuje da izduvni gasovi napuste komoru za sagorevanje prema izduvnom sistemu i konačno u atmosferu.
[0008] Takvi motori su u velikoj meri radili na tečna ili gasovita ugljovodonična goriva, ali zbog strožih propisa u vezi sa ekološkim razmatranjima u pogledu neželjenog ugljeničnog otiska, vodonik se čini kao očigledno i elegantno rešenje da se potpuno izbegne oslobađanje ugljenikovih oksida i nesagorelih ugljovodonika.
[0009] Međutim, zamena ugljovodoničnih goriva vodonikom kao gorivom nije trivijalna. Vodonik ima mnoga svojstva koja se jasno razlikuju od osobina ugljovodoničnih goriva, čak i u poređenju sa prividno sličnim gasovitim ugljovodoničnim gorivima kao što su metan ili propan.
[0010] Kao prvo, vodonik ima najveći odnos mase i energije među hemijskim gorivima i, u pogledu odnosa utrošene mase i dobijene energije, nadmašuje konvencionalno benzinsko gorivo približno 3 puta, alkohol 5 do 6 puta, a metan i propan 2,5 puta.
[0011] Kao drugo, vodonik u komori za sagorevanje motora ima veoma veliku brzinu sagorevanja ili brzinu plamena, koja je oko 6 puta veća nego ona kod benzina. Pri stehiometrijskim odnosima vazduha i goriva, brzina plamena vodonika je za skoro red veličine veća (brža) od one kod benzina.
[0012] Kao treće, vodonik ima široke granice zapaljivosti u poređenju sa drugim gorivima, od 4 do 75 % po zapremini na 25 °C i 1 bar, u poređenju npr. sa 1.4 do 2.3 % po zapremini u vazduhu u slučaju benzina.
[0013] Kao četvrto, vodonik ima veoma nisku energiju paljenja. Minimalna energija paljenja smeše vodonik-vazduh iznosi samo 0.017 mJ, dok je ona kod drugih zapaljivih gasova, kao što su benzin, metan ili propan, obično reda veličine 0.1 mJ.
[0014] Kao peto, vodonik, međutim, ima relativno visoku temperaturu samozapaljenja od oko 585 °C u poređenju sa oko 350 °C za benzin. Uprkos njegovoj niskoj energiji paljenja, ovo otežava paljenje smeše vodonik-vazduh samo na osnovu toplote, bez dodatnog izvora paljenja.
[0015] Kao šesto, vodonik ima veoma visoku molekularnu difuzivnost, što znači da je njegova sposobnost da se rasprši u vazduhu značajno veća nego kod benzina.
[0016] Kao sedmo, vodonik ima malo rastojanje gašenja od oko 0.6 mm u poređenju sa 2.0 mm za benzin. Stoga, rastojanje od unutrašnjeg zida cilindra gde se plamen sagorevanja gasi je značajno manje, što može negativno uticati na mazivni film na zidovima cilindra i povećava rizik od povratnog paljenja.
[0017] Kao osmo, vodonik ima dobro poznat i nepoželjan efekat na mehaničke osobine uobičajeno korišćenih metala, kao što su gvožđe i čelik, generalno poznat kao vodonična krtost, što dovodi do smanjenja duktilnosti i stvarnog napona pri lomu ovih metala.
[0018] Iako se barem neke od ovih osobina na prvi pogled čine poželjnim i korisnim, one zajedno jasno čine naizgled trivijalnu zamenu ugljovodoničnih goriva vodonikom izazovnom.
[0019] Ovo je utoliko tačnije jer neke od ovih osobina, naime prvih šest osobina, dovode do značajno viših temperatura sagorevanja, što zauzvrat povećava neželjenu proizvodnju NOx tokom sagorevanja. Pored toga, više temperature sagorevanja u kombinaciji sa kraćim rastojanjem gašenja i efektom krtosti predstavljaju dodatni izazov za zamenu ugljovodoničnih goriva vodonikom.
Dokument US 2004/0003781 A1 opisuje postupak u kom se kritična voda ubrizgava u komoru za sagorevanje.
Tehnički problem
[0020] Cilj predmetnog pronalaska jeste da se obezbedi četvorotaktni motor sa unutrašnjim sagorevanjem koji је posebno konfigurisan za upotrebu vodonika kao goriva, tako što omogućava efikasniji rad bez ugrožavanja njegovog velikog potencijala kao ekološki čistog rešenja za proizvodnju energije, posebno u pogledu oslobađanja NOx. Dalji cilj jeste da se obezbedi odgovarajući postupak za rad takvog motora kako bi se poboljšale i njegove performanse i njegovi ekološki povoljni aspekti.
Generalni opis pronalaska
[0021] Da bi se prevazišli barem neki od gorepomenutih problema i da bi se postigao cilj, predmetni pronalazak predlaže, u prvom aspektu, četvorotaktni klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice, koji sadrži kućište motora, radilicu koja se može obrtati oko ose radilice, cilindar smešten unutar navedenog kućišta motora, klip smešten unutar navedenog cilindra za naizmenično kretanje duž ose naizmeničnog kretanja između položaja gornje mrtve tačke (TDC), distalno od navedene radilice, i položaja donje mrtve tačke (BDC), proksimalno od navedene radilice, i koji je funkcionalno povezan sa radilicom tako da klip sa naizmeničnim kretanjem prenosi obrtno kretanje na radilicu, komoru za sagorevanje definisanu unutar navedenog cilindra između kućišta motora i čela klipa nasuprot navedenoj radilici, usisni ventil, izduvni ventil, ubrizgavač vodonika konfigurisan da direktno ubrizgava vodonik u navedenu komoru za sagorevanje, ubrizgavač vode konfigurisan da direktno ubrizgava vodu u navedenu komoru za sagorevanje; svećicu ili grejač, i upravljačku jedinicu motora konfigurisanu da upravlja vremenskim terminom i količinom ubrizgavanja vodonika i ubrizgavanja vode, pri čemu je navedena upravljačka jedinica motora konfigurisana da ubrizgava (treću količinu) vodonika u komoru za sagorevanje u trećem vremenskom terminu od 180 ° do 100 ° pre TDC tokom takta sabijanja, da ubrizgava (prvu količinu) vodonika u komoru za sagorevanje u prvom vremenskom terminu od 20 ° pre TDC tokom takta sabijanja do 20 ° posle TDC, i da ubrizgava (drugu količinu) (tečne ili gasovite) vode u komoru za sagorevanje u drugom vremenskom terminu od 110 ° do 90 °, poželjno od manje od 110 ° do više od 90 °, kao na primer od 107.5 ° do 92.5 ° ili čak od 105 ° do 95 °, pre TDC tokom takta sabijanja.
