Двигатель внутреннего сгорания с регулируемым турбонаддувом

 

Использование: изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с регулируемым газотурбинным наддувом и системой очистки отработавших газов. Сущность изобретения: используется вихревая труба 11. создающая горячие и холодные потоки, горячий 12 патрубок вихревой трубы 11 своим выходным концом установлен внутри выхлопной трубы 13 перед сажевым фильтром 15 и ориентирован по потоку газов. Выходной конец горячего 12 патрубка вихревой трубы 11, а также участок выхлопной трубы 13, содержащий сажевый фильтр 15, покрытый слоем теплоизрля-. ций Холодный 16 патрубок вихревой трубы с жидкостным охлаждением 17 сообщен с всасывающим патрубком 10 компрессора и снабжен регулятором 19 циркуляции отработавших газов с клапаном 22 управления . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 02 M 25/06

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4851229/06 (22) 12.06.90 (46) 07.03.93. Бюл. N- 9 (71) Белорусский технологический институт им. С.М.Кирова (72) А.В.Жлобич и Е.С.Санкович (56) Авторское свидетельство СССР

М 1671921, кл. F 02 G 5/02, 1989, (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ТУРБОНАДДУВОМ (57) Использование: изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с регулируемым газотурбинным наддувом и системой очистки отработавших газов.,;„ Ы„„1800083 А1

Сущность изобретения: используется вихревая труба 11, создающая горячие и холодные потоки, "горячий" 12 патрубок вихревой трубы 11 своим выходным концом установлен внутри выхлопной трубы 13 перед сажевым фильтром 15 и ориентирован по потоку газов. Выходной конец "горячего™ 12 патрубка вихревой трубы 11, а также участок выхлопной трубы 13, содержащий сажевыи фильтр 15, покрытыи слоем теплоизоля ции. "Холодный" 16 патрубок вихревой трубы с жидкостным охлаждением 17 сообщен с всасывающим патрубком 10 компрессора и снабжен регулятором 19 циркуляции отработавших газов с клапаном 22 управле-:, ния. 2 ил.

1800083

Изобретение относится к машиностроению, конкретно к двигателям внутреннего сгорания с регулируемым турбонаддувом и системой нейтрализации отработавших газов, Целью изобретения является снижение токсичности отработавших газов.

На фиг.1 схематически представлен общий вид системы газотурбинного наддува с установкой вихревой трубы и рециркуляцией отработавших газов; на фиг.2 — соединение "горячего" патрубка с выхлопной трубой.

Система газотурбинного наддува со- 15 держит турбокомпрессор 1, состоящий из газовой турбины 2 и центробежного компрессора 3, соединенных с двигателем внутреннего сгорания (не показан) выпускным . трубопроводом 4 и нагнетательным трубоп- 20 роводом 5, причем с целью регулирования газовая турбины 2 снабжена обводным каналом 6 и перепускным клапаном 7 с мембранной камерой, имеющей для своего управления воздушный канал 8. На входе компрессора 3 установлены воздухоочиститель 9 и всасывающий патрубок 10.

Выпускной трубопровод 4 с помощью обводного канала 6 соединен с вихревой трубой 11, имеюЩей тангенциальный или 30 .спиральный сопловой ввод, переходящий в рабочую часть с закрепленными на выходе конусом и "горячим" патрубком 12, соединенным с выхлопной трубой 13, Патрубок 12 (фиг.2) и часть горячей поверхности вихре- 35 вой трубы 11 покрыты слоем тепловой изоляции 14, а выходной участок патрубка 12 выполнен изогнутым и размещен в полости выхлопной трубы 13 перед сажевым фильтром 15 на расстоянии не более одного диа- .40 метра этой трубы.

Второй "холодный" выпускной патрубок вихревой трубы 11 выполнен в виде центральной трубки 16 с диафрагмой на входе и змеевиком 17, охлаждаемым жидкостью, 45 например водой из рубашки корпуса газовой турбины 2 или блока двигателя, В свою очередь змеевик 17 соединен трубопрово-. дом 18 с всасывающим патрубком 10 компрессора 3 напрямую или через фильтр, 50 тонкой очистки в корпусе воздухоочистителя 9.

На трубопроводе 18 установлен регулятор 19 циркуляции газов мембранного типа, у которого одна рабочая полость (верхняя) 55 сообщена газовым каналом 20 с выпускным трубопроводом 4, другая полость (ни>княя) воздушным каналом 21, содержащим клапан 22 управления электромагнитного типа, с нагнетательным трубопроводом 5.

Двигатель работает следующим образом.

