Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1992 года по МПК F02D17/02 

Фиг.1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий перепускные каналы, со- общающие попарно впускные патрубки объединенных цилиндров, в перепускных каналах установлены теплообменники. Во впускных патрубках в месте их соединения б бездушным ресивером расположены об- ратные клапаны. В известном двигателе не может быть повышена эффективности работы путем перепуска многократно сжатого воздуха между отключенными и работающими цилиндрами, так как отсутствует пе- репускной коллектор, соединяющий все цилиндры, а использование для перепуска сжатого воздуха впускного тракта затруднит либо полностью сделает невозможным заполнение цилиндров свежим зарядом.

Известен двигатель внутреннего сгорания, цилиндры которого сообщены попарно перепускным ресивером через перепускные клапаны.

В известном двигателе перепускным ресивером объединены не все цилиндры двигателя и отсутствуют теплообменники для изменения температуры перепускаемого воздуха, поэтому эффективность работы двигателя не может быть повышена за счет многократного сжатия воздуха в отключенных цилиндрах, а также снижения работы сжатия в отключенных цилиндрах в отсутствие промежуточного охлаждения и подогрева воздуха, подаваемого в работающие цилиндры для повышения его энергосодержания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий отключаемые и неотключаемые цилиндры, каждый из которых снабжен впускным и выпускным коллекторами, и систему охлаждения.

В известном двигателе не может быть повышена эффективность работы путем перепуска многократно сжатого воздуха между отключенными и работающими цилиндрами, так как в двигателе отсутствует перепускной коллектор, объединяющий все цилиндры, а использование для перепуска сжатого воздуха впускного тракта не обеспечивает последовательного многократного сжатия. Кроме того, двигатель не имеет теплообменников для изменения температуры сжатого воздуха.

Целью изобретения является повыше- ние эффективности работы путем увеличения количества воздуха, подаваемого в неотключаемые цилиндры.

Поставленная цель достигается тем. что известный двигатель, содержащий отключаемые цилиндры, каждый из которых снабжен впускным и выпускным коллекторами, и систему охлаждения, дополнительно снабжен перепускными патрубками с установленными в них управляемыми перепускными клапанами, перепускные патрубки всех цилиндров соединены с перепускным коллектором, при этом перепускные патрубки отключаемых цилиндров снабжены теплообменником для охлаждения находящегося в них воздуха, а перепускные патрубки неотключаемых цилиндров снабжены теплообменником для подогрева воздуха, поступающего в неотключаемые цилиндры.

Кроме того, теплообменники выполнены в виде двух аксиально расположенных труб с зазором между ними, а образованная между трубами полость разделена перегородками на части по числу групп цилиндров, при этом внутренняя труба подключена к перепускным патрубкам и каждая часть полости между трубами подключена к соответствующему контуру системы охлаждения двигателя, причем теплообменник перепускных патрубков неотключаемой группы ци- линдров может быть подключен к выпускному коллектору.

На фиг, 1 изображена схема 4-тактного рядного шестицилиндрового дизеля с водяным охлаждением; на фиг. 2 и 3 - эскизы выполнения теплообменников; на фиг. 4 - схема работы двигателя.

Цилиндры двигателя 1-3 (фиг. 1) объединены в группу неотключаемых цилиндров, цилиндры 4-6 - в группу отключаемых. Все цилиндры сообщены с воздушным коллектором 7 через впускные клапаны 8, с выпускным коллектором 9 через выпускные клапаны 10, а также с перепускным коллектором 11 через перепускные патрубки 12 с встроенными в них неотлючаемых цилиндров 1-4 и отключаемых цилиндров 4-6 размещены соответственно теплообменники 14 и 15.

Теплообменник 14 включен в первый (горячий) контур 16 системы охлаждения совместно с полостями охлаждения дизеля 17. Теплообменник 15 включен во второй (холодный) контур 18 совместно с охладителем 19 наддувочного воздуха, кроме того, в оба контура системы охлаждения входят радиаторы, насосы и т.д. (не показано).

Теплообменники (фиг. 2) состоят из двух аксиально расположенных труб 20 и 21 (остальные обозначения здесь и далее те же, что и на фиг. 1), внутренняя из которых сообщена с перепускными патрубками 12. Полость между трубами разделена поперечной перегородкой 22 на две полости 23 и 24 Каждая из полостей подключена к соответствующему контуру системы охлаждения. Стрелками указано движение теплоносителей

Теплообменник 14 группы неотключаемых цилиндров 1-3 (фиг. 3) включен в магистраль 9 выпуска посредством патрубка 25 с целью увеличения энергосодержания сжатого воздуха, подаваемого в цилиндры 1-3, а также с целью утилизации энергии выпускных газов.