[0022] Kao preliminarna napomena u ovom kontekstu, redni brojevi „prvi”, „drugi”, „treći” i „četvrti” koriste se samo da bliže odrede termine „količina” i „vremenski termin” i da nedvosmisleno povežu odgovarajuću „količinu” ubrizganog materijala, tj. vodonika ili vode, sa „vremenskim terminom” ubrizgavanja. Stoga, „prva količina” se ubrizgava u „prvom vremenskom terminu”, „druga količina” se ubrizgava u „drugom vremenskom terminu”, itd. Redni brojevi, prema tome, ne podrazumevaju nikakav drugi međusobni odnos po prirodi, veličini, važnosti, hronološkom redosledu, itd. Prema tome, ukupna količina vodonika po ciklusu je zbir prve količine vodonika i treće količine vodonika ubrizganih u prvom i trećem vremenskom terminu, dok је ukupna količina vode ubrizgane po ciklusu jednaka drugoj količini vode ubrizganoj u drugom vremenskom terminu, ili je, u nekim povoljnim primerima izvođenja, detaljnije objašnjenim u nastavku, zbir druge količine vode i četvrte količine vode ubrizganih u drugom i četvrtom vremenskom terminu.
[0023] Pronalazači su otkrili da ubrizgavanje tečne vode tokom takta sabijanja u vremenskom terminu od oko 110 ° do oko 90 ° pre TDC omogućava da se prevaziđu neki od problema koji proizilaze iz upotrebe vodonika i njegovih specifičnih gorepomenutih osobina. Zaista, uvođenje određene količine vode u komoru za sagorevanje ne samo da omogućava smanjenje temperature unutar komore za sagorevanje tokom sabijanja, već štaviše i umanjenje temperature tokom sagorevanja, čime se smanjuje proizvodnja neželjenog NOx. U stvari, čini se da ubrizgavanje vode, čak i dosta pre nego što se sagorevanje pokrene pomoću svećice ili grejača, čak i dosta pre nego što se ubrizga prva količina vodonika, omogućava da se barem donekle kontrolišu posledice visokog odnosa mase i energije i veoma velike brzine sagorevanja vodonika. Takvo relativno rano ubrizgavanje vode u komoru za sagorevanje, međutim, ne samo da je korisno u pogledu barem delimičnog ukroćivanja sagorevanja vodonika, nego se može izvesti i na energetski povoljan način. Zapravo, u vremenskom terminu od oko 110 ° do oko 90 ° pre TDC, pritisak (i temperatura) unutar cilindra i dalje je relativno nizak, što znači da ubrizgavanje vode u toj fazi ne zahteva ni ubrizgavače visokog pritiska, niti bilo kakve skupe i energetski intenzivne pumpe visokog pritiska. Stoga se voda generalno ubrizgava u tečnom obliku na temperaturama znatno ispod 150 °C, poželjno ispod oko 100 °C, kao na primer ispod 70 °C, ispod 50 °C, ili čak na približno ambijentalnoj temperaturi.
[0024] Generalno govoreći, prilikom ubrizgavanja vode u komoru za sagorevanje motora sa unutrašnjim sagorevanjem, postoji rizik da voda ne ispari dovoljno brzo i da se taloži na zidovima cilindra, i time ugrozi integritet mazivnog filma na navedenim zidovima cilindra i dovode do razblaživanja maziva, što je sve utoliko štetnije kod motora na vodonik zbog njegovog efekta krtosti i njegovog malog, gorepomenutog rastojanja gašenja. Pronalazači su otkrili da se ubrizgavanjem relativno male (treće) količine vodonika u vremenskom terminu pre ubrizgavanja (druge količine) tečne vode, ovaj negativni efekat taloženja vode može u velikoj meri kontrolisati ili čak sprečiti. Smatra se da je ovaj povoljan efekat posledica gorepomenute veoma visoke molekularne difuzivnosti vodonika, koja pospešuje disperziju vode i time poboljšava njeno isparavanje, što zauzvrat smanjuje rizik od štetnog taloženja na zidovima cilindra. Da bi se postigao navedeni efekat, (treća količina) vodonika se može ubrizgati u (trećem) vremenskom terminu od 180 ° do 100 ° pre TDC tokom takta sabijanja, najpoželjnije najkasnije pre početka ubrizgavanja druge količine vode.
[0025] Takođe je utvrđeno da se povoljan disperzivni efekat vodonika na ubrizgavanje vode može postići sa samo relativno malim količinama (treće količine) vodonika u trećem vremenskom terminu. Zaista, povoljno, navedena upravljačka jedinica motora je konfigurisana da upravlja trećom količinom vodonika tako da ona predstavlja od 5 do 50 mas. %, poželjno od 10 do 45 mas. %, a posebno od 15 do 40 mas. % ukupne količine vodonika, pri čemu je navedena ukupna količina vodonika (po ciklusu) zbir treće količine i prve količine vodonika.
[0026] Iako će rano ubrizgavanje efektivnih količina vode najverovatnije dovesti do kidanja mazivnog filma ili razblaživanja maziva, jer je temperatura unutar cilindra u to vreme preniska da bi se obezbedilo isparavanje vode, pronalazači su, iznenađujuće, utvrdili da ovo uopšte ne isključuje bilo kakvo ubrizgavanje vode u ovim ranim vremenskim terminima ukoliko se postupa prema predmetnom pronalasku. Zaista, zbog ranog ubrizgavanja treće količine vodonika i njegovog disperzivnog efekta, koji potiče iz njegove veoma visoke molekularne difuzivnosti, ubrizgavanje relativno malih količina vode može se obaviti čak i veoma rano tokom takta sabijanja, čime se omogućava da se dodatna količina vode uvede u komoru za sagorevanje bez rizika od problema sa podmazivanjem. Stoga, u povoljnim primerima izvođenja, upravljačka jedinica motora je konfigurisana da dalje ubrizgava u komoru za sagorevanje (četvrtu količinu) vode u četvrtom vremenskom terminu od 180 ° do 110 ° pre TDC tokom takta sabijanja. Treća količina vodonika može početi pre, u isto vreme ili nakon ubrizgavanja četvrte količine vode, što znači da može doći do vremenskog preklapanja ubrizgavanja četvrte količine vode sa ubrizgavanjem treće količine vodonika. Povoljno, četvrta količina vode se ubrizgava u četvrtom vremenskom terminu koji je najranije istovremen sa ubrizgavanjem treće količine vodonika.
