Силовая установка Советский патент 1993 года по МПК F02B37/00 F02G5/02 

. . Воздух

х х ОГ

Сущность изобретения: Силовая установка содержит поршневой двигатель 1, компрессор 2 первой ступени наддува, теплообменник 3, установленный в выпускном тракте поршневого двигателя, утилизационный свободнопоршневой компрессор 4, включающий в себя рабочую 5, воздушные б и буферные 7 полости, охладитель 8 надk СО со ел 4 о о

. Пар, конденсат Фиг.1

дувочного воздуха, конденсатор 9 и питающий насос 10, Выпускной коллектор двигателя 1 соединен с входом турбинной части компрессора 2, выход которой подключен к входному патрубку газовой стороны теплообменника 3, Выходной патрубок насоса 10 соединен с входом паровой стороны теплообменника 3, выход которого подключен к выпускным органам рабочей полости 5 свободно-поршневого компрессора 4, Выходные органы рабочей полости 5 соединены

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению.

Цель изобретения - снижение расхода .топлива силовой установки путем снижения механических потерь за счет оптимального использования тепловой и кинетической энергии отработавших газов за счет применения утилизационного цикла с фазовым переходом рабочего агента,Выполнение паровой расширительной машины и компрессора второй ступени наддува заодно в виде свободнопоршневого компрессора с паровым приводом позволяет получить пологую характеристику КПД, мало изменяющуюся от нагрузки и скоростного режима, и хорошее согласование расходных характеристик свободнопоршневого компрессора и двигателя во всем диапазоне режимов работы последнего, что в свою очередь позволяет повысить топливную экономичность,

На фиг. I представлена схема силовой установки; на фиг.2 - вариант схемы в случае использования поршневого двигателя с испарительной системой охлаждения наддувочного воздуха типа жидкость-воздух.

Силовая установка состоит из поршневого двигателя 1, компрессора 2 первой сту- пени наддува, теплообменника 3, установленного в выпускном тракте поршневого двигателя 1, утилизационного сво- боднопоршнев9го компрессора 4, включающего в себя рабочую 5, воздушные 6 и буферные 7 полости, охладителя наддувочного воздуха 8, конденсатора 9 и питающего насоса, Выпускной коллектор поршневого двигателя 1 соединен с входом турбинной части компрессора 2, выход которого подключен к входному патрубку газовой стороны теплообменника 3, Выходной патрубок насоса 10 соединен с входом паровой стороны теплообменника 3, выход которого подключен к впускным органам рабочей полости 5 УСПК 4. Выходные органы рабочей полости 5 УСПК 4 соединечерез конденсатор 9 с впускным патрубком насоса 10. Выпускной патрубок компрессора 2 через клапаны соединен с воздушными полостями 6, выходы которых подключены через охладитель наддувочного воздуха 8 к впускному коллектору двигателя 1. При работе силовой установки улучшается топливная экономичность, повышается запас крутящего момента, упрощается кинематическая схема и снижаются механические потери. 2 ил.

ны через конденсатор 9 с впускным патрубком насоса 10. Выпускной патрубок компрессорной части компрессора 2 через клапаны соединен с воздушными полостями 6 УСПК 4, выходы которых подключены через охладитель наддувочного воздуха 8 к впускному коллектору поршневого двигателя 1...«.

В случае применения поршневого двигателя 1 с испарительной системой охлаждения и водовоздушного охладителя наддувочного воздуха 8 (фиг.2), питающий насос 10 подключен к входу водяной стороны охладителя воздуха 8, выход которой соединен через испарительную систему охлаждения поршневого дв Игателя 1 с входом паровой стороны теплообменника 3.

Силовая установка работает следующим образом.

Химическая энергия топлива, введенного в цилинДры поршневого Двигателя 1, вследствие процесса сгорания частично преобразуется в механическую энергию, передаваемую на вал отбора мощности силовой установки, частично передается через детали двигателя в систему охлаждения, частично отводится отработавшими газами (ОГ). ОГ из цилиндров поршневого двигателя поступают в турбинную часть турбокомпрессора 2 системы наддува, где часть энергии преобразуется в механическую используемую для привода лопаточного компрессора, затем ОГ из выпускного патрубка турбины турбокомпрессора попадают в теплоббменник 3, установленный в выпускном тракте поршневого двигателя, где ОГ передают рабочему телу системы утилизации. Рабочее тело в жидком состоянии насосом 10 из конденсатора 9 подается в теплообменник 3, где подогревается до температуры кипения, испаряется и подогревается. После теплообменника 3 перегретый пар рабочего тела системы утилизации поступает во внутреннюю полость 5 УСПК 4, где

