Двигатель внутреннего сгорания

 

Изобретение позволяет повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания1 . Двигатель внутреннего сгорания содержит собственно двигатель, состоящий из силового агрегата 1, выхлопного коллектора 2, коленчатого вала 3 и прочих известных элементов (системы подачи топлива, смазки, вентиляции и т.п.), а также замкнутый утилизационный контур, заправленный рабочим телом - сжиженным газом, например углекислотой, одновременно являющимся охладителем (вместо обычного охладителя типа Тосол), состоящий из последовательно соединенных магистралями турбины 4, ротор которой через редуктор 5 кинематически связан с коленчатым валом 3, емкости сбора газожидкостной фазы рабочего тела 6, компрессора 7 с электромотором 8, обратного клапана 9,-емкоститеплообменника 10, размещенного на выхлопном коллекторе 2, трактов охлаждения блока и головки цилиндров 11, теплообменных трактов картера 12. электромагнитных клапанов 13 и 17. При этом ротор турбины 4 кинематически соединен с валом компрессора 7 через редуктор 14, вал компрессора соединен с валами электромотора 8 и редуктора 14 экранированными электромагнитными муфтами 15 и 16 соответственно. Электроклапаны 13,17 и электромотор 8 электрически запитаны от аккумуляторной батареи. Магистраль 18 соединяет компрессор 7 с емкостью-теплообменником 10. магистраль 19 теплообменные магистрали картера 12 с турбиной 4 через злектроклапан 13. В предложенной конструкции сжиженный газ, работая по замкнутому газодинамическому циклу с фазовыми превращениями, жидкость - пар - жидкость, является одновременно охладителем двигателя, Рабочим телом турбины является жидкостная фаза охладителя, Положительный эффект предложенного двигателя состоит в повышении экономичности за счет утилизации тепловых потерь. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

Г ЕСПУБЛИК

„„Я „„1719694 А1

<я)л F 02 G. 5/04, F 01 P 3/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«3 ©

: О«

О

Изобретениеотносится кмашинострое- механическую, и может быть использовано нию, а именно к устройствам, преобразую- на транспортных средствах (с карбюраторщим тепловую энергию сгорания топлива в ными двигателями или дизелями) и íà раз(21) 4792635/06 (22) 19.02.90 (46) 15.03.92. Бюл. ¹ 10 (71) Конструкторское бюро "Южное" (72) М.Г.Грушевский и В.И.Луценко (53) 62 1 .43.052(088.8) (56) Костин А.К., Ларионов В,В., Михайлов

Л.И. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания, Л.: Машиностроение, 1985.

Патент СССР № 1382408, кл. F 02 В 37/12, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N. 1180543, кл. F 02 В 37/12, 1984.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1184960, кл. F 01.N 1/08, 1984.

Заявка Японии N 63-85124, кл, F 01 Р 3/22, опублик. 1988. (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение позволяет повысить эффективность двигателя внутреннего сгораний. Двигатель внутреннего сгорания содержит собственно двигатель, состоящий из силового агрегата 1, выхлопного коллектора 2, коленчатого вала 3 и прочих известных элементов (системы подачи топлива, смазки, вентиляции и т,п,), а также замкнутый утилизационный контур, заправленный рабочим телом — сжиженным газом, например углекислотой, одновременно являющимся охладителем (вместо обычного охладителя типа "Тосол"), состоящий из последовательно соединенных магистралями турбины 4, ротор которой через редуктор 5 кинематически связан с коленчатым валом

3, емкости сбора газожидкостной фазы рабочего тела 6, компрессора 7 с электромотором 8, обратного клапана 9,.емкоститеплообменника 10, размещенного на выхлопном коллекторе 2, трактов охлаждения блока и головки цилиндров

11, теплообменных трактов картера 12. электромагнитных клапанов 13 и 17. При этом ротор турбины 4 кинематически соединен с валом компрессора 7 через редуктор

14, вan компрессора соединен с валами электромотора 8 и редуктора 14 экранированными электромагнитными муфтами 15 и

16 соответственно. Электроклапаны t3,17 и электромотор 8 электрически запитаны от аккумуляторной батареи. Магистраль 18 соединяет компрессор 7 с емкостью-теплообменником 10, магистраль 19 теплообменные магистрали картера 12 с турбиной 4.через электроклапан 13. В предложенной конструкции сжиженный газ, работая по замкнутому газодинамическому циклу- с фазовыми превращениями, жидкость — пар — жидкость, является одновременно охладителем двигателя. Рабочим телом турбины является жидкостная фаза охладителя, Положительный эффект пред. ложенного двигателя состоит в повышении экономичности за счет утилизации тепловых потерь. 1 ил.