Двигатель (фиг. 1) работает следующим образом

При работе всех цилиндров перепускные клапаны 13 постоянно закрыты. Впускные 8 и выпускные 10 клапаны обеспечивают процессы наполнения и выпуска. Топливо подается в каждый цилиндр.

При команде на отключение группы цилиндров 4-6 прекращают подачу топлива и закрывают в этих цилиндрах выпускные клапаны 10. Одновременно включают перепускные клапаны 13 всех цилиндров, а впускные клапаны 8 отключаемых цилиндров 4-6 открывают на тактах впуска и рабочего хода для наполнения этих цилиндров свежим зарядом из воздушного коллектора 7. Заполнение каждого работающего цилиндра (фиг. 4) осуществляют два отключенных. Например, в отключенном цилиндре 4 на такте рабочий ход происходит заполнение цилиндра свежим зарядом и на такте выпуск - сжатие его В конце процесса сжатия сжатый воздух из цилиндра 4 направляется в цилиндр 6, также отключенный потоплипоподаче, в котором закончился процесс наполнения на также Впуск (закрылись впускные клапаны) и начался процесс сжатия воздушного заряда.

Таким образом, в цилиндре 6 сжимается двойной воздушный заряд, и в конце процесса сжатия в этом цилиндре воздух перепускается в работающий цилиндр 2, в котором закончился процесс наполнения и начинается процесс сжатия, т.е, работающий цилиндр 2 оказывается заполненным тройным воздушным зарядом

Аналогично производят перепуск сжатого воздуха в других цилиндрах, а именно: из цилиндра 5 в цилиндр 4 и после добавочного сжатия в работающий цилиндр 1, из цилиндра 6 - в цилиндр 5 и затем в цилиндр 3.

Сжатый воздух после сжатия его в первом отключенном цилиндре направляют в теплообменник 15, где его охлаждают перед сжатием в следующем отключенном цилиндре, затем после сжатия воздуха в этом цилиндре его направляют в теплообменник 14, где его подогревают перед впуском в работающий цилиндр.

Промежуточное охлаждение сжатого воздуха снижает затраты энергии на повторное сжатие. Предварительный подогрев воздуха перед впуском в работающие цилиндры повышает его энергосодержание, утилизируя при этом энергию теплоносителя системы охлаждения двигателя или выпускных газов.

Таким образом, каждый работающий

0 цилиндр оказывается заполненным тройным воздушным зарядом, который, в свою очередь, может быть использован для повышения мощности при увеличенной цикловой подаче топлива, либо для улучшения

5 экономичности за счет увеличения коэффициента избытка воздуха, либо за счет повышения эффективности работы двигателя от совместного действия этих двух факторов.

0При включении цилиндров 4-6 в работу

перепускные клапаны 13 всех цилиндров закрывают, включаются выпускные клапаны 10 отключенных цилиндров 4-6, впускные клапаны 8 этих цилиндров начинают

5 работать только на тактах Впуск, затем включают топливоподачу в эти цилиндры.

Повышение плотности воздушного заряда цилиндра (увеличение его количества) за счет предварительного охлаждения в хо0 лодильнике наддувочного воздуха (ХНВ) - решение, широко применяемое в современных двигателях. При использовании ХНВ возможно приблизить температуру охлаждаемого воздуха к температуре теплоноси5 теля, например воды, за счет увеличения полезной площади теплообменника.

Особенностью двигателя с отключаемыми цилиндрами, оборудованного перепускным коллектором, является перепуск между

0 цилиндрами воздуха, предварительно сжатого в отключаемых цилиндрах, т.е. имеющего температуру значительно выше, чем поступающего в цилиндры свежего заряда из воздушного коллектора.

5 Так, температура наддувочного воздуха перед ХНВ в зависимости от исполнения двигателя (наддувный, безнаддувный и т.д.) может колебаться от значения температуры окружающей среды до 100-150°С. Темпера0 тура же перепускаемого между цилиндрами воздуха находится на уровне 400-500°С.

