Способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК F02B37/12 F01P1/00 

(54) СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО.

СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к малшностроению, а именно двигателестроенш и, в частности, к двигателям внутреннего сгорания с воздушным охлаждением и с газотурбинным наддувом. Известны способы работы двигател внутреннего сгорания путем сжатия в турбокомпрессоре наддувочного возду ха, подачи его в цилиндр двигателя через выходной участок воздухонапор ного патрубка турбокомпрессора, отбора .перепускного воздуха из воздухонапорного патрубка, перепуска это го воздуха в кольцевой канал, охватывающий горловину вьшускного канала, охлаждения последней и подачи перепускного воздуха к турбине турбокомпрессора, преобразующей в сопловом аппарате и в рабочем колесе тепловую энергию отработавших газов в механическую энергию вращения ротора турбокомпрессора; Известны также устройства для ос ществления данного способа работы. содержащие турбокомпрессор с воздухонапорным патрубком, подсоединенным своим выходным участком к цилиндру двигателя, и перепускной канал, подсоединенный к воздухонапорному патрубку и к кольцевому каналу, расположенному вокруг горловины выпускного канала, подключенного к газовьтускйой магистрали, в которой установлена турбина турбокомпрессора, снабженная сопловым аппаратом и рабочим колесом 1. Однако в известных технических решениях перепускной воздух отбирают около компрессора до охладителя наддувочного воздуха и подают к межклапанной перемычке через дополнительный трубопровод. Это приводит к тому, что перепускной воздух имеет высокую температуру, увеличенные гидравлические потери в трубопроводе и недостаточно эффективно охлаждает горловину выпускного канала и межклапанную перемычку. Кроме того, в известных технических решениях кольцевой канал вокруг горловины имеет незамкнутое сечение, открытое в сторону выпускного канала. В этом случае пер пускной воздух смешивается с отработавшими газами, подогревается и не охлаждает рабочее колесо турбины, а также поток перепускного воздуха, выходящий из каналов, в межклапанной перемычке распределяется по кольцевому каналу неравномерно и интенсивно охла кдает только часть горловины выпускного канала, пригашающую к меж клапанной перемычке. , Следует отметить, также, что наибольший расход воздуха через каналы в межклапанной перемычке и в кольцевой канал вокруг горловины выпускного канала обеспечивается только на такте выпуска, поскольку седло выпус ного канала выполнено в виде сопла Вентури, и поток выхлопных газов создает разрежение в кольцевом канале. В результате этого интенсивное охлаждение элементов двигателя осуществляется циклически и с небольшой длительностью. В силу указанных особенностей при необходимости дальнейшего форсирова ния двигателей известные способы и устройства не смогут обеспечить достаточно эффективное охлаждение теплонагруженных элементов двигателя. Целью изобретения является повышение эффективности двигателя внутреннего сгорания путем дополнителького охлаждения таких элементов дви гателя как горловина выпуекного канала и лопатки рабочего колеса турбины. Для достижения поставленной цели перепускной воздух отбирают из выхо ного участка воздухонапорного патру ка и подают его через перепускной трубопровод к рабочему колесу турбины . Кроме того, перепускной воздух перед подачей к рабочему колесу тур бины дополнительно может быть охлаж ден. При этом двигатель дополнительно снабжен перепускным трубопроводо подключенным к кольцевому каналу и к кольцевой .полости, расположенной, вокруг рабочего колеса турбины и подсоединенной через дополнительные каналы к участку газовыпускной маги страли, расположенному между сопловым аппаратом и рабочим колесом тур ины, а перепускной канал подсоедиен к выходному участку воздухонаорного патрубка, причем кольцевой анал выполнен в виде замкнутого в поперечном сечении кольцевого трубопровода. Кроме того, двигатель может быть ополнительно снабжен теплообменником, установленным в перепускном трубопроводе , На чертеже приведена схема предагаемого двигателя внутреннего сгорания . Двигатель содержит турбокомпрессор 1J состоящий из компрессора 2 и турбины 3, воздухонапорный патрубок 4компрессора 2,.подключенный выходным уч-астком 5 к цилиндру 6, снабженному впускньм 7 и выпускным 8 клапанами и мелклапанной перемычкой 9, перепускно.ч канал 10, кольцевой канал 11, расположенньй вокруг горловины 12 выпускного канала 13, газовыпускную магистраль 14 и перепускной трубопровод 13, в котором установлен теплообменник 16 и запорный клапан 17 одностороннего действия. Турбина 3 установлена в газовьппускной магистрали 14 и снабжена сопловым аппаратом 18, рабочим колесом 19, кольцевой полостью 20, расположенной вокруг последнего, и дополнительными каналами 21, соединяющими кольцевую полость 20 и участок газовыпускной магистрали, расположенный между сопловым аппаратом 18 и рабочим колесом 19. Перепускной канал 10 подсоединен к выходному участку 5 воздухонаторного патрубка 4, а кольцевой канал 11 выполнен в виде замкнутого в поперечном сечении кольцевого трубопровода. Двигатель работает следующим образом. Наддувочный воздух сжимается в компрессоре 2, подается в цилиндр 6 двигателя через выходной участок 5воздухонапорного патрубка 4. Из , наддувочного воздуха отбирается перепускной воздух и подается через перепускной канал 10 в кольцевой канал 11, охлаждает меясклапанную перемычку 9 и горловину 12 выпускного канала 13. Затем по перепускному трубопроводу 15 через запорный клапан 17 перепускной воздух поступает в теплооб менник, где дополнительно охлаждается, например, воздухом из