При пуске двигателя на режиме холостого хода с низкой частотой вращения вала, а также в момент разгона отработавшие газы полностью движутся по выпускному трубопроводу 4 в газовую турбину 2 и вихревая труба 11 не действует, так как закрыт перепускной клапан 7, а регулятор 19 циркуляции газов перекрывает трубопровод

18. В этот начальный период клапан 22 управления сообщает рабочую полость (нижнюю) мембранной камеры регулятора 19 с нагнетательным трубопроводом 5, в котором давление воздуха, сжатого компрессором 3, ниже, чем давление отработавших газов на выпуске двигателя, передаваемое из выпускного трубопровода 4 по соединительному каналу 20 во вторую (верхнюю) рабочую полость камеры регулятора 19, С увеличением нагрузки двигателя давление сжатого воздуха в нагнетательном трубопроводе 5 возрастает и становится выше давления отработавших газов в выпускном трубопроводе 4. Теперь перепад давления в рабочих полостях мембранной камеры регулятора 19 циркуляции газов действует в обратном (верхнем) направлении и мембрана, перемещаясь, открывает клапан регулятора 19, который сообщает полости выхлопной трубы 13 и вихревой трубы 11 с всасывающим патрубком 10. Отработавшие газы под действием избыточного давления в выхлопной трубе 13 движутся в ограниченном количестве в "горячий" выпускной патрубок 12, заполняет вихревую трубу 11, охлаждаются в змеевике 17 и по соединительному трубопроводу 18 реци ркулируют во всасывающий патрубок 10, в котором поток. воздуха находится под небольшим разряжением благодаря гидро- сопротивлению воздухоочистителя 9.

При средней и повышенной нагрузке двигателя и увеличенной частоте вращения вала турбокомпрессор 1 повышает давление наддува в нагнетательном трубопроводе 5 и цилиндрах двигателя, которое по воздушному каналу 8 сообщается также перепускному клапану 7, воздействует на подпружиненную мембрану клапана и открывает его. B этот период, основной, отработавшие газы движутся паралелльными потоками в газовую турбину 2 и по обводному каналу 6 через перепускной клапан 7 в сопловый ввод вихревой трубы 11.

Благодаря наличию перепада давления и ускорению газового потока до звуковой или сверхзвуковой скорости 10 в рабочей части вихревой трубы. 11 создается интенсивное вращательное движение и возника1800083 ет термическая неравномерность с образованием более нагретого потока (горючего) на периферии рабочей части трубы и охлажденного потока (холодного) на ее оси, движущихся в трубе противоточно.

Кроме того, в трубе 11 создается радиальная неравномерность давления и эффективно протекает процесс сепарации механических частиц, таких как сажа, зола, капли масла, продукты износа. Выход этих частиц в зону "горячего" потока с температурой 850 — 900 К сопровождается выгоранием углеводородов и выносом остатка в

"горячий" выпускной патрубок 12, а из него в полость выхлопной трубы 13 на сажевый фильтр 15. С помощью теплоизоляции 14 поддерживается высокая температура газовой струи на выходе из патрубка 12, обеспечивающая дожигание горючих компонентов в основном потоке отработавших газов, выходящем из газовой турбины 2, и частично, регенерацию сажевого фильтра 15.

"Холодный" поток отработавших газов движется по оси вихревой трубы 11 через диафрагму центральной трубки 16, дополнительно охлаждается в змеевике 17 до температуры 470 — 520 К и, пройдя клапан циркуляции газов 19, направляется по соединительному трубопроводу 18 в патрубок

10, в котором образуется газовоздушная смесь. Состав смеси и ее температура зависят от распределения отработавших газов на "горячий" и "холодный" потоки и регламентируются геометрическими размерами вихревой трубы, ее конуса и диафрагмы, а также положением клапана в регуляторе циркуляции газов 19. Сжатая в центробежном компрессоре 3 гаэовоэдушная смесь движется по нагнетательному трубопроводу 5 в охладитель наддувочного воздуха (не показан) и цилиндры двигателя.

При номинальной нагрузке двигателя клапан 22 управления перекрывает воздушный канал 21 и сообщает нижнюю рабочую полость мембранной камеры регулятора 19 с атмосферой. За счет перепада давления, 10

15 может быть повышено с помощью электронной системы управления, снабженной дат20

45

35 созданного в мембранной камере, клапан регулятора 19 работает на закрытие и прекращает рециркуляцию отработавших газов из "холодного" выпускного патрубка вихревой трубы 11. На этом режиме работы двигателя термическое разделение в трубе 11 не происходит и отработавшие газы, поступающие в ее рабочую часть, полностью отводятся выпускным патрубком 12 в общую выхлопную трубу 13. Отключение рециркуляции отработавших газов ведет к уменьшению недожога в цилиндрах двигателя, снижает его теплонапряженность. Качество регулирования рециркуляции клапаном 22 чиками температуры, частоты вращения и

Формула изобретения

Двигатель внутреннего сгорания с регулируемым турбонаддувом, содержащий турбокомпрессор, имеющий газовую турбину и компрессор, установленные на общем валу, соединенный с двигателем при помощи нагнетательного и выпускного трубопроводов и снабженный на входе в компрессор всасывающим патрубком и выхлопную трубу, подключенную к выходу турбины, и сообщенную с выпускным трубопроводом обводным каналом, включающим перепускной клапан и вихревую трубу с горячим и

"холодным" патрубками, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения токсичности отработавших газов, он снабжен сажевым фильтром, установленным в выхлопной трубе, "горячий" патрубок вихревой трубы вы- ходным концом расположен перед сажевым фильтром, ориентирован по потоку газов и вместе с участком выхлопной трубы, содер. жащим сажевый фильтр, покрыт теплоизоляцией, а "холодный" патрубок вихревой трубы сообщен со всасывающим патрубком компрессора и снабжен регулятором циркуляции газов с клапаном управления.

1800083

Составитель О.Немцов

Техред М,Моргентал Корректор Н.Пилипенко

Редактор Т.Савина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1147 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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