Комбинированный двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1991 года по МПК F02B37/00 

1

(21)4666485/06 (22) 23.03.89 (46)23.06.91. Бюл. №23

(71)Ворошиловградский машиностроительный институт

(72)А.И.Крайнюк (53)621.43-052(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР Nr 794234.КЛ. F 02 В 37/00, 1978.

.(54) КОМБИНИРОВАННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

(57)Изобретение может быть использовано в системах наддува двигателей. Цель изобретения - повышение эффективных показателей комбинированного двигателя Ком- бинированный двигатель содержит поршневой двигатель 1 внутреннего сгорания с впускным трубопроводом 2 и выхлопным коллектором 3, силовую турбину 4, кинематически связанную с валом поршневого двигателя 1 и подключенную газоприемным патрубком к выхлопному коллектору 3, турбокомпрессор 5, турбина 6 которого снабжена впускным патрубком, сообщенным с газовыпускным патрубком 7 силовой турбины, а воздухонэпорный патрубок компрессора 8 подключен к впускному трубопроводу 2 поршневого двигателя 1. перепускной канал 9 с установленным в нег

(Л

С

о ел 1 о о ел

органом 10 перекрытия, подогреватель 11 перепускаемого воздуха теплотой отработанных газов и дополнительную камеру 12 сгорания. Участок газоприемного патрубка силовой турбины 4 выполнен в виде пассивного сопла 13 и камеры 14 смешения эжектора 15, активное сопло 16 которого подключено к перепускному каналу 9. Дополнительная камера 12 сгорания совмещена с камерой 14 смешения эжектора 15 и

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателестро- ению, в частности к системам наддува двигателей.

Цель изобретения - повышение эффективных показателей комбинированного двигателя.

На чертеже представлена схема комбинированного двигателя.

Комбинированный двигатель онутрен- него сгорания содержит поршневой двигатель 1 внутреннего сгорания с впускным трубопроводом 2 и выхлопным коллектором 3, силовую турбину 4, кинематически связанную с валом поршневого двигателя 1 и подключенную газоприемным патрубком к выхлопному коллектору 3 поршневого двигателя, турбокомпрессор 5, турбина 6 которого снабжена впускным патрубком, сообщенным с газовыпускным патрубком 7 силовой турбины, а воздухонапорный патрубок компрессора 8 подключен к впускному трубопроводу 2 поршневого двигателя 1, перепускной канал 9 с установленным в нем органом 10 п°оекрытия его сечения, подогреватель 11 перепускаемого воздуха, горячая полость которого сообщена с выпускным патрубком турбины 6 турбокомпрессора 5. а холодная полость включена в перепускной канал 9, который подключен к воздухона- порному патрубку компрессора 8 и сообщен с газоприемным патрубком силовой турбины 4, и дополнительную камеру 12 сгорания.

Участок газоприемного патрубка силовой турбины 4 выполнен в виде пассивного сопла 13 и камеры 14 смешения эжектора 15, активное сопло 16 которого подключено к перепускному каналу 9 Дополнительная камера 12 сгорания совмещена с камерой 14 смешения эжектора 15 и снабжена форсунками 17 подачи топлива.

Комбинированный двигатель работает следующим образом

Компрессор 8 турбокомпрессора 5 нагнетает наддувочный воздух по впускному

снабжена форсунками 17 подачи топлива. Комбинированный двигатель внутреннего сгорания позволяет реализовать рабочий цикл с более высоким КПД, повысить КПД силовой турбины, более полно утилизировать теплоту выпускных газов, использовать избыточное давление наддувочного воздуха для ускорения потока газов перед силовой турбиной и отсоса выпускных газов из поршневого двигателя. 1 ил.

