Способ работы дизеля с низкой степенью сжатия и высоким наддувом Советский патент 1980 года по МПК F02B37/00 F02M31/02 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности дизелестроения, а именно к способам работы дизеля с низкой степенью сжатия и BiJCOKHM наддувом, и касается обработ ки воздуха, поступающего в двигатель при запуске и при работе с машыми нагрузками. Известны способы работы дизеля путем сжатия воздуха, подачи его в цилиндры через теплообменник и впрыс ка топлива в цилиндры. Мощность дизеля с наддувом можно повысить путем повышения давления на дува, что позволяет повысить массу воздуха, вводимого в цилиндры двигателя и участвующего в сгорании, с одновременным соответственным увеличением количества топлива впрыскивае мого при каждом цикле работы двигателя l . Воздух наддува обычно обеспечивается при помощи одной или нескольким турбовоздуходувок,нагнетающих воздух во в-:асываквдий кс. ллектор д вигателя и состоящих каждая из воздушного компрессора, механически связанного с турбиной, приводимой в действие выхлопными газами того же двигателя. В некоторых случаях возникает необходимость охлаждения впускаемого воздуха после его сжатия турбовоздуходувках, что осуществляется с помощью охладителя воздуха, размещенного между впускным коллектором и копрессором последней ступени сжатия. Это позволяет повысить массу вводимого в цилиндЕ«л воздуха при том же объеме и вместе с тем сохранить в течение цикла работы двигателя приемлемую температуру. Однако при заданной степени сжатия двигателя нельзя до бесконечности повышать степень наддува, поскольку при слишком эысоком наддуве чрезвычайно возрастает давление конца сжатия в цилиндре, обуславливающее недопустимо высокие напряжения деталей и узлов дизеля. В результате приходится уменьшать степень сжатия дизеля. Уменьшение степени сжатия ниже некоторой определенной величины осложняет запуск дизеля и даже его работу на малом ходу, ибо в этом случае температура вводимого воз;,уха оказывается после сжатия недостаточно высокой для обеспечения стабильного воспламенения впрыснутого топлива. В связи с этим подогревают воздух при запуске. Известны способы работы дизеля с низкой степенью сжатия и высоким наддувом путем подачи воздуха в цилиндры через теплообменник, впрыска топлива в сжатый в цили рах воздух и предварительного подогрева воздуха в теплообменнике при запуске путем подачи вспомогательной греющей среды . Однако возможности подогрева в теплообменнике ограничены и недостаточны для запуска. Целью изобретения является повыше ние эффективности, достигается тем, что по предложенному способу воздух при запуске дополнительно подогревают в цилиндрах путем его многократного сжатия и расширения, а топливо впрыскивают после того, как температура воздуха повысится до заданного значения, например до значения, обеспечивающего воспламенение впрыснутого топлива Одним из существенно важных отличительных признаков такого способа является последовательное осуществле ние двух фаз процесса - замена охлаж дающей среды в теплообменнике вспомогательной греющей средой, что позволяет повысить температуру впущенно го воздуха до первого уровня, достаточного для того, чтобы повторяющиес сжатия и расширения воздуха в цилинд рах двигателя смогли повысить температуру до уровня самопроизвольного загорания впускаемого затем топлива, и - дополнительный нагрев с помощью сжатий и расширений, способствующий быстрому нагреву. На чертеже показан пример осущест ления способа. Многоцилиндровый двигатель 1 дизе ля с рядным расположением цилиндров 2 имеет по крайней мере один воздушный всасывающий коллектор 3, подключенный к отдельным цилиндрам трубами 4, и по крайней мере один выхлопной коллектор 5, присоединенный к от дельным цилиндрам трубами 6 . Двигатель 1 имеет относительно низкий уровень сжатия. Он оборудован средствами для высокого наддува (например коэффициент на,цдува более 4), обеспечиваемого двумя турбовоздухо-i дувками, соответственно высокого давления 7 и низкого давления 8. Газо впускной патрубок турбовоздуходувки высокого давления 7 11одключен к выпускному концу 9 выхлопного коллектора, а выпускной патрубок 10 связан соединительным трубопроводом 11 с газовпускным патрубком 12 турбовоздуходувки низкого давления 8, выпускной патрубок 13 которой сообщен с атмосферой соплом или впускной трубой 14 Турбовоздуходувка низкогодавления 8 всасывает воздух из атмосферы через впускное отверстие 15 и нагнетает его по напорному патрубку 16, через промежуточный охладитель 17, по воздухоприемному патрубку 18 турбовоздуходувки высокого давления 7. Эта связь обеспечивается