системы охлаждения двигателя, и поступает в кольцевую полость 20 и через дополнительные каналы 21 к рабочему колесу 19 турбины 3, охлаждая последнее и сообщая дополнительную кинетическую энергию турбине 3, после чего выходит из турбины 3 вместе с выхлопными газами.

При работе двигателя под нагрузкой давление газов перед рабочим колесом 19 турбины 3, как правило, ниже давления воздуха в воздухонапорном патрубке 4, в результате чего расход перепускного воздуха, проходящего черезохлаждаемые элементы, увеличивается и остается повышенным на все время работы двигателя под нагрузкой, т.е. на весь период наиболее активного тепловыделения ,

При работе двигателя на режимах холостого хода или малых нагрузках, когда давление воздуха в воздухонапорном патрубке 4 обычно не превышает давления газов перед рабочим колесом 19 турбины 3, газы могут перетекать по перепускному трубопроводу 15 к кольцевому каналу II. В этом случае срабатывает запорный клапан 17, предотвращая попадание газов в , полости охлаждения. Хотя в этих случаях охлаждение элементов двигателя и ухудшается, теплонапряженность элементов двигателя не возрастает, поскольку эти режимы характеризуются минимальным тепловыделением двигателя.

Таким образом, предлагаемый способ работы двигателя внутреннего сгорания и его устройство позволяют снизить температуру лопаток турбины турбокомпрессора и наиболее теплонапряженных частей головки двигателя Кроме того, отпадает надобность в установке на двигатель переразмеренного турбокомпрессора за счет использования -перепускного воздуха для дополнительной подкрутки.

Формула изобретения

I. Способ работы двигателя внут- реннего сгорания путем сжатия в турбокомпрессоре наддувочного воздуха, подачи его в цилиндр двигателя через выходной участок воздухонапорного патрубка турбокомпрессора, отбора перепускного воздуха из воздухонапорного патрубка, перепуска этого

воздуха в кольцевой канал, охватывающий горловину выпускного канала, охлаждения последней и подачи перепускного воздуха к турбине турбокомпрессора, преобразующей в сопловом аппарате и в рабочем колесе тепловую энергию отработавших газов в механическую энергию вращения ротора турбокомпрессора, о т л и ч а 1в ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности путем дополнительного охлаждения элементов двигателя, перепускной воздух отбирают из выходного участка воздухона1$ порного патрубка и подают его через перепускной трубопровод к рабочему колесу турбины.

М воздух перед подачей к рабочему колесу турбины дополнительно охлаждают.

Источники информации, принятые вб внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 21.11502, кл. F 02 В 37/00, опублик. 1972 (прототип).