Двигатель внутреннего сгорания Советский патент 1981 года по МПК F02B37/00 

1

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам воздухоснабжения двигателей внутреннего сгорания транспортных и стационарных силовых установок.

Известны двигатели внутреннего сгорания с системами воздухоснабжения, содержащими источник питания, средства, обеспечивающие запуск двигателя, и турбокомпрессор, работающий на выпускных газах двигателя, в газовой магистрали которых на выходе из турбины турбокомпрессора установлена по меньшей мере одна турбина, газодинамически связанная с турбокомпрессором и двигателем ij .

Однако несмотря на наличие утилизационной турбины, повышающей экономичность двигателя, запуск двигателей с такими системами воздухоснабжения из-за низкой располагаемой энергии газов перед турбокомпрессором на пусковых режимах осложнен И-, кроме того, требует значительной емкости аккумуляторных батарей.

Известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессор, подключенный к ресиверу через воздухоохладитель, утилизационную турбину, подключенную к выхлопн

му патрубку турбокомпрессора через газопровод, кинематически связанную с вспомогательным электростартером и снабженную магистралью выпуска отработавших газов, вентилятор обдува воздухоохладителя и радиатор системы охлаждения с вентилятором .

Однако непосредственная кинематическая связь утилизационной турбины

10 с потребителем приводит к некоторому ухудшению экономичности силовой установки на частичных режимах в связи с учетом потерь потребителя. Кроме того, в такой схеме могут иметь

15 .место режимы с избыточной мощностью, которую невозможно использовать в системе охлаждения, что также приводит к снижению эффективных показателей двигателя. Пуск двигателя при

20 этом даже при всех усовершенствованиях требует наличия постороннего источника энергии значительной мощности и энергоемкости, например электрических аккумуляторных батарей.

25

Цель изобретения - повслиечие экономичности двигателя путем повышения эффективности использования энер.гии сжатого воздуха.

