Турбокомпаундный двигательный агрегат, способ возврата тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания такого агрегата, а также транспортное средство, оборудованное таким агрегатом



Турбокомпаундный двигательный агрегат, способ возврата тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания такого агрегата, а также транспортное средство, оборудованное таким агрегатом
Турбокомпаундный двигательный агрегат, способ возврата тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания такого агрегата, а также транспортное средство, оборудованное таким агрегатом

 


Владельцы патента RU 2444641:

ИВЕКО МОТОРЕНФОРШУНГ АГ (CH)

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности, для промышленных транспортных средств, снабженных системой возврата тепла. Турбокомпаундный двигательный агрегат, содержащий: двигатель внутреннего сгорания; первую турбину (2, 2') рекуперации, размещенную на линии (1) выхлопа выхлопных газов от двигателя и выполненную с возможностью обеспечения механической энергией двигателя; систему возврата тепла, содержащую замкнутый контур (6) с рабочей текучей средой, теплообменник (8), расположенный на линии выхлопа ниже по потоку первой турбины рекуперации и выполненный с возможностью теплопередачи от выхлопных газов к рабочей текучей среде, вторичную турбину (9), выполненную с возможностью приведения в действие рабочей текучей средой; при этом вторичная турбина выполнена с возможностью обеспечения двигателя механической энергией. Кроме того, предложен способ возврата тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания турбокомпаундного двигательного агрегата, а также транспортное средство, оборудованное таким агрегатом. Изобретение обеспечивает улучшение эксплутационных качеств, а также уменьшение количества загрязняющих выхлопов. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к турбокомпаундному двигателю внутреннего сгорания, в частности, для автотранспортных средств, точнее для промышленных транспортных средств, снабженных системой возврата тепла.

В автомобильных двигателях, особенно в больших дизельных двигателях, например, для тяжелых транспортных средств, тепловая энергия выхлопных газов от двигателя возвращается в турбины, размещенные на линии выхлопа. Турбины могут быть использованы для приведения в действие компрессоров, расположенных на линии всасывания для осуществления турбонаддува. В турбокомпаундных двигателях турбина, обычно расположенная ниже по потоку турбины турбонагнетателя, обеспечивает механической энергией двигатель посредством приводного вала и подходящих трансмиссий и передаточных систем благодаря тому, что скорость вращения турбины обычно намного превышает скорость двигателя (в несколько десятков тысяч вращений в минуту), для получения достаточного кпд. Таким образом улучшены эксплуатационные качества, а также уменьшено количество загрязняющих выхлопов. Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является турбокомпаундный двигательный агрегат, раскрытый в RU 2155875 и содержащий двигатель внутреннего сгорания; первую турбину рекуперации, размещенную на линии выхлопа выхлопных газов от двигателя и выполненную с возможностью обеспечения механической энергией двигателя; и вторичную турбину, выполненную с возможностью приведения в действие рабочей текучей средой; при этом вторичная турбина и первая турбина соединены с двигателем посредством шестерни. Кроме того, RU 2155875 также раскрывает способ возврата тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания турбокомпаундного двигательного агрегата, при котором пропускают выхлопные газы через первую турбину, выполненную с возможностью передачи энергии двигателю; приводят в действие вторичную турбину посредством рабочей текучей среды и передают механическую энергию от вторичной турбины к двигателю.

В любом случае тепловая энергия не возвращается полностью. Даже расширяя газы до давления, при котором они передаются в любую систему очистки для их последующего выброса в окружающую среду, они все еще имеют остаточное тепло в виде достаточно высокой температуры (то есть температуры порядка 300-500°С). Чтобы возвратить это тепло, были использованы системы, в которых тепло в теплообменнике передавалось текучей среде, циркулирующей в замкнутом контуре, оборудованном вторичной турбиной, в которой текучая среда расширяется, возвращая энергию, которая обычно используется в электрическом генераторе. Текучая среда рециркулирует подходящим образом в теплообменнике. Если текучая среда может быть сжижена, то теплообменник является испарителем. Эти системы известны и не требуют дальнейшего описания.