[0027] Poželjno, navedena upravljačka jedinica motora je konfigurisana da upravlja četvrtom količinom vode tako da ona predstavlja od 0.5 do 5 mas. %, poželjno od 0.75 do 4 mas. %, a posebno od 0.85 do 3.0 mas. % ukupne količine vode, pri čemu je ukupna količina vode po ciklusu zbir druge količine vode i četvrte količine vode.
[0028] Pored povoljnih karakteristika i efekata predmetnog pronalaska već pomenutih gore, još jedna od njegovih glavnih prednosti jeste činjenica da prisustvo dodate vode smanjuje lupanje, što zauzvrat omogućava da motor sa unutrašnjim sagorevanjem radi sa lambda vrednostima (tj. odnosom ekvivalencije vazduha i goriva) koje su značajno niže od onih koje su generalno korisne za motore sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik. Zaista, s obzirom, između ostalog, na visok odnos mase i energije i veoma veliku brzinu sagorevanja vodonika, motori na vodonik generalno moraju da rade u ekstremno siromašnim uslovima, kako iz razloga kontrole temperature motora, tako i radi redukcije NOx. Kao posledica, konvencionalni motori na vodonik ne mogu raditi sa visokim efektivnim termičkim stepenom korisnosti, npr. tako visokim kao što su oni poznati kod dizel motora.
[0029] Sada, efikasno ubrizgavanje vode predmetnog pronalaska, bilo samo ubrizgavanjem (druge količine) vode u drugom vremenskom terminu ili sa dodatnim ranim ubrizgavanjem (četvrte količine) vode u četvrtom vremenskom terminu, omogućava rad sa lambda vrednostima koje su značajno smanjene lambda vrednosti u poređenju sa lambda vrednostima kod konvencionalnih motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik, čime se omogućava rad sa višim stepenom efikasnosti. Kao posledica, upravljačka jedinica motora je generalno konfigurisana da upravlja ukupnom količinom vodonika po ciklusu i ukupnom količinom tečne vode po ciklusu (pri čemu ova druga predstavlja ili samo drugu količinu vode, ako nema ubrizgavanja četvrte količine vode, ili u suprotnom zbir druge i četvrte količine vode) kako bi se dobila lambda vrednost između 1.5 i 2.5, poželjno između 1.6 i 2.4, а još poželjnije između 1.7 i 2.3.
[0030] Efikasno ubrizgavanje vode predmetnog pronalaska, prema tome, takođe eliminiše ili barem smanjuje potrebu za dodatnom skupom i složenom opremom, kao što su ventili za recirkulaciju izduvnih gasova (EGR) ili napredni turbokompresori.
[0031] Dalje je utvrđeno da je maseni odnos vode i vodonika, iznenađujuće, u velikoj meri nezavisan od brzine motora i da se prednosti pronalaska, kao što su efikasniji rad, manja proizvodnja NOx, niže naprezanje motora, itd., mogu postići ne samo kod stacionarnih motora koji rade samo pri određenim vrednostima obrtaja u minuti, kao kod električnih generatora, već su primenjive i na bilo koju drugu vrstu primene, posebno kao kod motora vozila. Povoljno, upravljačka jedinica motora je konfigurisana da upravlja ukupnom količinom vodonika i ukupnom količinom vode kako bi se dobio maseni odnos vode i vodonika između 1.0 i 2.0, poželjno između 1.3 i 1.9, а još poželjnije između 1.5 i 1.7, kao na primer oko 1.6.
[0032] U posebno povoljnim primerima izvođenja četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema predmetnom pronalasku, prvi vremenski termin je od 15 ° pre TDC tokom takta sabijanja do 15 ° posle TDC i/ili drugi vremenski termin je od 105 ° do 95 °, poželjno oko 100 °, pre gornje mrtve tačke (TDC) tokom takta sabijanja i/ili treći vremenski termin ubrizgavanja vodonika je od 175 ° do 120 °, pre TDC tokom takta sabijanja i/ili, ako je primenjivo, četvrti vremenski termin je od 175 ° do 120 ° pre TDC tokom takta sabijanja.
[0033] Dodavanje tečne vode koja prelazi u gasovito stanje omogućava smanjenje temperature, što zauzvrat omogućava povećanje stvarnog kompresionog odnosa, tj. odnosa između zapremine cilindra i komore za sagorevanje u motoru sa unutrašnjim sagorevanjem pri njihovim maksimalnim i minimalnim vrednostima. U poželjnim četvorotaktnim klipnim motorima sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice, stvarni kompresioni odnos motora je između 12.9:1 i 17:1, poželjno između 13.4:1 i 16.5:1, a još poželjnije između 13.9 i 16.
[0034] U drugom aspektu, pronalazak na sličan način predlaže postupak rada četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice, poželjno motora prema prvom aspektu, koji sadrži kućište motora, radilicu koja se može obrtati oko ose radilice, cilindar smešten unutar navedenog kućišta motora, klip smešten unutar navedenog cilindra za naizmenično kretanje duž ose naizmeničnog kretanja između položaja gornje mrtve tačke (TDC), distalno od navedene radilice, i položaja donje mrtve tačke (BDC), proksimalno od navedene radilice, i koji je funkcionalno povezan sa radilicom tako da klip sa naizmeničnim kretanjem prenosi obrtno kretanje na radilicu, komoru za sagorevanje definisanu unutar navedenog cilindra između kućišta motora i čela klipa nasuprot navedenoj radilici, usisni ventil, izduvni ventil, ubrizgavač vodonika konfigurisan da direktno ubrizgava vodonik u navedenu komoru za sagorevanje, ubrizgavač vode konfigurisan da direktno ubrizgava vodu u navedenu komoru za sagorevanje; svećicu ili grejač, i upravljačku jedinicu motora, konfigurisanu da implementira korake postupka, pri čemu navedeni postupak pri svakom četvorotaktnom ciklusu sadrži sledeće korake:
a) ubrizgavanje (treće količine) vodonika u trećem vremenskom terminu od 180 ° do 100 ° pre TDC tokom takta sabijanja u komoru za sagorevanje kroz ubrizgavač vodonika,
b) ubrizgavanje (prve količine) vodonika u prvom vremenskom terminu od 20 ° pre TDC tokom takta sabijanja do 20 ° posle TDC u komoru za sagorevanje kroz ubrizgavač vodonika, i
c) ubrizgavanje (druge količine) vode u drugom vremenskom terminu od 110 ° do 90 °, poželjno od manje od 110 ° do više od 90 °, kao na primer od 107.5 ° do 92.5 ° ili čak od 105 ° do 95 ° pre TDC tokom takta sabijanja kroz ubrizgavač vode u komoru za sagorevanje.