1719694 личных силовых установках {KOMnpeccopax, охладителя типа "Тосол"), состоящий из по- генераторах электрического тока и т.п,). следовательно соединенных магистралями

Известен комбинированный ДВС, ко-. турбины 4,.ротор которой через редуктор 5 торый содержит турбокомпрессор надду- кинематически связан с коленчатым валом ва, вход турбины которого подключен к 5 3, емкости 6 сбора газожидкостной фазы выхлопному коллектору, а выход- к выход- рабочего тела, компрессора 7 с электромоной магистрали и контур высокотемпера- тором 8, обратного клапана 9, емкости-тептурного охлаждения с паросепаратором, лообменника 10, размещенного на снабженным пароотводящей магист- выхлопном коллекторе 2, трактов 12 картебокомйрессора. ралью, и ал ью, подключенной к входу турбины тур- 10 ра, электромагнитных клапанов 13 и 14. При этом ротор турбины 4 кинематически.соедиАнализ теплового баланса известных нан с валом компрессора 7 через редуктор типов двигателей, свидетельствует о том, 15, вал компрессора соединен с валами ., что например, для карбюраторных двигате- электромотора 8 и редуктора 15 экраниролей полезная доля тепловой энергии сгора- 15 ванными электромагнитными муфтами 16 и емого топлива составляет 23-32, . 17 соответственно. теплоотвод в систему охлаждения и смазки Злектроклапаны 13 и 14 и электромодвигателя 20 — 35, потери тепла с выхлоп- тор 8 электрически запитаны от аккумуляными газами 30-55 Д. Как следует из приве- торной батареи. Магистраль 18 соединяет денных величин, основная доля тепловой 20 компрессор 7 с емкостью-теплообменниэнергии передается в систему охлаждения ком 10, маги.траль 19 — теплообменные и смазки и в выхлопные газы, т.е. полезно магистрали 12 картера с турбиной 4 через не используется. электроклапан 13.

Цель изобретения - повышение зконо25 Двигатель работает следующим обраУкаэанная цель достигается тем, что зом, двигатель внутреннего сгорания снаб- Перед началом работы. замкнутый кон>кен компрессором подачи теплоносите- тур от обратного клапана 9 до отсечного ля „допол н ител ьн ым редуктором, злектроклапана 13(т е. без турбины 4, емкоэлектромотором. двумя экранированными ЗО сти 6 и компрессора 7) заправлен сжиженэлектромагнитными муфтами; двумя отсеч- ным газом, например углекислотой, с ными электромагнитныМи клапанами и об.. определенным коэффициЕнтом ааполне- ратным клапаном, .причем компрессор ния. Давление в заправленной части конту-, установлен в замкнутом контуре циркуля- ра определяется только температурой ции теплоносителя между емкостью сбора 35 рабочеготела(для углекислоты давлениена; теплоносителя и обратным клапаном, вал сыщенных паров составляет 40 кгс/см при компрессора кинематически связан через 5 Си73кгс/см при30 С). Электроклапаны

С 2 о дополнительный редуктор и первую элект- 13 и 17 закрыты, вал компрессора разьеди ромагнитнуюмуфтус роторомутилизацион- нен с валами электромотора 8 и редуктора ной турбины и подключен через вторую 40 15. электромагнитную муфту к электромотору, Запуск двигателя производят подачей емкость сбора теплоносителя снабжена от- электрического напря>кения на электроклаводным патрубком с установленным в нем пан 13 и электромагнитную муфту 17.. В репервымотсечнымэлектромагнитнымклапа- зультате открытия электроклапана. 13 на ном, второй отсечной электромагнитный 45 лопатках турбины появляется перепад давклапан размещен на входе в утилизацион- лений (давление передтурбиной соответстную турбину, а электромагнитные клапаны вует давлению насыщенных паров, на и электромотор подключены к аккумулятор-, выходе турбины равно атмосферному), раной батарее. бочее тело на выходе из лопаток турбины

На черте>ке представлена схема устрой- 50 при внезапном расширении газифицируется и истекает в емкость 6; Ротор турбины

Двигатель внутреннего сгорания содер- передает крутящий момент коленчатому важитсобственнодвигатель,состоящийизси- лу 3 через редуктор 5..При срабатывании ловогоагрегата1, выхлопного коллектора2, электромагнитной муфты 16 крутящий мо-. коленчатого вала 3 и других элементов (сис- 55 мент от ротора турбины передается также темы подачи топлива, смазки, вентиляции и валу компрессора 7 через редуктор 15. На т.п.), а также замкнутый контур, заправлен- выходе из турбины в емкости 6 происходит ный рабочим телом — сжиженным газом, на- сбор газажидкостной фазы рабочего тела, пример углекислотой, одновременно которую компрессор 7 сжимает и подает в являющимся охладителем (вместо обычного емкость-теплообменник 10. При сжатии ра1719694 бочего тела на выходе.из компрессора происходит его конденсация, что существенно уменьшает потребляемую мощность на валу компрессора по сравнению с мощностью турбины 4, (в замкнутом контуре расход и давление рабочего тела для турбины и компрессора одинаковы)..