трубопроводами 19, 20, соединяющими впуск и выпуск из промежуточного охладителя воздуха соответственно с напорным патрубком 16 турбовоздухопродувки 8 и воздухоприемным патрубком турбовоздухопродувки 7. Напорный патрубок 21 турбовоздуходувки соединен трубопроводом 22 с конечным охладителем воздуха 23, у которого выпускное отверстие соединено с всасывающим коллектором 3. Охладители воздуха 17 и 23 состоят из теплообменника, через который проходит поток охлаждакядей среды, принудительно циркулируемой. Таким образом, соответствующие впускная 24 и выпускная 25 трубы охлаждающей среды охладителя 17 воздуха присоединены соответственно и последовательно вводной и возвратной трубами 26 и 27 к источнику холода 28. Аналогично зтому впускная 29 и выпускная труба 30 охлаждающей среды конечного.охладителя воздуха 23 последовательно присоединены впускными трубами 31 и возвратными трубами 32 к источнику холода 33. В течение одного периода запуска подогревается предварительно сжатый воздух наддува, подаваемый во всасывающий коллектор 3. Этот подогрев может быть в равной мере осуществлен при малой нагрузке или при пониженной сйорости вращения. Воздух, вместо охлаждения,нагревается в охладителе 23. Для этого подачу охлаждающей среды в конечный охладитель 23 заменяют подачей теплой среды, например горячей воды. Охладитель воздуха 23 таким образом превращается в подогреватель воздуха. Для этого в соответственных трубах ввода 31 и возврата 32 предусмотрены трехходовые краны 34, 35, к которым подсоединены отводы - с одной стороны от источника холода 33, а с другой стороны от источника тепла 36. Таким источником тепла может, например, служить котел для нагрева воды, парогенератор или местная распределительная сеть на .холящейся под давлением горячей воды. Кранами 34 и 35 можно подключать контур охлаждения конечного охладителя воздуха 23 или источник холода 33 для охлаждения воздуха наддува (при нормальном режиме работы двигателя) или источник горячей воды 36 - напротив для нагрева воздуха наддува (в режиме запуска или работы с малой нагрузкой или малой скоростью). Далее нагревают воздух наддува при запуске путем уменьшения выпуска выхлопных газов (вводя для зтого временно в вьвслопной коллектор 5 или на выпуске турбовоздуходувки высокого давления 7 сопротивление). Напри- . мер, можно предусмотреть установку клапана или подвижного затвора, например задвижки 37, устанавливаемой в трубопроводе 11, или можно применять подвижную мембрану 38, имеющую по крайней мере одно калиброванное пропускное отверстие или т.п или другой полностью или частично перекрывающий орган служит для подачи, хотя бы частичной, воздуха в цилиндры двигателя таким образом, чтобы последовательные сжатия, создаваемые механически перемещаемыми поршнями внутри цилиндров, подогревали воздух до температуры, достаточ ной для обеспечения устойчивого воспламенения топлива. Заслонку 37 или мембрану 38 можно размещать перед турбовоздуходувкой 7, либо в трубопроводе 11, либо за турбовоздуходувкой. Этот запорный орган может, быть также размещен в нижнем (по ходу) конце выхлопного коллектора 5 или в каждой соединительной трубе 6. Таким образом, при работе дизеля по предложенному способу обеспечива ется низкая степень сжатия и высокий наддув путем подачи воздуха в цилинд ры через теплообменник, впрыска топлива в сжатый в цилиндрах воздух,пре варительного подогрева воздуха при запуске путем подачи вспомогательной греющей среды, дополнительного подогрева воздуха при запуске в цилиндра путем его многократного сжатия и расширения и впрыска топлива после , как температура воздуха повысится до заданного значения. Дополнительный подогрев воздуха сокращает время подогрева и повышает зффективность способа. Формула изобретения Способ работы дизеля с низкой степенью сжатия и высоким наддувом путем подачи воздуха в цилиндры через теплобменник,впрыска топлива в сжатый в цилиндрах воздух и предварителы ого подогрева воздуха в теплообменнике при запуске путем подачи вспомогательной греющей среды,о тличающийс я тем,что,с целью повышения эффективности/воздух при запуске дополнительно подогревают в цилиндрах путем его многократного сжатия и расширения, а топливо впрыскивают после того,как температура воздуха повысится до заданного значения,например до значен йя, обеспечивающего воспламенение впрыснутого топлива. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Симеон А.Э. Газотурбинный наддув дизелей, М., Машгиз, 1958,с.5. 2.Патент ФРГ 2008159, кл, 46 а, 29/04, опублик, 26.04.73. CZi СП Wiy/ ////7//////,y7////77////77/ w///Mw/M //y///77//A My/Jv 7/M77 fA