[0035] U predmetnom postupku za rad četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice treća količina vodonika u koraku a) se poželjno kontroliše tako da predstavlja od 5 do 50 mas. % ukupne količine vodonika, pri čemu je navedena ukupna količina vodonika zbir treće količine i prve količine vodonika.
[0036] Povoljno, postupak dalje sadrži sledeći korak:
d) ubrizgavanje (četvrte količine) vode u četvrtom vremenskom terminu od 180 ° do 110 ° pre TDC tokom takta sabijanja kroz ubrizgavač vode u komoru za sagorevanje.
[0037] Četvrta količina vode se poželjno kontroliše tako da predstavlja od 0.5 do 5 mas. % ukupne količine vode, pri čemu je navedena ukupna količina vode zbir druge količine vode i četvrte količine vode.
[0038] U posebno korisnim primerima izvođenja, ukupna količina vodonika i druga ili ukupna količina vode se kontrolišu kako bi se dobila lambda vrednost između 1.5 i 2.5, poželjno između
1
1.6 i 2.4, još poželjnije između 1.7 i 2.3, pri čemu je lambda vrednost odnos ekvivalencije vazduha i goriva.
[0039] U postupku rada četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik, sa paljenjem pomoću varnice, ukupna količina vodonika i ukupna količina vode se poželjno kontrolišu kako bi se dobio maseni odnos vode i vodonika između 1.0 и 2.0, još poželjnije između 1.3 и 1.9, najpoželjnije između 1.5 и 1.7, kao na primer posebno oko 1.6.
[0039] U postupku rada četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice ukupna količina vodonika i ukupna količina vode se poželjno kontrolišu kako bi se dobio maseni odnos vode i vodonika između 1.0 i 2.0, još poželjnije između 1.3 i 1.9, najpoželjnije između 1.5 i 1.7, posebno oko 1.6.
[0040] Postupak za rad četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice može se kontrolisati na takav način da se u koraku a) treći vremenski termin ubrizgavanja vodonika podesi od 180 ° do 100 °, poželjno od 175 ° do 120 °, pre TDC tokom takta sabijanja i/ili da se u koraku c) prvi vremenski termin podesi od 15 ° pre TDC tokom takta sabijanja do 15 ° posle TDC i/ili da se u koraku b) drugi vremenski termin podesi od 105 ° do 95 °, poželjno na oko 100 °, pre gornje mrtve tačke (TDC) tokom takta sabijanja i/ili da se četvrti vremenski termin, ako je primenjivo, podesi od 180 ° do 110 °, poželjno od 175 ° do 120 ° pre TDC tokom takta sabijanja.
[0041] Vremenski termini motora sa unutrašnjim sagorevanjem generalno, a posebno vremenski termini ubrizgavanja kao što je ovde naznačeno, naznačeni su uglom radilice izraženim u odnosu na položaj klipa sa naizmeničnim kretanjem unutar cilindra motora, po potrebi u odnosu na relevantni takt radnog ciklusa. Izrazi „gornja mrtva tačka” ili „TDC” i „donja mrtva tačka” ili „BDC” su generalno poznati izrazi u oblasti motora sa unutrašnjim sagorevanjem i odnose se na oba krajnja položaja klipa sa naizmeničnim kretanjem, ili, preciznije, na vrh klipa, unutar cilindra duž ose naizmeničnog kretanja. Gornja mrtva tačka је položaj klipa kada je on distalno od radilice, dok je donja mrtva tačka položaj proksimalno od radilice. Položaji duž ose naizmeničnog kretanja se, prema tome, generalno daju u stepenima (°), od bilo koje mrtve tačke, u odnosu na radilicu i u smeru njenog obrtanja. Često gorenavedenim izrazima prethode predlozi „posle” ili „pre”. Na primer: „110 ° pre gornje mrtve tačke” (skraćeno 110 ° pre TDC ili 110 ° BTDC) znači da je vrh klipa u položaju duž ose naizmeničnog kretanja koji odgovara uglu obrtanja radilice od -110 ° u odnosu na gornju mrtvu tačku. Oznaka za opseg između „-20 ° do 20 ° od gornje mrtve tačke” je ekvivalentna izrazima „od 20 ° pre gornje mrtve tačke do 20 ° posle gornje mrtve tačke” ili „20 ° pre TDC do 20 ° posle TDC”.
[0042] Pored toga, naznake vremenskih termina ubrizgavanja u ovom kontekstu znače početak odgovarajućeg(-ih) ubrizgavanja. Zaista, iako su trajanja ubrizgavanja nužno kratka, ona neizbežno zahtevaju određeno vreme, tokom kojeg klip nastavlja svoju putanju unutar cilindra.
[0043] Usisni ventil(i) i izduvni ventil(i) mogu biti bilo kog prikladnog tipa ventila, poželjno su to nezavisno upravljani tanjirasti ventili, koji se koriste u skoro svim četvorotaktnim motorima, klizni ventili ili ventili sa obrtnim diskom, koje pokreće ili sam motor (pri čemu je motor, prema tome, aktuator), na primer pomoću bregastih vratila, ili ih pokreću odvojeni aktuatori, kao što su pneumatski, hidraulički ili električni aktuatori. Na primer, sistem ventila dizajniran kao klizač ili obrtni disk može povoljno omogućiti podešen vremenski termin za otvaranje i zatvaranje izduvnog ventila u donjoj mrtvoj tački i otvaranje usisnog ventila pre zatvaranja izduvnog ventila.
