СИСТЕМА ГЛУБОКОГО ОХЛАЖДЕНИЯ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА КОМБИНИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2023 года по МПК F02B29/04 F02D23/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для повышения эффективности охлаждения наддувочного воздуха и повышения мощностных, экономических и экологических показателей комбинированного двигателя с наддувом.

Из уровня техники известна система двухступенчатого охлаждения наддувочного воздуха (Авторское свидетельство SU №1312204 A1, F02B 29/04, опубл. 23.05.1987), содержащая двигатель внутреннего сгорания с турбокомпрессором наддува, охладитель первой ступени, охладитель второй ступени, контур циркуляции хладагента, например, фреона, через последовательно сообщенные между собой нагнетатель, конденсатор, испаритель и абсорбер, где охладитель второй ступени охлаждения наддувочного воздуха выполнен заодно с испарителем контура циркуляции хладагента, а охладитель первой ступени охлаждения наддувочного воздуха включен в контур циркуляции хладагента между абсорбером и нагнетателем.

Недостатком известной системы двухступенчатого охлаждения наддувочного воздуха является ее сложность, обусловленная наличием дополнительного контура циркуляции хладагента (фреона), повышенные требования по техническому обслуживанию и контрольному осмотру системы, с целью не допущения утечки хладагента, а также значительные массогабаритные характеристики.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является система питания воздухом комбинированного двигателя с глубоким охлаждением, принятая за прототип (Патент РФ №168451 опубл. 02.02.2017 г.), содержащая: двигатель внутреннего сгорания с впускным и выпускным трубопроводом, турбокомпрессор состоящий из компрессора и турбины, дополнительный выпускной трубопровод, нагнетающий трубопровод, глушитель, воздушный фильтр, воздушный трубопровод, охладительную турбину, охладительный компрессор, дополнительный воздушный трубопровод, охладительный трубопровод, вихревой охладитель, теплообменник.

Недостатком прототипа является его низкая эффективность обусловленная отсутствием полезного использования энергии потока горячего воздуха отводимого из вихревого охладителя в окружающую среду.

Техническим результатом заявленной системы является повышение эффективности охлаждения наддувочного воздуха за счет полезного использования энергии потока горячего воздуха отводимого из вихревого охладителя в окружающую среду.

Технический результат достигается тем, что устанавливают теплообменник второй ступени, охлаждаемый с помощью турбовентилятора, состоящего из турбины с электромагнитной муфтой и лопастей, выполненного с возможностью управления от электронного блока управления в зависимости от показаний датчика температуры наддувочного воздуха.

Предложение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема системы глубокого охлаждения наддувочного воздуха комбинированного двигателя, содержащая: 1 - двигатель внутреннего сгорания, с впускным 2 и выпускным 3 трубопроводом, турбокомпрессор, состоящий из турбины 4 и компрессора 5, регулировочная заслонка 6, вихревой охладитель 7, теплообменники первой 8 и второй 9 ступени, турбовентилятора, состоящий из турбины 10 с электромагнитной муфтой 11 и лопастей 12, датчик 13 температуры наддувочного воздуха, электронный блок управления 14.

На фиг. 2 представлена схема турбовентилятора.

Электромагнитная муфта 11 состоит из ведущей полумуфты 15 и ведомой полумуфты 16, причем вал 17 турбины 10 шлицевым соединением жестко соединен с ведущей полумуфтой 15, а ведомая полумуфта 16 шлицевым соединением жестко соединена с другим валом 18, на втором конце которого болтовым соединением закрепляют лопасти 12 (см. фиг. 2).

Заявленная система глубокого охлаждения наддувочного воздуха комбинированного двигателя работает следующим образом.

Отработавшие газы поступают из цилиндров двигателя внутреннего сгорания 1 в выпускной трубопровод 3 и далее на турбину 4 турбокомпрессора. Жестко связанное с турбиной колесо компрессора 5 нагнетает свежий заряд воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания 1, который проходит через регулировочную заслонку 6, охлаждается в теплообменниках первой 8 и второй 9 ступеней.

Охлаждение наддувочного воздуха обеспечивается в два этапа. Первый этап охлаждения осуществляется в теплообменнике первой ступени 8. С этой целью на выходе из компрессора 5 устанавливают регулировочную заслонку 6, которая позволяет обеспечивать отбор и перепуск части наддувочного воздуха для функционирования вихревого охладителя 7. Вихревой охладитель 7 представляет собой вихревую трубку Ранка-Хилша (Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике / Меркулов А.П. - М.: Машиностроение, 1969. - 184 с.). Отобранная регулировочной заслонкой 6 часть воздушного потока, поступающая из компрессора 5, подается через сопловое отверстие в вихревой охладитель 7, в которой происходит его разделение на горячую область высокой температуры (формируется по периферии трубы) и холодную область низкой температуры (формируется по центру трубы). Поток холодного воздуха поступает из вихревого охладителя 7 на теплообменник 8, охлаждает наддувочный воздух, проходящий в нем и далее отводится в окружающую среду.

Поток горячего воздуха из вихревого охладителя 7 поступает на турбину 10 турбовентилятора. Крутящий момент от колеса турбины 10 через электромагнитную муфту 11 передается на жестко закрепленные на валу 18 ведомой полумуфты 16 лопасти 12. Электромагнитная муфта 11 обеспечивает вращение лопастей 12 с потребной для поддержания требуемого теплового режима наддувочного воздуха частотой. Создаваемый лопастями 12 поток охлаждающего воздуха прокачивается через теплообменник второй ступени 9, охлаждает проходящий через него наддувочный воздух и далее отводится в окружающую среду. Таким образом обеспечивается второй этап охлаждения наддувочного воздуха.

Регулирование производительности работы вихревого охладителя 7 и турбины 10 турбовентилятора обеспечивается регулировочной заслонкой 6. Регулирование частоты вращения лопастей 12 обеспечивается электромагнитной муфтой 11. Сигнал на исполнительные органы (регулировочную заслонку 6 и электромагнитную муфту 11) отправляется с электронного блока управления 14, данные на который поступают с датчика температуры 13 наддувочного воздуха.

По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволит значительно повысить эффективность охлаждения наддувочного воздуха за счет полезного использования энергии потока горячего воздуха отводимого из вихревого охладителя в окружающую среду.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Система глубокого охлаждения наддувочного воздуха комбинированного двигателя содержит двигатель (1) внутреннего с впускным и выпускным трубопроводами (2) и (3) турбокомпрессор, состоящий из компрессора (5) и турбины (4), вихревой охладитель (7) и теплообменник (8). Устанавливают теплообменник (9) второй ступени, охлаждаемый с помощью турбовентилятора. Турбовентилятор состоит из турбины (10) с электромагнитной муфтой (11) и лопастей (12). Турбовентилятор выполнен с возможностью управления от электронного блока (14) управления в зависимости от показаний датчика (13) температуры наддувочного воздуха. Технический результат заключается в улучшении охлаждения наддувочного воздуха за счет полезного использования энергии потока горячего воздуха отводимого из вихревого охладителя в окружающую среду. 2 ил.

Система глубокого охлаждения наддувочного воздуха комбинированного двигателя, содержащая двигатель внутреннего с впускным и выпускным трубопроводами, турбокомпрессор, состоящий из компрессора и турбины, вихревой охладитель, теплообменник, отличающаяся тем, что устанавливают теплообменник второй ступени, охлаждаемый с помощью турбовентилятора, состоящего из турбины с электромагнитной муфтой и лопастей, выполненного с возможностью управления от электронного блока управления в зависимости от показаний датчика температуры наддувочного воздуха.