При включении зажигания (для карбюраторных двигателей) одновременно запускается и силовой агрегат двигателя, для

10 дизеля одновременность запуска. силового агрегата обеспечивается автоматически при сжатии воздушно-топливной смеси в цилиндрах, В результате расширения.и сжижения рабочего тела на выходе из турбины существенно снижается его температура (на экспериментальной турбине при испытаниях на углекислоте температура нэ выходе из

15 станавливэется после сжатия на выходе иэ компрессора и дальнейшего нагрева в емкости-теплообменнике 10, в трактах охлаждения блока цилиндров 11 и теплообменных трактах 12 картера.

Количество и расход охладителя — сжиженного газа рассчитывают таким образом, чтобы обеспечить надежное охлаждение двигателя и работу турбины нэ жидкостной

30 фазе рабочего тела, которая поступает на лопатки турбины, добавляя энергию коленчатому валу 3 через редуктор 5, Замкнутый утилизационный контур работает непрерывно. Оптимальный тепловой режим рабо35 ты двигателя возможно установить регулированием расхода рабочего тела на турбину.

При работе утилизационного контура реализуется один из вариантов цикла Ре40 нкина с полной конденсацией рабочего тела.

В качестве резервного варианта можно осуществить турбинный запуск включением электроклапанов 13 и 14, при этом незначительная часть рабочего тела выбрасывается в окружающую среду. Этот вариант требует дозаправки системы через довольно значительное количество включений, Выключение карбюраторных двигате50 лей производят выключением зажигания, а дизелей — одним из известных способов (включением декомпрессии, прекращением подачи топлива и т.п.). Одновременно подают команду на снятие электрического напряжения с электроклапана 13, в результате

его ротор турбины 4 через некоторое время останавливается, снимают электрическое напряжение с электромагнитной муфты 17, что приводит к разъединению валов компрессора 7. и редуктора 15. При этом одновретурбины понижалась до -78 С), которая вос- 20 менно соединяют валы компрессора 7 и электромотора 8 включением электромагнитной муфты 16. В течение некоторого времени приводимый электромотором 8 компрессор 7 продолжает нагнетать рабочее тело в емкость 10, одновременно отсасывая его из емкости 6 и турбины 4 до качественного их опорожнения, после чего подают команду на выключение электромотора 8 с одновременным рассоединением валов компрессора 7 и электромотора 8.

Таким образом. рабочее тело снова возвращается в часть замкнутого контура, в которую было первоначально заправлено.

Двигатель готов к повторной. работе с организацией турбинного запуска по описанной выше схеме, Проведенные расчеты для охлаждения. углекислоты показывают, что добавочную мощность получают за счет использования тепловых потерь, последняя составляет существенную величину, в результате чего может быть уменьшен расход топлива (при обеспечении заданной мощности).

Таким образом, применение предложенного двигателя внутреннего сгорания обеспечивает повышение экономичности за счет утилизации тепловых потерь и уменьшение вредного экологического воздействия за счет уменьшения количества выхлопных газов без изменения мощности двигателя, При этом исключается перегрев двигателя, образование накипи или окисление в трактах охлаждения..двигателя при использовании, например, инертной углекислоты, уменьшается потребная мощность аккуму-. ляторной батареи, появляется возможность использования охладителя в качестве рабочего тела пожаротушения (при использовании углекислоты), используется турбинный запуск без потерь рабочего тела.

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания, содержащий блок цилиндров с картером, имеющим рубашку охлаждения, головку цилиндров с полостью охлаждения, магистраль выпуска отработанных газов, установленный в ней теплообменник, утилизационную турбину, ротор которой через редуктор кинематически связан с коленчатым валом двигателя, емкость сбора теплоносителя и по меньшей мере один обратный клапан, установленный на входе в теплообменник, причем рубашка охлаждения блока цилиндров, полость охлаждения головки цилиндров, теплообменник, утилизационная турбина, емкость сбора теплоносителя и обратный клапан соединены

1719694

Составитель Н,Лапушкин

Редактор Л,Веселовская Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Заказ 754 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 последовательно с образованием замкнутого контура циркуляции теплоносителя, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения экономичности; он снабжен компрессором подачи теплоносителя, дополнительным редуктором, электромотором, аккумуляторной батареей, двумя экранированными электромагнитными муфтами и двумя отсечными электромагнитными клапанами; причем компрессор установлен в замкнутом контуре циркуляции теплоносителя между емкостью сбора теплоносителя и обратным клапаном, вал компрессора кинематически связан через дополнительный редуктор и первую электромагнитную муфту с ротором утилизационной турбины и подключен через вторую электро5 магнитную муфту к электромотору,.емкость сбора теплоносителя снабжена отводным патрубком с установленным в нем первым отсечным клапаном, второй отсечной электромагнитный клапан размещен на входе в

10 утилизационную турбину, обратный клапан выполнен электромагнитным и электромагнитные клапаны и электромотор подключены к аккумуляторной батарее.