Указанная цель достигается тем, 30 что двигатель снабжен воздушным нагнетателем, воздушной турбиной и воздухоподогревателем, причем нагнета-тель кинематически связан с утилизационной турбиной и подключен напорны патрубке к магистрали подачи воздуха в воздушную турбину, последняя кинематически связана с вертилятором обдува воздухоохладителя, а воздухоподогреватель включен своими нагреваемыми поверхностями в магистраль выпуска отработавших газов утилизац онной турбины и охлаждаемыми - в ма гистраль подачи воздуха в воздушную турбину. Кроме того, вентилятор радиатора системы охлаждения снабжен дополнительной воздушной турбиной и кинема тически связан с двигателем через ва риатор, а магистраль подачи сжатого воздуха выполнена разветвленной и каждая ее ветвь подключена к одной из воздушных турбин, причем вариатор может быть выполнен в виде гидромуфт Двигатель снабжен также дополнительной камерой сгорания и напорный патрубок нагнетателя сообщен с утили зационной турбиной через обводную трубу, причем дополнительная камера сгорания установлена в отводной труб а газопровод снабжен органом поочере ного подключения выхлопного патрубка турбокомпрессора к утилизационной турбине и к атмосфере. На чертеже схематически изображен предлагаемый двигатель внутреннего сгорания. Силовая установка, содержащая дви гатель внутреннего сгорания 1 с валом 2, снабжена вспомогательным элек тростартером 3, обеспечивающим его питание, и ресивером 4 с подключенным к нему турбокомпрессором 5. К вы хлопному патрубку 6 турбокомпрессора через газопровод 7 подключена утилизационная турбина 8, кинематически связанная с нагнетателем 9, и кинематически связанная через муфту 10 с вспомогательным электростартером 9 и снабженная магистралью 11 выпуска отработавших газов. Нагнетатель подключен напорным патрубком 12 к магистрали 13 подачи сжатого воздуха в воздушные турбины 14 и 15. В магистраль 11 выпуска отработавших газов включен своими 1нагреваемыми поверхностями воздухоподогреватель 16, выполненный врашающимся с механическим приводом 17 Охлаждаемые поверхности воздухоподо гревателя включены в магистраль 13 подачи сжатого воздуха в воздушную турбину 14 привода вентилятора 1б обдува воздухоохладителя 19 и в дополнительную воздушную турбину 15 привода вентилятора 20 обдува радиа тора 21 системы охлаждения. Вентилятор 20 через вал 22 связан с Всшом 2 двигателя через вариатор 23,который может быть выполнен в виде гидромуфты. Напорный патрубок 12 нагнетателя сообщен с утилизационной турбиной 8 через обводную трубу 24,в которой установлена дополнительная камера 25 сгорания и запорные клапаны 26. Газопровод 7 снабжен органом 28 поочередного подключения вых/ опного патрубка трубокомпрессора кутилизационной турбине 8 и к атмосфере, например золотником 27. Магистраль 13 выполнена разветвленной на две ветви 29 и 30 и каждая ее ветвь подключена к одной из турбин. Причем н ветви 30 установлен дополнительный запорный орган 31. Работа двигателя внутреннего сгорания на различных режимах осуществляется следующим образом. На экслуатационных режимах атмосферный воздух сжимается в турбокомпрессоре 5 и, пройдя воздухоохладитель 19, попадает через ресивер 4 непосредственно в двигатель внутреннего сгорания 1. Поток газов от двигателя расширяется в турбине 8 турбокомпрессора и затем, проходя через золотник 27, установленный в положении Открыто, вторично расширяется в утилизационной турбине, а затем по магистрали 11 выпуска отработавших газов поступает к нагреваемым поверхностям воздухоподогревателя 16. Одновременно нагреватель 9, связанный ки-нематически с утилизационной турбиной 8 и приводимый ею во вращение, сжимает поток воздуха и направляет его к охлаждаемым поверхностям воздухоподогревателя 16. При этом запсрные клапаны 26 находятся в положении Закрыто,а посредством муфты 10 вспомогательный злектростартер 3 отключен от нагревателя 9. С помощью привода 17 осуществляется вращение воздухоподогревателя (если он выполнен вращающимся). Затем сжатый воздух по обводной трубе 24 подается на рабочие решетки воздушных турбин 14 и 15 привода вентиляторов обдува воздухоохладителя 19 и радиатора 21 системы охлаждения. Через вал 22 избыток мощности передается гидромуфтой 23 на вал 2 двигателя 1. Запуск двигателя осуществляется в следующей последовательности. Запорные клапаньл 26 устанавливаются в положении Открыто, золотник 27 - в положении Перепуск,запорный орган 31 - в положении Закрыто, муфта 10 обеспечивает жесткую связь вспомогательного электростартера 3 с нагревателем 9. Электростартер 3 включают в цепь питания и производят раскрутку общего ротора утилизаци-онной турбины и нагнетателя до режима воспламенения топлива, подаваемого в дополнительную камеру 25 сгорания. После достижения устойчивого горения и iMepe 25 сгорания дальней шая раскрутка упомянутого ротора происходит за счет увеличения подачи топлива в камеру 25 сгорания, при этом производят отключения электростартера 3 от ротора муфтой 10. Рас ширившийся в утилизационной, турбине 8 газ поступает в магистраль 11 выпу ка отработавших газов и далее - в воздухоподогреватель 16, а затем в атмосферу. Часть сжатого в нагнетателе 9 во духа (около 30-40%) поступает через воздтухоподогреватель на рабочую реше ку воздушной турбины 15, мощностью которой через вал 22 и вариатор 23 осуществляется.раскрутка вала 2 двигателя 1. После запуска двигателя газы, выходящие из двигателя 1, расширяются в турбине 6 турбокомпрессора и, пройдя орган поочередного подключения 27, з -пускаются в атмосферу (по линии 3). По дос- ижек-ик устойчивой работы двигателя 1 прекращается подача топлива в ка-.еру 25 сг .„/,..ания, клапаны 26 устанавливаются в положение закрыто, орган 27 - в положение подключения выхлопного патрубка турбокомпрессора к утилизационной турбине . Наличие воздушного нагнетателя воздушной турбины и воздухоподогревателя позволяет повысить эффективность системы за счет использования, в дополнение к энергии, вырабатываемой в утилизированной турбине, тер 1ического потенциала отработавших газов, что более, чем в 1,5 раза увеличивает работоспособность сжатого воздуха. Благодаря отбору тегшоты от упомянутых газов высвободившаяся энергия повышается до уровня, близкого к эффективной работе утилизационной турбины. Учить} вая эффективность турбопривода вентиляторов обдува воздухоохладителя и радиатора системы охлаждения двигате ля около 50% мощности т;рбин можно передавать на вал двигателя через гидромуфту, так как эта мощность не может быть использована на вентилято рах системы охлаждения двигателя. Таким образом, образованная замкнута система отбора мощности от утилизационной турбины может использоваться как в случае избыточного потребления мощности, по сравнению с требуемой для системы охлаждения, так и на дру гих эксплуатв-ционных режимах. . Установка Дополнительной обводной трубы с камерой сгорания системы поз воляет получить дополнительные преим щества поскольку для раскрутки ротор с утилизационной турбиной требуется стартер, мощностью на порядок меньшей, чем для непосредственного двигателя . Формула изобретения 1.Двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессор, подключенный к ресиверу через воздухоохладитель, утилизационную турбину, подключенную к выхлопному патрубку турбокомпрессора через газопровод, кинематически связанную с вспомогательным электростартером и снабженную магистралью выпуска отра ботавших газов, вентилятор обдува воздухоохладителя и радиатор системы охлаждения с вентилятором, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем повышения эффективности использования энергии сжатого воздуха, двигатель снабжен воздушным нагнетателем, воздушной турбиной и воздухоподогревателем, причем нагнетатель кинематически связан с утилизационной турбиной и подключен напорным патрубком к магистрали подачи воздуха в воздушную турбину, последняя кинематически связана с вентилятором обдува воздухоохладителя, а воздухоподогреватель включен своими нагреваемыми поверхностями в магистраль выпуска отработавших газов утилизационной турбины и охлаждаемыми - в магистраль подачи воздуха в воздушную турбину. 2.Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что вентилятор радиатора системы охлаждения снабжен дополнительной воздушной турбиной и кинематически связан с двигателем через вариатор, а магистраль подачи сжатого воздуха выполнена разветвленной и каждая ее ветвь подключена к одной из воздушных турбин. 3.Двигатель по п. 2, о т л ичающийся тем, что вариатор выполнен в виде гидромуфты. 4.Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной камерой сгорания и напорный патрубок нагнетателя сообщен с утилизационной турбиной через обводную трубу, причем дополнительная камера сгорания установлена в обводной трубе, а газопровод снабжен органом поочередного подключения выхлопного патрубка турбокомпрессора к утилизационной турбине и к атмосфере. Источники информации, принятые во внимание при эксперакзе 1.Патент США № 3570240, кл. 60-611, опублик. 1971. 2.Авторское свидетельство СССР 661127, кл. F 02 В 37/00, 1976.

си

1$

21

19