[0044] Motor sa unutrašnjim sagorevanjem iz pronalaska dalje može povoljno da sadrži rezervoar za vodu kao dovod vode za napajanje (jednog ili više) ubrizgavača vode, kao i kondenzacionu jedinicu nizvodno od izduvnog(-ih) ventila. Ova kondenzaciona jedinica, npr. izmenjivač toplote, može biti predviđena da kondenzuje paru iz izduvnog gasa u vodu, koja se zatim može sprovoditi kroz cevovode do rezervoara za vodu. Takvo recikliranje vode korišćene za proizvodnju pare od posebnog je interesa za mobilne primene, gde količine nošene vode obično treba da budu ograničene. Pored toga, recikliranje vode takođe smanjuje broj dopuna vode. Takođe se mogu obezbediti filtraciona sredstva za filtriranje izduvne pare. Rezervoar za vodu je poželjno dizajniran i za punjenje vodom preko normalnog čepa za punjenje i za punjenje kondenzovanom izduvnom vodom.
[0045] Motor sa unutrašnjim sagorevanjem iz pronalaska se, naravno, može sastojati od više cilindara. Pored toga, svaki od ovih cilindara može da sadrži više ubrizgavača vode, poželjno raspoređenih duž obima komore za sagorevanje. Ubrizgavači vode mogu biti smešteni u bilo kom prikladnom položaju cilindra koji se nalazi unutar komore za sagorevanje.
[0046] Sve eksplicitne vrednosti navedene ovde treba shvatiti kao približne vrednosti, osim ako nije eksplicitno drugačije navedeno. Stoga, svaku od navedenih eksplicitnih vrednosti treba shvatiti kao da sadrži opseg vrednosti između 10 % ispod i 10 % iznad navedene vrednosti. Eksplicitne vrednosti kojima prethode reči „oko”, „približno” ili slično treba shvatiti kao da sadrže opseg vrednosti između 20 % ispod i 20 % iznad navedenih vrednosti.
Kratak opis crteža
[0047] Poželjni primeri izvođenja pronalaska sada će biti opisani, uz primere i uz pozivanje na priložene crteže, na kojima:
Sl. 1 do 3 su šematski prikazi delimičnog poprečnog preseka jednog primera izvođenja četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice u različitim vremenskim terminima tokom takta sabijanja; pri čemu Sl. 1 prikazuje motor u vremenskom terminu od 180 ° pre TDC (tj. u BDC);
Sl. 2 prikazuje motor u vremenskom terminu od oko 110 ° do 90 ° pre TDC, a Sl.3 prikazuje motor u vremenskom terminu od oko 20 ° pre TDC.
[0048] Dalji detalji i prednosti predmetnog pronalaska biće očigledni iz sledećeg detaljnog opisa nekoliko neograničavajućih primera izvođenja, uz pozivanje na priložene crteže.
Opis poželjnih primera izvođenja
[0049] Sl. 1 do Sl. 3 su šematski prikazi jednog primera izvođenja četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice iz pronalaska. Iste referentne oznake na ovim crtežima označavaju identične elemente.
[0050] Motor sa unutrašnjim sagorevanjem ima kućište 10 motora, radilicu 20 koja se može obrtati oko ose radilice, cilindar 30 smešten unutar navedenog kućišta 10 motora, i klip 35 sa svojim čelom 35.1 klipa smeštenim unutar navedenog cilindra za naizmenično kretanje duž ose naizmeničnog kretanja između položaja gornje mrtve tačke (TDC), distalno od navedene radilice 20, i položaja donje mrtve tačke (BDC), proksimalno od navedene radilice 20, i koji je funkcionalno povezan pomoću klipnjače 25 sa radilicom tako da klip 35 sa naizmeničnim kretanjem prenosi obrtno kretanje na radilicu. Komora 37 za sagorevanje je definisana unutar navedenog cilindra 30 između kućišta 10 motora i čela 35.1 klipa nasuprot navedenoj radilici
1
20. Svećica ili grejač 50 je smeštena tako da se njen vrh za žarenje ili varnicu nalazi u komori 37 za sagorevanje. Usisnik 40 vazduha je u fluidnoj vezi sa komorom 37 za sagorevanje kada je usisni ventil 40.1 otvoren tokom usisnog takta (nije prikazano) i odvojen od navedene fluidne veze kada je usisni ventil 40.1 zatvoren (tj. u suštini tokom takta sabijanja, takta sagorevanja i izduvnog takta). Izduvni kanal 45 је u fluidnoj vezi sa komorom za sagorevanje kada je izduvni ventil 45.1 otvoren tokom izduvnog takta (nije prikazano) i odvojen od navedene fluidne veze kada je izduvni ventil 45.1 zatvoren (tj. u suštini tokom usisnog takta, takta sabijanja i takta sagorevanja). Ubrizgavač 60 vodonika je konfigurisan da direktno ubrizgava vodonik u navedenu komoru 37 za sagorevanje i ubrizgavač 70 vode je konfigurisan da direktno ubrizgava (tečnu) vodu u navedenu komoru 37 za sagorevanje.
[0051] Sl.1 prikazuje motor u vremenskom terminu od 180 ° pre TDC, tj. u BDC, na početku takta sabijanja. U trećem vremenskom terminu od 180 ° do 100 ° pre TDC, npr. u ovom posebnom slučaju od 180 ° pre TDC, (treća količina) vodonika se ubrizgava kroz ubrizgavač 60 vodonika u komoru 37 za sagorevanje. U četvrtom vremenskom terminu od 180 ° do 110 ° pre TDC, npr. u ovom konkretnom slučaju od 180 ° pre TDC, (četvrta količina) vode se ubrizgava kroz ubrizgavač 70 vode u komoru 37 za sagorevanje. Iako se na Sl. 1 oba ubrizgavanja dešavaju istovremeno na 180 ° pre TDC, oba ubrizgavanja bi mogla biti vremenski odvojena ili se preklapati unutar opsega trećeg i četvrtog vremenskog termina. Treća količina vodonika je generalno mala do srednja, kao na primer od 5 do 50 mas. %, u poređenju sa ukupnom količinom vodonika potrebnom za efikasan rad, i generalno pomaže da se bolje rasprši ubrizgana četvrta količina vode zbog veoma visoke molekularne difuzivnosti vodonika. Četvrta količina vode je samo frakcija ukupne količine ubrizgane vode po ciklusu, kao na primer od 0.5 do 5 mas. % ukupne količine vode. Voda se poželjno ubrizgava kao tečnost na temperaturama ispod 100 °C, obično na temperaturama od ambijentalne temperature do 70 °C. Ubrizgavanje vode (i vodonika) u ovoj fazi ne zahteva ubrizgavanje pod visokim pritiskom, pošto je pritisak u komori za sagorevanje oko atmosferskog pritiska (u odsustvu kompresora ili turbo punjenja) ili neznatno iznad (u prisustvu kompresora ili turbo punjenja).