Использование вторичной турбины для генерирования электроэнергии создает проблему увеличения общих размеров и сложности системы. Желательно возвращать тепло простым и эффективным способом, используя конструкции уже известных двигательных устройств.

Проблемы, указанные выше, были решены согласно настоящему изобретению.

В частности, согласно первому объекту настоящего изобретения создан турбокомпаундный двигательный агрегат, содержащий двигатель внутреннего сгорания; первую турбину рекуперации, размещенную на линии выхлопа выхлопных газов от двигателя и выполненную с возможностью обеспечения механической энергией двигателя; систему возврата тепла, содержащую замкнутый контур с рабочей текучей средой, теплообменник, расположенный на линии выхлопа ниже по потоку первой турбины рекуперации и выполненный с возможностью теплопередачи от выхлопных газов к рабочей текучей среде, вторичную турбину, выполненную с возможностью приведения в действие рабочей текучей средой; при этом вторичная турбина выполнена с возможностью обеспечения двигателя механической энергией.

Предпочтительно первая турбина рекуперации расположена ниже по потоку турбины турбонагнетателя.

Предпочтительно вторичная турбина и первая турбина рекуперации соединены с двигателем одним и тем же гидравлическим соединением.

Предпочтительно вторичная турбина и первая турбина рекуперации соединены с двигателем посредством трансмиссии и передачи с различными передаточными числами.

Предпочтительно вторичная турбина и первая турбина рекуперации закреплены на одном валу.

Предпочтительно вторичная турбина и первая турбина рекуперации соединены с двигателем посредством шестерней.

Предпочтительно агрегат представляет собой дизельный агрегат для автотранспортных средств.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создан способ возврата тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания турбокомпаундного двигательного агрегата, при котором пропускают выхлопные газы через первую турбину рекуперации, выполненную с возможностью передачи энергии двигателю; передают тепло от газов, выпущенных из первой турбины рекуперации, рабочей текучей среде замкнутого контура; приводят в действие вторичную турбину посредством рабочей текучей среды; и передают механическую энергию от вторичной турбины к двигателю.

Согласно третьему объекту изобретения создано транспортное средство, оборудованное вышеописанным агрегатом.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно на предпочтительных, но не исключительных, вариантах его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематический вид части двигательного агрегата согласно настоящему изобретению; и

Фиг.2 - схематический вид части двигательного агрегата согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.

Как показано на Фиг.1, часть турбокомпаундного двигательного агрегата представлена содержащей двигатель внутреннего сгорания (не показан). Линия 1 выхлопа выполнена с возможностью удаления выхлопных газов из двигателя. Первая турбина 2 рекуперации, размещенная на линии выхлопа газов, приводится в движение выхлопными газами и обеспечивает механической энергией приводной вал 3 посредством определенных понижающих и передаточных средств; например, эти средства могут содержать пару шестерней 4 и 5 для обеспечения заданного передаточного числа. Обычно, могут быть обеспечены подходящие средства соединения, например гидравлические, для предотвращения передачи колебаний двигателя на турбину, такие как гидравлическое соединение 7 или соединение типа Voith, любые системы, в которых движение передается потоком масла, а не через передачу с прямым механическим контактом. Если двигатель имеет турбонаддув, согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения первая турбина рекуперации размещается ниже по потоку турбины турбонагнетателя.

Двигательный агрегат содержит замкнутый контур с рабочей текучей средой, циркулирующей в нем. В теплообменнике 8, размещенном на линии выхлопа газа ниже по потоку первой турбины рекуперации, тепло может быть передано от выхлопных газов к рабочей текучей среде. Если используется рабочая текучая среда соответствующего типа (например, фреон), то теплообменник 8 может быть испарителем. Рабочая текучая среда расширяется во вторичной турбине 9 и затем передает тепло, например, окружающей среде в охладителе 10, который согласно возможному варианту осуществления изобретения может быть радиатором. В вышеупомянутом случае, когда рабочая текучая среда изменяет фазовые состояния, в охладителе 10 может происходить конденсация. Средство 11 циркуляции, например насос, может быть использовано для обеспечения циркуляции текучей среды и для ее повторного сжатия. Упомянутое средство может быть приведено в действие известным способом, например вторичной турбиной, двигателем или определенным электродвигателем. Замкнутый контур для возврата тепла может быть выполнен любым известным способом и не требует дальнейших объяснений.

