Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1984 года по МПК F02B37/13 F02B33/42 

-«ЛДЛДг-г

с:

/

vNAAA

V

УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДЦУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащее две последовательные ступени сжатия, подключенные к воздухонапорной магистрали, и две связанные с ними параллельные ступени расширения, из которых по меньшей мере одна подключена к выхлопному кьллектору двигателя и обе снабжены трубопроводами впуска расширяющегося и выпуска отработавшего рабочего тела, о т л .и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьяиения эффективности путем увеличения утилизации тепла выхлопных газов двигателя, устройство дополнительно снабжено теплообмспНИКОМ, обе ступени сжатия и обе ступени расширения рыполнсны заодно в виде волнсвого обменника давления с ячейками первой и второй ступеней сжатия, у которого к выхлопному коллектору двигателя подключен трубопровод впуска расширяющегося рабочего тела в ячейки первой ступеньсжатия, а трубопровод впуска расширяющегося рабочего тела в ячейки второй ступени сжатия выполнен в виде ответвления из воздухонапориой г™ %; ascsj магистрали, и теплообменник включен греющими и нагреваемыми поверхностяM i в ответвление и в трубопровод выk5K%t & пуска отработавшего рабочего тела из ячеек первой ступени соответственно. /

аг. / Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестрое иию, а именно к устройствам для наддува двигателя внутреннего сгорания. Известно устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержап;ее две последовательные ступе ни сжатия, подключенные к воздухонапорной магистрали, и две связанные с ними последовательные ступени расширения j из которьгх ступень высокого давления подключена к выхлопному кол лектору двигателя. При этом вторая ступень расширения и первая ступень сжатия выполнены в виде. волнового обменника давления, а ступени сжатия и расширения высокого давления -, в виде турбокоътрессора. ступенями раси ирения может быть установлен промежуточный подогреватель Cl jl Выполнение ступени низкого давле ния в виде волнового обменника давле ния позволяет сократить длительност переходных режимов, а наличие теплообменника позволяет полнее использовать тепло выхлопных газов и снизить температуру перед турбокомпрессором. Однако из-за последовательного включения ступеней расширения величина утилизации тепла выхлопных газов во второй ступени расширения невелика и сочетание в виде последовательных ступеней машин разного типа усложняет их совместную работу на переменных режимах. Известно также устройство.для наддува двигателя внутреннего .сгорания, содержащее две последовательные ступени сжатия подключенные к воздурсонапорной магистрали, и две связанные с ними параллельные ступени расширения, из которых по меньшей мере одна подключена к выхлопному коллектору двигателя и обе снабжены трубопроводами впуска расширяющегося и выпуска отработавшего рабочего тела, В устройстве вторая ступень расширения также подключена к выхлоп ному коллектору 2, Выполнение обеих ступеней расширения параллельными облегчает работу устройства на переменных режимах, но в известном устройстве обе ступени наддува выполнены в виде турбокомпре соров, в связи с чем длительность переходных режимов выше, чем у устройства с волновым обменником давления. Кроме того, устройство не предусматривает также утилизации тепла выхлопных газов двигателя. Целью изобретения является повышение эффективности путем увеличения утилизации тепла выхлопных газов двигателя, Для достижения поставленной цели устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее две последовательные ступени сжатия, подключеннь е к воздухонапорной магистрали, и две связанные с ними параллельные ступени расширения, из которых по меньшей мере одна подключена к выходному коллектору двигателя и обе снабжены трубопроводами впуска расширяющегося и выпуска отработавшего рабочего тела, дополнительно снабжено теплообменником, обе ступени С2«атия и обе ступени расширения выполнены заодно в виде волнового обменника давления с ячейками первой и второй ступеней сжатия, у которого к выхлопному коллектору двигателя подключен трубопровод впуска расширя сицегося рабочего тела в ячейки первой ступени сжатия, а трубопровод впуска расширяющегося рабочего тела в ячейки второй ступени сжатия выполнен в виде ответвления от воздухонапорной магистрали, и теплообменник включен греюп ими и нагреваемыми поверхностями в осветвление и в трубопровод выпуска отработавшего рабочего тела из ячеек ступени соответственно. I На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 расчетная схема двухступенчатого волнового обменника давления. Ступень 1 сжатия низкого давления и ступень 2 сжатия высокого давления выполнены в виде ячеек волнового обменника 3 давления и подключены к воздухонапорной магистрали 4 двигат теля 5 внутреннего сгорания. Воздухонапорная магистраль 4 выполнена с ответвлением 6, которое служит трубопроводом подачи расширяющегося рабочего тела в ячейки второй ступени сжатия (ступени 2 высокого давления). Теплообменник 7 включен своими греющими поверхностями в ответвление 6, а нагреваемыми - в трубопровод 8 выпуска отработавшего рабочего тела из ячеек первой ступени 1 сжатия. Элементы 9 и 10 на расчетной схеме им -1итируют ступени расширения.

В процессе работы двигателя выхлопные газы, попадая в ячейки первой ступени сжатия, осуществляют сжатие воздуха, поступающего в ячейки из атмосферы. Дальнейшее сжатие воздуха происходит в ячейках второй ступени 2 сжатия высокого давления и поступает в воздухонапорную магистраль 4. Расширяющимся рабочим телом в ячейках 2 высокого давления служит сжатый воздух, поступающий в них по ответвлению 6 через теплообменник 7.

Такое устройство обменника давления позволяет использовать отработавшие в двигателе газы для сжатия воздуха только в первой ступени обменника - в ступени низкого давления. Поэтому отработавшие газы двигателя на входе в обменник давления имеют низкое избыточное давление, т.е. обеспечивается рабочий процесс

в цилиндрах двигателя с более полнът расширением, чем при наддуве от турбокомпрессоров. При этом одновременно происходит уменьшение работы выталкивания. Для сжатия воздуха в ступени высокого давления используется часть этого же . Чтсбь; этот процесс оказался возможен к снижающему воздуху под::-:; ти добавочную энергию, для чего и служит теплообменник 7, в которГМ горячие отработавшне газы, БЫХОД;,. щие из ступени низкого давления об менника, отдают тепло сжимающему возд ху, подаваемому в ступень высо кого давления обменпика.

Благодаря этог-гу теряемое тепло отработавшего рабочего тела утилизируется для совершения полезной работы и эффективность устройства повышается

Фиг. 2