[0052] Sl.2 prikazuje isti motor u vremenskom terminu od oko 110 ° do 90 ° pre TDC tokom ranih faza takta sabijanja. U drugom vremenskom terminu od 110 ° do 90 ° pre TDC, (druga količina) vode se ubrizgava kroz ubrizgavač 70 vode u komoru 37 za sagorevanje. U ovom trenutku, četvrti vremenski termin ubrizgavanja (četvrte količine) vode je završen, dok treći vremenski termin ubrizgavanja (treće količine) vodonika još uvek može biti u toku ako drugi vremenski termin započne pre 100 ° pre TDC. Dakle, iako se na Sl.2 oba ubrizgavanja dešavaju istovremeno na oko 110 ° do 100 ° pre TDC, ubrizgavanje veće druge količine vode bi moglo biti i jedino ubrizgavanje u ovom trenutku. Opet, treća količina vodonika pomaže da se bolje rasprši ubrizgana druga količina vode zbog veoma visoke molekularne difuzivnosti vodonika. Druga količina vode predstavlja najveću frakciju ukupne količine ubrizgane vode po ciklusu, kao od 95 do 99.5 mas. % ukupne količine vode. Opet, čak i u ovom vremenskom terminu pritisak unutar komore za sagorevanje je i dalje relativno nizak, tako da ubrizgavanje vode u ovoj fazi i dalje ne zahteva ubrizgavanje pod visokim pritiskom.
[0053] Sl. 3 ponovo prikazuje isti motor u vremenskom terminu od oko 20 ° pre TDC, tj. na kraju takta sabijanja. Približno u ovo vreme, od 20 ° pre TDC tokom takta sabijanja do 20 ° posle TDC, glavna prva količina vodonika se ubrizgava pod visokim pritiskom u komoru za sagorevanje da bi je zapalila svećica ili grejač 50 na kraju ili nakon ubrizgavanja prve količine vodonika, čime započinje sagorevanje smeše vazduh-voda-vodonik.
Legenda:
[0054]
10 Kućište motora
20 Radilica
25 Klipnjača
30 Cilindar (zidovi)
35 Klip (sa naizmeničnim kretanjem)
35.1 Čelo klipa
37 Komora za sagorevanje
40 Usisnik vazduha
40.1 Usisni ventil
45 Izduvni kanal
45.1 Izduvni ventil
50 Svećica ili grejač
60 Ubrizgavač vodonika
70 Ubrizgavač vode
1
Claims (15)
1. Četvorotaktni klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice koji sadrži kućište (10) motora, radilicu (20) koja se može obrtati oko ose radilice, cilindar (30) smešten unutar navedenog kućišta (10) motora, klip (35) smešten unutar navedenog cilindra za naizmenično kretanje duž ose naizmeničnog kretanja između položaja gornje mrtve tačke (TDC), distalno od navedenе radilice (20), i položaja donje mrtve tačke (BDC), proksimalno od navedene radilice (20), i koji je funkcionalno povezan sa radilicom tako da klip (35) sa naizmeničnim kretanjem prenosi obrtno kretanje na radilicu, komoru (37) za sagorevanje definisanu unutar navedenog cilindra (30) između kućišta (10) motora i čela klipa (35) nasuprot navedenoj radilici (20), usisni ventil (40.1), izduvni ventil (45.1), ubrizgavač (60) vodonika konfigurisan da direktno ubrizgava vodonik u navedenu komoru (37) za sagorevanje, ubrizgavač (70) vode konfigurisan da direktno ubrizgava vodu u navedenu komoru (37) za sagorevanje; svećicu ili grejač (50), i upravljačku jedinicu motora konfigurisanu da upravlja vremenskim terminom i količinom ubrizgavanja vodonika i ubrizgavanja vode, pri čemu je navedena upravljačka jedinica motora konfigurisana da ubrizgava vodonik u komoru za sagorevanje u prvom vremenskom terminu od 20 ° pre TDC tokom takta sabijanja do 20 ° posle TDC, da ubrizgava vodu u komoru za sagorevanje u drugom vremenskom terminu od 110 ° do 90 ° pre TDC tokom takta sabijanja i da ubrizgava vodonik u komoru za sagorevanje u trećem vremenskom terminu od 180 ° do 100 ° pre TDC tokom takta sabijanja.
2. Četvorotaktni klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema zahtevu 1, pri čemu je navedena upravljačka jedinica motora konfigurisana da upravlja količinom vodonika ubrizganom u trećem vremenskom terminu tako da ona predstavlja od 5 do 50 mas. % ukupne količine vodonika, pri čemu je navedena ukupna količina vodonika zbir količina vodonika ubrizganih u prvom i trećem vremenskom terminu.
3. Četvorotaktni klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema zahtevu 1 ili 2, pri čemu je navedena upravljačka jedinica motora konfigurisana da dalje ubrizgava vodu u komoru za sagorevanje u četvrtom vremenskom terminu od 180 ° do 110 ° pre TDC tokom takta sabijanja.
4. Četvorotaktni klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema zahtevu 3, pri čemu je navedena upravljačka jedinica motora konfigurisana da upravlja količinom vode ubrizganom u četvrtom vremenskom terminu tako da ona predstavlja od 0.5 do 5 mas. % ukupne količine vode, pri čemu је navedena ukupna količina vode zbir količina vode ubrizganih u drugom i četvrtom vremenskom terminu.
5. Četvorotaktni klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema bilo kom od zahteva 1 do 4, pri čemu je navedena upravljačka jedinica motora konfigurisana da upravlja ukupnom količinom vodonika i količinom vode ubrizganom u drugom vremenskom terminu ili ukupnom količinom vode kako bi se dobila lambda vrednost između 1.5 i 2.5, poželjno između 1.6 i 2.4, a još poželjnije između 1.7 i 2.3, pri čemu је lambda vrednost odnos ekvivalencije vazduha i goriva.