В отличие от уровня техники вторичная турбина передает механическую энергию двигателю, например, через приводной вал 3 и различные средства для передачи движения, частью которых могут быть те средства, которые уже использованы для передачи энергии от первой турбины рекуперации к двигателю. Согласно варианту осуществления, показанному на Фиг.1, шестерня 12 может быть сцеплена с шестерней 5, соединенной с соединителем 7 или также соединенной с шестерней 4 первой турбины рекуперации. Такое расположение обеспечивает оптимальные передаточные числа между двигателем и каждой из турбин. Следует отметить, что обычно вторичная турбина меньше первой турбины рекуперации и предпочтительно работает на более высокой скорости для получения оптимального кпд.

Однако для передачи движения возможны другие расположения. На Фиг.2 показано альтернативное расположение, подходящее для случая, когда вторичная турбина 9' имеет ту же самую скорость, что и первая турбина 2' рекуперации. В этом случае две турбины могут также быть закреплены на одном валу 3.

Следует отметить, что согласно настоящему изобретению мощность вторичной турбины может обеспечиваться с использованием большей части тех же самых систем трансмиссии и передачи, что и в первой турбине рекуперации без использования соответствующего электрического генератора, таким образом делая систему более компактной и менее дорогой.

Изобретение также относится к транспортному средству, оборудованному описанным выше двигательным агрегатом.

1. Турбокомпаундный двигательный агрегат, содержащий:
двигатель внутреннего сгорания;
первую турбину рекуперации, размещенную на линии выхлопа выхлопных газов от двигателя и выполненную с возможностью обеспечения механической энергией двигателя;
систему возврата тепла, содержащую замкнутый контур с рабочей текучей средой, теплообменник, расположенный на линии выхлопа ниже по потоку первой турбины рекуперации и выполненный с возможностью теплопередачи от выхлопных газов к рабочей текучей среде, вторичную турбину, выполненную с возможностью приведения в действие рабочей текучей средой;
отличающийся тем, что вторичная турбина выполнена с возможностью обеспечения двигателя механической энергией.

2. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что первая турбина рекуперации расположена ниже по потоку турбины турбонагнетателя.

3. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что вторичная турбина и первая турбина рекуперации соединены с двигателем одним и тем же гидравлическим соединением.

4. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что вторичная турбина и первая турбина рекуперации соединены с двигателем посредством трансмиссии и передачи с различными передаточными числами.

5. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что вторичная турбина и первая турбина рекуперации закреплены на одном валу.

6. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что вторичная турбина и первая турбина рекуперации соединены с двигателем посредством шестерней.

7. Агрегат по п.1, отличающийся тем, что он представляет собой дизельный агрегат для автотранспортных средств.

8. Способ возврата тепла выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания турбокомпаундного двигательного агрегата, при котором:
пропускают выхлопные газы через первую турбину рекуперации, выполненную с возможностью передачи энергии двигателю;
передают тепло от газов, выпущенных из первой турбины рекуперации, рабочей текучей среде замкнутого контура;
приводят в действие вторичную турбину посредством рабочей текучей среды; и
передают механическую энергию от вторичной турбины к двигателю.

9. Транспортное средство, оборудованное агрегатом по п.7.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области преобразования энергии и касается решения вопроса по комплексной утилизации тепловой энергии дизельного двигателя, работающего в связке с генератором электрической энергии в системе дизель-генераторной установки (ДГУ).

Изобретение относится к двигательной установке, в частности транспортного средства, с контуром охлаждения и отдельным контуром рекуперации тепла. .

Изобретение относится к автономным устройствам для получения тепловой и электрической энергии. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к установкам для автономного электро- и теплоснабжения потребителей объектов, где отсутствуют возможности подачи тепловой и электрической энергии от внешней энергосистемы.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к стационарным и транспортным двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к установкам для автономного электро- и теплоснабжения потребителей объектов, где отсутствуют возможности подачи тепловой и электрической энергии от внешней энергосистемы.

