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

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройству двигателей с нагнетателями, приводимых в действие энергией выхлопа и снабженных системой разомкнутого высокотемпературного охлаждения. Известны двигатели внутреннело сгорания с газотурбинным наддувом, содержащие газовую турбину, снабженную разделенным лопаточным сопловым аппаратом с несколькими газоподводящими улитками (от 2 до 4), а также контур циркуляции охлаждающей жидкости двигателя 1, 2. Существенным недостатком указанных дв-игателей является необходимость автоматического управления сложными регулирующими устройствами турбокомпрессора для улучшения характеристик двигателя за счет совершенствования воздухоснабжения. Применение регулирования турбины приводит, как правило, к снижению ее КПД. Известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессор, снабженный по меньщей мере двумя газоподводящими улитками, охватывающими сопловой аппарат турбины и подключенными к выхлопному коллектору двигателя, паросепаратор, установленный в -контуре циркуляции охлаждающей жидкости двигателя, и смеситель подаваемых в турбоко мпрессор отработавщих газов с паром из паросепаратора 3. В известном двигателе турбина выполнена нерегулируемой, что упрощает конструкцию турбины и позволяет сохранить ее КПД неизменным. В то же время ко.пичество пара, вырабатываемого в паросеиараторе и подаваемого на смещение с выпускными газами перед турбиной, пропорционально мощности двигателя, что способствует некоторому увеличению 1мощности турбины, давления и расхода наддувочного воздуха вместе с ростом нагрузки на двигатель. Однако в указанном двигателе подача пара в выпускной коллектор приводит к возрастанию давления в коллекторе и ухудп ению газообмеиа в цилиндрах двигателя, а также к увеличению расхода парогазовой смеси, росту потерь давления в проточной части до турбины и уменьшению эффективности наддува. Кроме того, для подачи пара в выпускной коллектор двигателя его давление в паросепараторе необходимо установить большим, чем давление газов в коллгкторе иа величину потерь напора в паропроводе. Так, при давлении наддува 0,2- 0,3 МПа температура воды в паросепараторе (иа входе в двигатель) должна поддержпваться в пределах 120-135° С, что может

привести -к значительному возрастанию теплонапряженности деталей цилиндро-порш1 евой группы двигателя.

Целью настоящего изобретения является повышение эконодгачности и снижение теплонапряженности деталей двигателя.

Указанная цель достигается тем, что смеситель совмещен с улитками и выполнен в виде их конечных участков, охватываю цих 15-25% сопел соплового аппарата.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема описываемого двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - корпус турбины с двумя газоиодводящими улитками.

Двигатель 1 снабжен турбюкомпрессором наддува, состоящим из центробежного компрессора 2 и импульсной газовой турбины 3.

Основными элементамп разомкнутой системы высокотемпературного охлаждения двигателя / являются контур циркуляции охлаждаюЩей воды двигателя (не показан) с napocenapaTOipOM 4 и цир куляционным насосом 5. Конечные участки 6 двух газоподводящих улиток 7 в корпусе турбины 3 сообщены с паросепаратором 4 паропроводами 8.

Конечные участки 6 улиток 7 являются смесителем подаваемых в турбокомпрессор отработавщих газов е паром из паросепаратора 4. Длины конечных участков 6 выбраны таким образо м, что эти участки охватывают 5-25% сопел соплового аппарата 9 турбипы 3, подключенной к выхлопному коллектору 10 двигателя 1.

Работа описываемого двигателя внутреннего сгорания осуществляется следуюидим образом.

Нагретая в контуре циркуляции охлаждающей жидкости двигателя 1 вода поступает в паросепаратор 4, откуда после охлаждения за счет своего частичного испарения (давление воды в паросепараторе ниже давления воды на входе в него) насосом 5 снова подается в полости охлал деиия дви ателя /. Пар из иароеепаратора 4 по паоопроводам 8 направляется к конечным участкам 6 улиток 7 корпуса турбипы 3 и тмеете с выпускными газами, поступивщиМП из выхлопного коллектора 10, подается 3 сопловой аппарат 9 турбины 3. Турбина, :5аботающая на парогазовой смеси, приводит в движение вал компрессора 2, пюдающего воздух в цилиндры двигателя /. Количеетво пара, направляемого в турбипу, автоматически возрастает с увеличением нагрузки на двигатель, что сиособствует по1 ышению мощности турбины, а также давления ,и расхода наддувочного воздуха.

Расчеты и сравнительные испытания предлагаемого и известных двигателей показали, что применение изобретения позволяет увеличить весовой расход воздуха через двигатель на 8-11%, его давление после компрессора на 5-7% и уменьшить темги) газов па выходе из цилиндров на

40-80° С. Одновременно может быть снижена температура воды в пароеепараторе па 5-6° С. В целом это может привести к повышению экономичности и снижению теплопапряженности деталей двигателя.

Фор м (у л а изобретен и я

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессор, снабженный по меньшей мере двумя газоподводящими улитками, охватываюшими сопловой аппарат турбины и подключенными к выхлопному коллектору двигателя, паросепаратор, устаповлепкый в контуре циркуляции охлажлак11 чей жидкости двигателя, .и смеситель подаваемых в турбокомпрессор отработавших газов с паром из паросепаратора, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, е целью повып;е; и.я экопомичности и снижения теплонап.ряжсииости деталей двигателя, смеситель еовмещеп с улитками и выполнен в виде их конечных участков, охватывающих 15-

25% сопел соплового аппарата.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Агрегаты воздухоенабжепия комбинированных двигателей внутреннего сгорания.

Под ред. Круглова М. Г., М., «Машиностроение, 1973, с. 211, рис. 140.

2.Байков Б. П. и др. Турбокомпрессоры для наддува дизелей. Справочное пособие. Л., «Машиностроение, 197р, с. 101,

рис. 69.

3.Авторское свидетельство СССР .Y 189243, кл. F 02 В 39/04, 1966.