Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1982 года по МПК F02B37/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

1

Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателестроению и, в частности к устройству двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.

Известны устройства для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащие трубопровод выпуска отработавших газов, подключенный к нему через спиральный канал турбокомпрессор с безлопаточным направляюш.им аппаратом турбины, дополнительный канал подвода газов к турбине через выпускное отверстие, подключенное к минимальному сечению спирального канала, и орган перекрытия дополнительного канала 1.

Недостаткем известных устройств является наличие значительных потерь энергии в турбине из-за парциального подвода газа к рабочему колесу на режимах с одним работающим спиральным каналом. Эти потери определяются резким изменением проходного сечения в месте перехода основного канала в проточную часть колеса. Кроме того, в известнцх системах на режимах с обоими работающими каналами дополнительные потери энергии обусловлены дросселированием газа при прохождении его

СГОРАНИЯ

через орган перекрытия дополнительного канала, установленный в месте подключения дополнительного канала к спиральному. Это приводит к увеличению гидравлических потерь при входе газа в рабочее колесо турбины из дополнительного канала.

Целью изобретения является увеличение КПД турбины путем уменьшения потерь энергии в проточной части.

Поставленная цель достигается тем, что

10 дополнительный канал отделен от спирального при помощи стенки, а выпускное отверстие дополнительного канала выполнено в виде щели постоянной высоты, расположенной в стенке и вытянутой по дуге окружности.

На фиг. представлена схема предлага15емого устройства с перепуском газа из трубопровода выпуска отработавших газов; на фиг. 2 - вариант схемы устройства с перепуском воздуха из впускного коллектора; 2Q на фиг. 3 - турбина с безлопаточным сопловым аппаратом, поперечный разрез; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - сечение В-В на фиг. 3; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 3; на фиг. 7 - сечение Д-Д на фиг. 3.

Устройство содержит трубопровод 1 выпуска отработавших газов из двигателя 2 внутреннего сгорания, турбокомпрессор 3, состоящий из турбины 4 и компрессора 5, впускной кt)ллeктop б, спиральный канал 7 подвода газов к турбине 4, дополнительный канал 8 подвода газов к турбине 4 и орган 9 перекрытия дополнительного канала 8. Турбина 8 снабжена рабочим колесом 10 и безлопаточным направляющим аппаратом 11. Дополнительный канал 8 подключен через выпускное отверстие 12 к минимальному сечению 13 спирального канала 7 и отделен от последнего при помощи стенки 14. Выпускное отверстие 12 дополнительного канала 8 выполнено в виде щели постоянной высоты, расположенной в стенке 14 и вытянутой по дуге окружности.

Площадь выпускного отверстия 12 равна или несколько меньще площади сечения дополнительного канала 8, а также равна площади проходного сечения органа 9 перекрытия. Угол 16, на который простирается отверстие 12 по дуге окружности, по величине прямо пропорционален отношению площади сечения дополнительного канала 8 к площади начального сечения 17 спирального канала 7.

Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

На относительно низких скоростных режимах работы двигателя 2 турбина работает с закрытым органом 9 перекрытия. В результате чего газ поступает только в спиральный канал 7, при этом турбина имеет сравнительно малую пропускную способность, что приводит к увеличению частоты вращения турбокомпрессора 3, повышению давления наддува и улучшению частичных скоростных характеристик двигателя. Благодаря тому, что спиральный канал 7 сообщен с рабочим колесом 10 турбины 4 по всей высоте лопаток, потери энергии уменьшаются по сравнению с известными системами, в которых газ из спирального канала подводится парциально, т. е. на часть высоты лопаток рабочего колеса 10.

По мере роста частоты вращения коленчатого вала двигателя 2 внутреннего сгорания растет частота вращения ротора турбокомпрессора 3, увеличивается давление наддува и максимальное давление сгорания в цилиндре двигателя 2. Для предотвращения чрезмерного возрастания указанных параметров сверх допустимых значений открывается орган 9 перекрытия дополнительного канала 8. В этом случае часть отработавших газов из трубопровода 1 поступает в дополнительный канал 8 и через выпускное отверстие 12 в минимальное сечение 13 спирального канала 7. В дополнительный канал 8 вместо отработавших газов перепускается часть наддувочного воздуха из впускного коллектора 6. Перепуск воздуха или газов приводит к увеличению пропускной способности турбины 4, снижению частоты вращения ротора турбокомпрессора 3 и давления наддува. При этом, благодаря тому, что дополнительный канал 8 отделен от спирального канала 7 при помощи стенки 14, а выпускное отверстие, 12 выполнено в виде щели постоянной высоты, расположенной в стенке 14 и вытянутой по дуге окружности, имеют место уменьшенные потери энергии при истечении из дополнительного канала 8 в рабочее колесо 10, по сравнению с известными устройствами, в которых осуществляется парциальный подвод газа.

Таким образом, в предлагаемом устройстве для наддува двигателя внутреннего сгорания за счет уменьшения потерь энергии в проточной части турбины увеличивается ее КПД.

Формула изобретения

Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее трубопровод выпуска отработавших газов, подключенный к нему через спиральный канал турбокомпрессор с безлопаточным направляющим аппаратом турбины, дополнительный канал подвода газов к турбине через выпускное отверстие, подключенное к минимальному сечению спирального канала, и орган перекрытия дополнительного канала, отличающееся тем, что, с целью увеличения КПД турбины, дополнительный канал отделен от спирального при помощи стенки, а выпускное отверстие дополнительного канала выполнено в виде щели постоянной высоты, расположенной в стенке и вытянутой по дуге окружности.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 4177006, кл. 415-151, опублик. 1979.