передает свою энергию воздушному заряду

в полостях 6. поступившему из компрессорной части турбокомпрессора 2. В случае использования поршневого двигателя 1 с испарительной системой охлаждения и охладителя наддувочного воздуха 8 типа жидкость-воздух используется теплота сжатого в системе наддува воздуха и теплота, отведенная в систему охлаждения. При этом воз- можно использование рабочего тела системы утилизации в качестве охлаждающей жидкости поршневого двигателя 1. При такой совмещенной схеме систем утилизации и охлаждения рабочая жидкость из кон- денсатора 9 насосом 10 подается в охладитель наддувочного воздуха 8 затем в систему охлаждения поршневого двигателя 1, где подогревается и испаряется, а затем в теплообменник 3, где влажный пар рабочей жидкости перегревается.

Свободно-поршневой компрессор А работает по двухтактному циклу. При положении поршней во внутренней мертвой точке открывается впускной канал распределительного устройства рабочего тела системы утилизации, п ри этом происходит наполнение рабочим телом внутренней рабочей полости 5, повышение давления в этом объеме, под воздействием которого происходит движение синхронизированных поршней к наружной мертвой точке. Во время движения от в.м.т. к н.м.т. происходит расширение рабочего тела утилизационного контура во внутренней полости, заполнение нагнетательных воздушных полостей 6 через открытые впускные клапаны из магистрали, соединенной с выходом турбокомпрессора 2, сжатие воздушного заряда во внешних буферных полостях 7. При достижении поршнями наружной мертвой точки происходит открытие выпускного канала внутренней рабочей полости 5. Под действием давления сжатого воздушного заряда в буферных полостях 7 поршни двигаются к внутренней мертвой точке, при этом происходит1 выпуск рабочего тела из внутренней полости 5, выталкивание заряда через открытый выпускной клапан из воздушных полостей 6 в охладитель наддувочного воздуха 8, а затем во впускной коллектор поршневого двигателя 1.

После достижения поршнями внешней мертвой точки происходит закрытие выпускного канала внутренней полости 5 сво- боднопорошневого компрессора 4 и открытие впускного канала. Цикл повторяется..

Благодаря тому, что вторая ступень наддува - свободнопоршневой компрессор, ис- пользующий теплоту ОГ, не имеет

механической связи с поршневым двигателем, упрощается кинематическая схема силовой установки и, следовательно технология изготовления, снижаются механи- ческие потери и материалоемкость силовой установки. Кроме того, более полно используется энергия сгоревшего топлива без увеличения сопротивления выпускного тракта, т.е. без ухудшения про- текания рабочего процесса поршневого двигателя. Система наддува, состоящая из турбокомпрессора и свободнопоршневого компрессора, автоматически подстраивается к режиму работы поршневой части за счет

свойства свободнопоршневых машин менять длину хода поршня от подведенной к рабочей полости энергии, При работе поршневого двигателя на номинальном режиме

свободнопоршневой компрессор не полностью использует рабочий ход поршней. При переходе на режим максимального крутящего момента увеличивается температура ОГ, повышаются параметры рабочего тела перед впускными органами рабочей полости свободнопоршневого компрессора, вследствие чего происходит увеличение хода поршней, повышение объема и давления воздуха в воздушных полостях свободнопоршневого компрессора, повышение дэвления наддува, улучшается протекание рабочего процесса поршневого двигателя на режиме максимального крутящего момента, происходит корректировка характеристики поршневого двигателя в сторону

увеличения запаса крутящего момента и снижения расхода топлива на этом режиме, В результате использования предлагаемой силовой установки улучшается топливная экономичность, повышается запас

крутящего момента, упрощается кинематическая схема и снижаются механические потери силовой установки.

Формула изобретения Силовая установка, содержащая поршневой двигатель, компрессор наддува, па- регенератор, установленный в выпускном тракте двигателя, вторую ступень наддува компрессором и расширителем в виде парового двигателя, включенного в контур

циркуляции рабочего тела через парогенератор, паровой двигатель, конденсатор, питательный насос и охладитель наддувочного воздуха, установленный между компрессором второй ступени наддува и впускным

трубопроводом двигателя, отличающаяся тем, что паровая расширительная машина и компрессор эторой ступени наддува выполнены заодно в виде свободнопоршневого компрессора с паровым приводом.

Воздух

X ОГ

/7(7/7, конденсат

ю

Фиг,. I