При одном и том же охлаждающем теплоносителе (например, вода двигателя холодного контура) принципиально

5 невозможно охладить поступающий в работающие цилиндры воздух только в ХНВ до той же температуры, что и в случае установки добавочкэго теплообменника на тракте перепуска воздуха между отключаемыми цилиндрами.

Например, наддувочный воздух после компрессора дизеля имел температуру 150°С При температуре охлаждающей воды 60 65°С предельное значение температуры, до которой возможно охладить воздух при чюбой большой полезной площади ХНВ, находится на уровне 70°С (двигатели 6ЧН21/21. 16ЧН26/26ити.) После сжатия в отключаемых цилиндрах температура воздуха повышается до значений 400-500°С и сколь бы не увеличивать ХНВ, без дополнительного теплообменника снизить значение температуры поступающего в работающие цилиндры воздуха невозможно. Установка добавочного теплообменника на тракте перепуска воздуха между отключенными цилиндрами позволяет понизить температуру воздуха при том же теплоносителе до значений 80-100°С.

Если предложить возможность охлаждения наддувочного воздуха в ХНВ до любых заданных значений (при специальном хладоагенте), то и в этом случае принципиально невозможно достичь значений температуры воздуха только в ХНВ близких к тем, которые имели бы место при предлагаемом размещении добавочного теплообменника, так как последующее сжатие в отключаемых цилиндрах неизбежно увеличит температуру воздуха.

Коэффициент теплопередачи между воздухом и теплоносителем (из-за разницы температуры воздуха) значительно для предлагаемого варианта, что позволяет при одних и тех же выходных параметрах воздуха снизить весогабаритные показатели теплообменников.

Таким образом, в предлагаемом вари- -анте обеспечивается снижение работы сжатия при одновременном увеличении воздушного заряда цилиндра до значений, не достигаемых в известных решениях, за счет размещения добавочного теплообменника между отключаемыми цилиндрами и перепускным коллектором.

11рр)длагаемая конструкция двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить эффективность работы деигэтел-, а именно его мощность, экономичность и надежность за счет повышения воздушного заряда работающих цилиндров и снижения работы сжатия в отключаемых цилиндрах.

10

Формула изобретения

1.Двигатель внутреннего сгорания, содержащий отключаемые и неотключаемые цилиндры, каждый из которых снабжен впускным и выпускным Оллекторами, и систему охлаждения, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем увеличения количества воздуха, подаваемого в неотключаемые цилиндры, двигатель снабжен перепускными патрубками с установленными в них управляемыми перепускными клапанами, перепускные патрубки всех цилиндров соединены с перепускным коллектором, при этом перепускные патрубки отключаемых цилиндров

снабжены теплообменником для охлаждения находящегося в них воздуха, а перепускные патрубки неотключземух цилиндров снабжены теплообменником для подогрева воздуха поступающего о неотключаемые

цилиндры,

2.Двигатель по п. 1,отличающийся тем, что теплообменники выполнены в виде двух аксиально расположенных труб с зазором между ними, а образованная между трубами полость разделена перегородками на части по числу групп цилиндров, при этом внутренняя труба подключена к перепускным патрубкам и каждая часть полости между трубами подключена к соответствующему контуру системы охлаждения двигателя,

3.Двигатель по п. 1,отличающийся тем, «то теплообменник перепускных патрубков неотключаемой группы цилиндров

подключен к выпускному коллектору.

23

I

L гд

22

t

21

Использование: изобретение прадназ-. начено для использования а двигателях внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами и обеспечивает повышение эффективности работы двигателя за счет увеличения количества воздуха, подаваемого в неотключаемые цилиндры. Сущность изобретения: двигатель содержит неотключаемые 1-3 и отключаемые 4-6 цилиндры, объединенные перепускным коллектором 11с установленными между ним и цилиндрами 1-6 теплообменниками 14 и 15, один из которых включен в горячий 16, а другой - в холодный 18 контуры охлаждения двигателя, причем теплообменники 14 и 15 могут быть выполнены в виде аксиально расположенных труб с перегородками. 2 з.п.ф-лы. 4 ил.

у

/Г- ;. .. ;. -. . :...... ... .-. v

f. k V . , . . « « « . -. .. . ... . .-, ..«

. rllS r - lIZIIldu±±±k EIZ± 3uJ 1 % Л

Ч J MBUUIU11-1JI.««- l..l-lau..-1u.ll...ll--

М(ШШм

1 )( )( з

TL/ -Г Х.Т

.U T TbdTE

f5

/4

Фиг. I

Воздух

I