6. Četvorotaktni klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema bilo kom od zahteva 1 do 5, pri čemu je navedena upravljačka jedinica motora konfigurisana da upravlja ukupnom količinom vodonika i ukupnom količinom vode kako bi se dobio maseni odnos vode i vodonika između 1.0 i 2.0, poželjno između 1.3 i 1.9, a još poželjnije između 1.5 i 1.7.
7. Četvorotaktni klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema bilo kom od zahteva 1 do 6, pri čemu je prvi vremenski termin od 15 ° pre TDC tokom takta sabijanja do 15 ° posle TDC i/ili je drugi vremenski termin od 105 ° do 95 °, poželjno oko 100 °, pre gornje mrtve tačke (TDC) tokom takta sabijanja i/ili je treći vremenski termin ubrizgavanja vodonika od 175 ° do 120 °, pre TDC tokom takta sabijanja i/ili, ako je primenjivo, četvrti vremenski termin je od 175 ° do 120 ° pre TDC tokom takta sabijanja.
8. Četvorotaktni klipni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema bilo kom od zahteva 1 do 7, pri čemu je kompresioni odnos motora između 12.9:1 i 17:1, poželjno između 13.4:1 i 16.5:1, a još poželjnije između 13.9 i 16.
9. Postupak za rad četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice koji sadrži kućište (10) motora, radilicu (20) koja se može obrtati oko ose radilice, cilindar (30) smešten unutar navedenog kućišta (10) motora, klip (35) smešten unutar navedenog cilindra (30) za naizmenično kretanje duž ose naizmeničnog kretanja između položaja gornje mrtve tačke (TDC), distalno od navedene radilice (20), i položaja donje mrtve tačke (BDC), proksimalno od navedene radilice (20), i koji je funkcionalno povezan sa
1
radilicom tako da klip (35) sa naizmeničnim kretanjem prenosi obrtno kretanje na radilicu (20), komoru (37) za sagorevanje definisanu unutar navedenog cilindra (30) između kućišta (10) motora i čela klipa (35) nasuprot navedenoj radilici (20), usisni ventil (40.1), izduvni ventil (45.1), ubrizgavač (60) vodonika konfigurisan da direktno ubrizgava vodonik u navedenu komoru (37) za sagorevanje, ubrizgavač (70) vode konfigurisan da direktno ubrizgava vodu u navedenu komoru (37) za sagorevanje; svećicu ili grejač (50), i upravljačku jedinicu motora, konfigurisanu da implementira korake postupka, pri čemu navedeni postupak pri svakom četvorotaktnom ciklusu sadrži sledeće korake:
a) ubrizgavanje vodonika u trećem vremenskom terminu od 180 ° do 100 ° pre TDC tokom takta sabijanja u komoru (37) za sagorevanje kroz ubrizgavač (60) vodonika, b) ubrizgavanje vode u drugom vremenskom terminu od 110 ° do 90 ° pre TDC tokom takta sabijanja u komoru (37) za sagorevanje kroz ubrizgavač (70) vode, i
c) ubrizgavanje vodonika u prvom vremenskom terminu od 20 ° pre TDC tokom takta sabijanja do 20 ° posle TDC u komoru (37) za sagorevanje kroz ubrizgavač (60) vodonika.
10. Postupak rada četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema zahtevu 9, pri čemu se količina vodonika ubrizgana u trećem vremenskom terminu u koraku a) kontroliše tako da predstavlja od 5 do 50 mas. % ukupne količine vodonika, pri čemu je navedena ukupna količina vodonika zbir količina ubrizganih u prvom i trećem vremenskom terminu.
11. Postupak rada četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema zahtevu 9 ili 10, koji dalje sadrži sledeći korak:
d) ubrizgavanje vode u četvrtom vremenskom terminu od 180 ° do 110 ° pre TDC tokom takta sabijanja u komoru (37) za sagorevanje kroz ubrizgavač (70) vode.
12. Postupak rada četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema bilo kom od zahteva 9 do 11, pri čemu se količina vode ubrizgana u četvrtom vremenskom terminu kontroliše tako da predstavlja od 0.5 do 5 mas. % ukupne količine vode, pri čemu je navedena ukupna količina vode zbir količina vode ubrizganih u drugom i četvrtom vremenskom terminu.
1
13. Postupak rada četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema bilo kom od zahteva 9 do 12, pri čemu se ukupna količina vodonika i količina vode ubrizgana u drugom vremenskom terminu ili ukupna količina vode kontrolišu kako bi se dobila lambda vrednost između 1.5 i 2.5, poželjno između 1.6 i 2.4, a još poželjnije između 1.7 i 2.3, pri čemu je lambda vrednost odnos ekvivalencije vazduha i goriva.
14. Postupak rada četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema bilo kom od zahteva 9 do 13, pri čemu se ukupna količina vodonika i ukupna količina vode kontrolišu kako bi se dobio maseni odnos vode i vodonika između 1.0 i 2.0, poželjno između 1.3 i 1.9, a još poželjnije između 1.5 i 1.7.
15. Postupak rada četvorotaktnog klipnog motora sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik i sa paljenjem pomoću varnice prema bilo kom od zahteva 9 do 14, pri čemu je u koraku a) treći vremenski termin ubrizgavanja vodonika podešen od 175 ° do 120 °, pre TDC tokom takta sabijanja i/ili je u koraku c) prvi vremenski termin podešen od 15 ° pre TDC tokom takta sabijanja do 15 ° posle TDC i/ili je u koraku b) drugi vremenski termin podešen od 105 ° do 95 °, poželjno na oko 100 °, pre gornje mrtve tačke (TDC) tokom takta sabijanja i/ili je, ako je primenjivo, četvrti vremenski termin podešen od 175 ° do 120 ° pre TDC tokom takta sabijanja.
