Комбинированный двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02B33/42 F02B37/00 F02B41/10 F04F11/02 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а конкретнее к комбинированным двигателям внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.

Цель изобретения - улучшение эффективных показателей двигателя.

На фиг.1 представлена схема двигателя в случае выполнения потребителя энергии газов в виде силовой турбины; на фиг.2 - потребитель энергии газов с турбиной привода компрессора.

Комбинированный двигатель содержит поршневую часть с цилиндрами 1 турбокомпрессор с размещенными на его валу компрессором 3 наддува и газовой турбиной 4, из которых компрессор подключен к впускному трубопроводу 5, а турбина подключена своим газоприемным патрубком к магистрали 6 выпуска отработавших газов из цилиндров, а также трансформатор 7 давления, выполненный в виде ротора 8 с напорообмен- ными ячейками 9 и статора Юс каналами 11

-13. Газовпускной канал 11 трансформатора давления подключен к выхлопному патрубку 14 турбины 4 первый выпускной канал 12 предназначен для выпуска газов пониженного давления и сообщен с атмосферой, второй выпускной канал 13 предназначен для выпуска газов повышенного давления и подключен к потребителю энергии газов.

На фиг. 1 показан вариант с подключением этого канала к впускному патрубку 15. силовой турбины 16, которая связана с коленчатым валом; на фиг.2 - вариант потре- бителя энергии газов повышенного давления заодно с турбиной 4 привода компрессора 3 наддува. В этом канал 13 сообщен с газовпускным патрубком 17 турбины 4.

Двигатель работает.следующим образом.

Отработавшие газы из цилиндров 1 по магистрали 6 поступают в турбину 4, мощность которой расходуется на привод компрессора 3, нагнетающего воздух на наддув цилиндров 1.

Из турбины 4 отработавшие газы через

выпускной патрубок 14 подводится к газовпускному каналу 11. В процессе вращения ротора 8 каждая из ячеек 9 периодически подключается к окнам каналов 11-13. При этом в момент, предшествующий подключению к окну канала .11, ячейка 9 заполнена выпускными газами под промежуточным давлением. При совмещении с окном канала 11 вдоль ячейки 9 распространяется волна давления, сжимающая находящиеся, в ней газы. К моменту достижения этой волной противоположного (правого) торца ячейки 9, последняя подключается к окну

канала 1.3 и сжатый газ нагнетается к сопловому аппарату силовой турбины 15. Приходное сечение соплового аппарата силовой турбины 15 выполняется меньшим по OTjjiqшению к проходному сечению окна канала 13,i вследствие чего давление газов в канале 13 превышает давление газов в канале 11, Поэтому в сечении окна канала 13 формируется отраженная волна давления, которая

0 распространяется в обратном направлении. К моменту достижения отраженной волной левого торца ротора ячейка 9 выходит из сопряжения с окном канала 11.

После разобщения с окнами каналов 11

5 и 13 в ячейке 9 устанавливается остаточное давление, превышающее атмосферное. Остаточное давление зависит от уровня давления в канале 13 и отношения проходных сечений окон каналов 11 и 13, т.е. повыша0 ется с увеличением значений последних.

В процессе дальнейшего вращения ротора 8 эта же ячейка 9 подключается к окну выпускного канала 12. Образующаяся при этом волна разрежения распространяется к

5 правому концу ячейки. За фронтом прямой волны разрежения устанавливается примерно атмосферное давление ( при условии незначительной величины гидравлического сопротивления выпускно0 re тракта низкого давления). При отражении этой волны разрежения от правой торцовой стенки корпуса 10 формируется обратная волна разрежения, распространяющаяся к левому концу ячейки. За фронтом обратной

5 волны разрежения устанавливается давление ниже атмосферного. При этрм скорость потока за фронтом этой волны практически отсутствует. К моменту достижения обратной волны разрежения левого конца

0 ячейка 9 выходит из сопряжения с окном канала 12. Ввиду отсутствия скорости потока за фронтом обратной волны разрежения волна уплотнения после отключения ячейки 9 не возникает. Поэтому в ячейке устанавли5 вается промежуточное давление ниже атмосферного.

В общем случае величина обратной волны разрежения, а следовательно, и промежуточное давление зависит от величины

0 прямой волны разрежения, которая, в свою очередь, зависит от остаточного давления в ячейке в период отключения ее от окон каналов 11 и 13.

Таким образом, с увеличением давле5 ния газов перед силовой турбиной или. уменьшением проходного сечения окна канала 13 промежуточное давление в ячейке снижается, что способствует снижению противодавления выпуску газов из турбины 4 турбокомпрессора.

Таким образом, выполнение преобразователя энергии отработавших газов в виде трансформатора давления позволяет повысить КПД комбинированного двигателя как за счет вторичного использования энергии отработавших газов в силовой турбине или для повышения мощности газовой турбины турбокомпрессора, так и за счет повышение теплоперепада, срабатывающего в рабочем колесе газовой турбины привода компрессора наддува из-за снижения противодавления выхлопу.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Комбинированный двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбину привода компрессора наддува, поцкиючеМ- ную впускным патрубком к магистрали выпуска отработавших газов из цилиндров, и волновой преобразователь энергии, подключенный газовпускным каналом к выхлопному патрубку турбины привода компрессора, отличающийся тем, что,

с целью улучшения эффективных показателей, волновой преобразователь энергии выполнен в.виде трансформатора давления отработавших газов с двумя выпускными каналами: первым - для выпуска газов пониженного давления и вторым - для выпуска газов повышенного давления, а двигатель снабжен потребителем энергии газов повышенного давления, причем первый выпускной канал трансформатора давления сообщен с атмосферой, а второй подключен к потребителю энергии газов.

2.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что потребитель энергии газов повышейного давления кинематически связан с коленчатым валом и выполнен в виде силовой турбины.

3.Двигатель по п. 1, от л и ч а ю щ и и с я тем, что потребитель энергии газов повышейного давления выполнен заодно с турбиной привода компрессора наддува в виде газовой турбины.

Изобретение позволяет улучшить эффективные показатели комбинированного двигателя внутреннего сгорания. Компрессор 3 наддува двигателя и турбина 4 подключены к цилиндрам 1. К выхлопному патрубку 14 турбины 4 подключен газовпускной канал 11 трансформатора 7 давления. Канал 12 выпуска газов пониженного давления сообщен с атмосферой, а канал 13 выпуска газов повышенного давления подключен к потребителю их энергии, например к силовой турбине 16. В процессе работы двигателя каждая ячейка 9 ротора 8 периодически сообщается с каналом 11 и вдоль нее распространяется волна давления, сжимающая находящийся в ней газ. Через канал 13 этот газ поступает к потребителю мощности. В момент сообщения с каналом 13 вдоль ячейки начинает распространяться волна разрежения и в момент достижения ею противоположного торца ячейки последняя сообщается с каналом 12. В этом канале происходит истечение газов с атмосферным давлением. После перекрытия канала 13 в ячейке возникает волна разрежения. Таким образом, в момент подключения к выхлопному патрубку 14 турбины давление в каждой ячейке ниже атмосферного .а {трансформация давления в ячейках позволяет использовать энергию газов для получения дополнительной работы. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.; «-и к. fe 00 ел СА) fin.t

Л

J