трубопроводу 2 в поршневой двигатель 1. Часть наддувочного воздуха по перепускному каналу 9, предварительно нагретая в подогревателе 11 теплотой отработанных

газов, подводится к активному соплу 16 эжектора 15. Выпускные газы из поршневого двигателя 1 через выхлопной коллектор 3 поступают к пассивному соплу 13 эжектора 15. Поскольку давление наддувочного воздуха при высоких давлениях наддува на режимах полных нагрузок превышает давление выпускных газов, то воздух, истекая через активное сопло 16, увлекает за собой выпускные газы двигателя 1, что способствует снижению противодавления выпуску газов из двигателя 1 и, следовательно, уменьшению работы насосных ходов. В камере 14 смешения эжектора 15 осуществляется интенсивное перемешивание воздуха с

выпускными газами и одновременно происходит впрыск топлива через форсунки 17 дополнительной камеры 12 сгорания и сжигание этого топлива. Благодаря высокой степени турбулизации смеси в камере 14

обеспечиваются условия для полного сжигания топлива и догорания продуктов неполного сгорания в выпускных газах двигателя 1.

Из камеры 14 газовая смесь с повышенной температурой подводится к силовой

турбине 4,в которой энергия ее теплосодержания частично преобразуется в механическую работу на валу двигателя 1. После силовой турбины 4 газовая смесь поступает к турбине 6 турбокомпрессора 5, где ее

энергия используется для привода компрессора 8 наддува. На выходе из турбины 6 отработанные газы поступают в подогреватель 11, где осуществляется подогрев перепускаемого воздуха.

Количество перепускаемого посредством органа 10 воздуха и распыливаемого форсунками 17 топлива регулируется в зависимости от режима работы двигателя 1. При снижении частоты вращения вала двигателя

1 увеличивается расход перепускаемого по

каналу 9 воздуха и одновременно увеличивается количество распиливаемого топлива, благодаря чему увеличивается теплосодержание газовой смеси перед силовой турбиной 4 и турбиной 6 турбокомпрессо- ра, вследствие чего увеличивается расход и повышается давление наддувочного воздуха, подаваемого компрессором 8. при этом возрастает приспособляемость комбинированного двигателя по крутящему моменту.

На режимах максимальной мощности температура выпускных газов в выхлопном коллекторе 3 имеет высокое значение, поэтому подача топлива через форсунки 17 уменьшается вплоть до полного прекращения, однако перепуск наддувочного воздуха через канал 9 и сопло 16 может быть сохранен с целью снижения теплонапряженности проточных элементов турбин 4 и 6.

Комбинированный двигатель внутреннего сгорания позволяет реализовать рабочий цикл с более высоким КПД благодаря повышению эффективности сгорания топлива в дополнительной камере сгорания и дожиганию продуктов неполного сгорания в выпускных газах, повышению КПД силовой турбины вследствие увеличения расхода рабочего тела и снижению относительной доли утечек в ней, более полной утилизации теп- ловой энергии отработанных газов ввиду постоянного подогрева перепускаемых в силовую турбину воздуха на всех режимах работы комбинированного двигателя, а также использованию избыточного давления наддувочного воздуха для ускорения потока газов перед силовой турбиной и снижению противодавления выпуску газов из поршневого двигателя, кроме того перепуск воздуха позволяет снизить теплонап-

ряженность силовой турбины на режимах полных нагрузок.

Формула изобретения Комбинированный двигатель внутреннего сгорания, содержащий поршневой двигатель внутреннего сгорания с впускным трубопроводом и выхлопным коллектором, силовую турбину, кинематически связанную с валом поршневого двигателя и снабженную газоприемным и газовыпускным патрубками, турбокомпрессор наддува поршневого двигателя, турбина которого снабжена впускным и выхлопным патрубками, а компрессор сообщен воздухонапор- ным патрубком с впускным трубопроводом поршневого двигателя, перепускной канал с органом перекрытия его сечения, подключенный к воздухонапорному патрубку компрессора и газоприемному патрубку силовой турбины, и дополнительную камеру сгорания с патрубком подвода топлива, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективных показателей, комбинированный двигатель снабжен нагревателем перепускаемого воздуха, горячая полость которого подключена к выхлопному патрубку турбины турбокомпрессора, а холодная полость включена в перепускной канал, впускной патрубок турбины турбокомпрессора сообщен с газовыпускным патрубком силовой турбины, а газоприемный патрубок последней подключен к выхлопному коллектору поршневого двигателя и выполнен в виде эжектора, активное сопло которого подключено к перепускному каналу, а пассивное сопло и камера смешения выполнены в виде участка газоприемного патрубка силовой турбины, дополнительная камера сгорания совмещена с камерой смешения эжектора.