Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1980 года по МПК F02B37/00 

(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

I

Изобретение относится к области машиностроения, а точнее, к устройствам двигателей внутреннего сгорания, переведенных на разомкнутое высокотемпературное- охлаждение с внешним преобразованием и снабженных турбокомпрессором наддув-а.

Изобретение может быть использовано в стационарных, судовых и тепловозных установках с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Известны ДВС, содержащие компрессор для подачн воздуха в цилиндры двигателя, паровую турбину для привода компрессора и тракт замкнутого высокотемпературного охлаждения (ВТО) с паросборником или паросепаратором, помещенным на этом тракте и подающим пар в паровую турбину 1.

Существенным недостатком указанных двигателей является то, что в них для наддува используется лишь отбросное тепло охлаждающей воды и далеко не полностью утилизируется энергия отработавших газов, Этого недостатка лишены другие известные двигатели, в которых привод компрессоров для наддува Осуществляется как паровой турбиной, работающей на паре из системы

ВТО, так и газовой турбиной, использующей энергию отработавщи газов 2. Однако сложность технологических схем и большое количество вспомогательного оборудования в значительной мере снижает достоинства этих двигателей.

Известно также техническое решение, устраняющее многие из выщеуказанных недостатков 3. Это решение является наиболее близким к данному изобретению по

технической сущности и достигаемому результату. Известный двигатель содержит турбокомпрессор с магистралью подвода отработавших газов, снабженной камерой смешивания их с паром из пароотделителя, установленного в контуре циркуляции охлаждения жидкости через двигатель. В таком двигателе одновременно с повышением экономичности в результате совместного использования для Наддува части отбросного епла охлаждающей воды и энергии отработавщих газов достигнуто значительное сокращение количества применяемого оборуования.

Однако использование таких ДВС заруднего из-за существенного увеличения теплонапряженности их деталей. Действительно, для того, чтобыподать пар в камеру смешивания, его давление в пароотделителе необходимо установить более высоким, чем давление газов в магистрали, на величину гидравлических сопротивлений паропровода между пароотделителем и камерой. Если, учесть, что у многих современных фиксированных по наддуву две среднее давление отработавших газов в магистрали подвода их к турбокомпрессору достигает 0,,3 МПа, то, соотв етственно, давление пара в пароотделителе должно быть поднято до 0,2054-0,305 МПа, а это ведет, в свою очередь, к росту температуры воды в пароотделителе (т. е. на входе в ДВС) до 121- 134°С, что в ряде случаев, неприемлемо. Кроме того, при таких температурах воды недопустимо падает вязкость отечественных Масел. Целью настояшего изобретения является снижение теплонапряженности деталей двигателя путем уменьшения температуры охлаждаюшей воды в пароотделителе и регулирования теплового состояния двигателя на любом нагрузочном режиме с помощью регулируемого отвода пара из пароотделителя в камеру смешивания. Указанная цель достигается тем, что магистраль выполнена в виде двух параллельных ветвей, одна из которых снабжена конфузорнодиффузорным участком, а камера смешивания размешена в минимальном сечении последнего. Кроме того, вторая ветвь магистрали может быть снабжена органом изменения ее проходного сечениЯ. На фиг. 1 представлена принципиальная схема систем описываемого двигателя; на фиг. 2 - экскиз конфузорно-диффузорного участка с камерой смешивания в одной из ветвей магистрали подвода отработавших газов к турбокомпрессору. Двигатель внутреннего сгорания 1 содержит турбокомпрессор 2 с магистралью подвода отработавших газов, выполненной в виде двух параллельных ветвей 3 и 4. В контур циркуляции охлаждающей жидкости через двигатель включены последовательно соединенные полости охлаждения двигателя 1, пароотделитель 5 и циркуляционный насос 6. Ветвь 3 магистрали подвода отработавших газов конфузорно-диффузорным участком 7, в минимальном сечении которого размешена камера 8 смешивания отработавших газов с паром и пароотделителя. Ветвь 4 магистрали снабжена органом 9 изменения ее проходного сечения. Работа систем осуществляется следующим образом. Нагретая в полостях охлаждения двигаеля 1 вода поступает в пароотделитель 5, откуда после охлаждения за счет частичного испарения (давление в пароотделителе ниже давления воды на входе в него) циркуляционным наносом б снова подается на охлаждение ДВС. Отработавшие газы из цилиндров двигателя попадают в магистраль подвода их к турбокомпрессору 2, причем оцределенная часть газов направляется к конфузорно-диффузорному участку 7 ветви 3 указанной магнстрали, а остальная часть газов подводится к турбокомпрессору по ветви 4 магистрали. Газы, вытекая с большой скоростью из конфузорного участка магистрали, эжектируют в камеру смешивания 8 пар из пароотделителя 5, в результате чего давление пара в последнем и температура воды на входе в полости охлаждения двигателя понижаются. Парогазовая смесь из диффузорного участка магистрали вместе с отработавшими газами из ветви 4 направляется к турбокомпрессору 2 и затем выбрасывается в атмосферу. С помощью органа изменения проходного сечения 9 ветви 4 регулируют количество отработавших газов, направляемых из дви-. гателя к конфузорно-диффузорному участку 7 ветви 3 магистрали. При работе на холостом ходу и малых нагрузках все газы направляют к турбокомпрессору по ветви 4 магистрали. При этом в пароотделителе автоматически устанавливается повышенное давление пара, а температура воды на входе в полости охлаждения двигателя возрастает. Последнее благоприятно сказывается на протекании рабочего процесса двигателя на холостом ходу и малых нагрузках. По мере увеличения нагрузки на двигатель свыше 50°/о от номинальной проходное сечение ветви 4 постепенно уменьшают, направляя все большую часть газов через конфузорнодиффузорный участок 7 ветви 3. Тем самым увеличивают количество пара, эжектируемого газами в камеру смешивания 8 из пароотделителя 5, что ограничивает рост давления в нем .и уменьшает температуру воды на входе в двигатель. Последнее благоприятно сказывается на снижении теплонапряженности деталей при работе двигателя с повышенными нагрузками. Формула изобретения 1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессор с магистралью подвода отработавших газов, снабженной камерой смешивания их с паром из пароотделителя, установленного в контуре циркуляции охлаждаюшей жидкости через двигатель, отличающийся тем, что, с целью снижения теплонапряженности детЭЛей двигателя, магистраль выполнена в виде двух параллельных ветвей, одна из которых снабжена конфузорно-диффузорным участком, а камера смешивания размещена в МинйМалКном сечении последнего.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Селиверстов В. М. Утилизация тепла в судовых дизельных установках. Л., «Судостроение, 1973, с. 136.

иг.1