1
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LU501441 | 2022-02-10 | ||
| LU501822A LU501822B1 (en) | 2022-04-08 | 2022-04-08 | Hydrogen-fueled four-stroke internal combustion engine |
| PCT/EP2023/053310 WO2023152295A1 (en) | 2022-02-10 | 2023-02-10 | Hydrogen-fueled four-stroke internal combustion engine |
| EP23703596.9A EP4476437B1 (en) | 2022-02-10 | 2023-02-10 | Hydrogen-fueled four-stroke internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RS67198B1 true RS67198B1 (sr) | 2025-10-31 |
Family
ID=85175883
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RS20250905A RS67198B1 (sr) | 2022-02-10 | 2023-02-10 | Četvorotaktni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US12372025B2 (sr) |
| EP (1) | EP4476437B1 (sr) |
| JP (1) | JP2025505691A (sr) |
| KR (1) | KR20240144206A (sr) |
| CA (1) | CA3243479A1 (sr) |
| ES (1) | ES3041451T3 (sr) |
| HR (1) | HRP20251108T1 (sr) |
| HU (1) | HUE072632T2 (sr) |
| MA (1) | MA68557B1 (sr) |
| PL (1) | PL4476437T3 (sr) |
| RS (1) | RS67198B1 (sr) |
| WO (1) | WO2023152295A1 (sr) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2024148458A (ja) * | 2023-04-05 | 2024-10-18 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関、及び内燃機関の制御装置 |
| FR3154769B1 (fr) | 2023-10-26 | 2025-10-31 | Rh2 | Dispositif d'injection pour un moteur à combustion interne |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4335533B2 (ja) * | 2001-04-06 | 2009-09-30 | 三菱重工業株式会社 | 超臨界水噴射型内燃機関の運転方法 |
| FR2946098A1 (fr) | 2009-05-26 | 2010-12-03 | Patrick Wathieu | Procede de fonctionnement d'un moteur a explosion et moteur a explosion fonctionnant selon ce procede. |
| US20160369750A1 (en) * | 2015-06-18 | 2016-12-22 | Philip Owen Jung | High Thermal Efficiency Six Stroke Internal Combustion Engine with Heat Recovery and Water Injection |
| CN109844293A (zh) * | 2016-10-07 | 2019-06-04 | Dma技术有限责任公司 | 内燃蒸汽机 |
| CN112761780B (zh) | 2019-10-21 | 2022-07-22 | 联合汽车电子有限公司 | 一种稀薄燃烧系统、方法和发动机 |
| EP4001628A1 (en) * | 2020-11-17 | 2022-05-25 | Volvo Truck Corporation | A method for controlling injection in a combustion engine |
| US11415083B1 (en) * | 2021-07-09 | 2022-08-16 | Caterpillar Inc. | Engine systems and methods |
| JP2024148458A (ja) * | 2023-04-05 | 2024-10-18 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関、及び内燃機関の制御装置 |
-
2023
- 2023-02-10 MA MA68557A patent/MA68557B1/fr unknown
- 2023-02-10 HR HRP20251108TT patent/HRP20251108T1/hr unknown
- 2023-02-10 KR KR1020247026919A patent/KR20240144206A/ko active Pending
- 2023-02-10 US US18/836,621 patent/US12372025B2/en active Active
- 2023-02-10 RS RS20250905A patent/RS67198B1/sr unknown
- 2023-02-10 EP EP23703596.9A patent/EP4476437B1/en active Active
- 2023-02-10 ES ES23703596T patent/ES3041451T3/es active Active
- 2023-02-10 WO PCT/EP2023/053310 patent/WO2023152295A1/en not_active Ceased
- 2023-02-10 CA CA3243479A patent/CA3243479A1/en active Pending
- 2023-02-10 PL PL23703596.9T patent/PL4476437T3/pl unknown
- 2023-02-10 HU HUE23703596A patent/HUE072632T2/hu unknown
- 2023-02-10 JP JP2024547242A patent/JP2025505691A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HRP20251108T1 (hr) | 2025-11-07 |
| EP4476437B1 (en) | 2025-08-20 |
| EP4476437A1 (en) | 2024-12-18 |
| KR20240144206A (ko) | 2024-10-02 |
| EP4476437C0 (en) | 2025-08-20 |
| CA3243479A1 (en) | 2023-08-17 |
| WO2023152295A1 (en) | 2023-08-17 |
| ES3041451T3 (en) | 2025-11-12 |
| US12372025B2 (en) | 2025-07-29 |
| MA68557B1 (fr) | 2025-09-30 |
| JP2025505691A (ja) | 2025-02-28 |
| PL4476437T3 (pl) | 2025-10-27 |
| US20250116222A1 (en) | 2025-04-10 |
| HUE072632T2 (hu) | 2025-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10858990B2 (en) | Internal combustion steam engine | |
| US20130247885A1 (en) | Two-stroke engine and four-stroke engine | |
| RS67198B1 (sr) | Četvorotaktni motor sa unutrašnjim sagorevanjem na vodonik | |
| JP7213929B1 (ja) | エンジンシステム及び気体燃料燃焼方法 | |
| US11078827B2 (en) | Pre-chamber ignition system having igniter with gas orifice structured for pre-expanding outgoing combustion gases | |
| US8607763B2 (en) | Method and system for internal combustion engine | |
| KR20140035876A (ko) | 완전 팽창 내연 기관 | |
| JP2012202259A (ja) | 噴射装置 | |
| CN103375242B (zh) | 内燃机混合燃烧控制方法 | |
| CN106662000A (zh) | 往复活塞式内燃机及往复活塞式内燃机的运行方法 | |
| CN114017178B (zh) | 一种稀薄燃烧控制方法、控制装置及氢气发动机系统 | |
| CN102979634A (zh) | 往复活塞式内燃机及使其运行的方法 | |
| LU501822B1 (en) | Hydrogen-fueled four-stroke internal combustion engine | |
| HK40119807B (en) | Hydrogen-fueled four-stroke internal combustion engine | |
| HK40119807A (en) | Hydrogen-fueled four-stroke internal combustion engine | |
| EA051492B1 (ru) | Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания на водородном топливе | |
| FR2960261A1 (fr) | Procede de controle de la combustion d'un moteur a combustion interne bicarburation, notamment pour vehicule automobile | |
| Pain et al. | Design and specification of internal combustion engine | |
| US12158116B2 (en) | Compression-ignition engine operating strategy using early pilot shots of methanol fuel | |
| KR20210008298A (ko) | 내연 엔진 | |
| LU100022B1 (en) | Internal combustion steam engine | |
| RU2767866C1 (ru) | Способ работы детонационного двигателя | |
| RU2435975C2 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания меньшова | |
| JP4631713B2 (ja) | 内燃機関 | |
| JP2025026039A (ja) | 直噴式内燃機関の制御装置 |