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а именно к оборудованию, предназначенному для выработки и отпуска потребителям одновременно двух видов энергии (электрической и тепловой).

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к турбонаддувным двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к бронетанковой технике, в частности к силовым установкам танков. .

Изобретение относится к машиностроению может быть использовано в двухтопливных двигателях внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом. .

Изобретение относится к области двигателестроения и предназначено для использования в системах байпасного регулирования турбины турбокомпрессора и рециркуляции отработавших газов в дизеле.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в производстве дизельных двигателей. .

Изобретение относится к турбокомпрессору, работающему на отработавших газах, для двигателя внутреннего сгорания, содержащему корпус (14) и ротор (18), при этом корпус (14) содержит выполненный с возможностью протекания участок (15) отвода отработавших газов, а ротор (18) содержит турбинное колесо (20) и жестко соединенный на кручение с турбинным колесом (20) вал (21) с осью (22) вращения, при этом турбинное колесо (20) установлено в опорах с возможностью вращения в участке (15) отвода отработавших газов и выполнено с возможностью подачи на него отработавших газов, а в участке (15) отвода отработавших газов расположено направляющее устройство (29) для изменения подачи отработавших газов на турбинное колесо (20), причем направляющее устройство (29) содержит выполненное с возможностью протекания направляющее решетчатое кольцо (30) и осевую задвижку (31), а направляющее решетчатое кольцо (30) содержит стойку (37) для фиксации, а также выполненные с возможностью протекания направляющие лопатки (36), а осевая задвижка (31) выполнена с возможностью захватывания направляющих лопаток (36)

Изобретение относится к способу торможения работающим преимущественно по принципу Дизеля двигателем

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к двигателям внутреннего сгорания, оснащенным газотурбинным наддувом

Изобретение относится к способу и устройству для торможения двигателем, содержащему работающий преимущественно по принципу Дизеля двигатель, который включает в себя, по меньшей мере, один, нагружаемый потоком отработавших газов (ОГ) одно- или многоступенчатый турбонагнетатель с работающей на ОГ турбиной и компрессором наддувочного воздуха, которые расположены на общем валу или соединены им, по меньшей мере один выпускной коллектор, направляющий поток ОГ от выпускных клапанов двигателя к турбонагнетателю, и расположенное между выпускными клапанами и турбонагнетателем дросселирующее устройство, которое для торможения двигателем приводится в действие таким образом, что поток ОГ дросселируется, в результате чего выше по потоку дросселирующего устройства происходит возрастание давления ОГ

Изобретение относится к способу эксплуатации компонентов для обработки отработавших газов. Сущность изобретения: способ пассивного восстановления фильтра (6) частиц, который расположен в тракте отработавших газов двигателя внутреннего сгорания, причем выше по потоку одной работающей на отработавших газах турбины (14) из основного потока (10) отработавших газов извлекают частичный поток (11) отработавших газов. Частичный поток (11) отработавших газов ниже по потоку упомянутой одной работающей на отработавших газах турбины (14) снова возвращают в основной поток (10) отработавших газов, при этом ответвленное в виде частичного потока (11) отработавших газов количество отработавших газов устанавливают или регулируют в частичном потоке (11) отработавших газов и на фильтре (6) частиц, причем частичный поток (11) отработавших газов возвращают по потоку между катализатором (4) окисления NO и фильтром (6) частиц. Техническим результатом изобретения является эффективная эксплуатация компонентов для обработки отработавших газов, а также эффективного нагревания включенных после работающей на отработавших газов турбины компонентов для обработки отработавших газов. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания. Устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания содержит корпус (1) перепускного клапана, в котором выполнены основной канал (2), соединяющий выпускной коллектор двигателя со входом в турбину, и перепускной канал (3), который соединен с атмосферой через выхлопную трубу, сообщающиеся между собой отверстием (4), которое перекрывается перепускным клапаном (7), направляющую втулку (6) клапана, эластичную мембрану (9), закрепленную на торце клапана (7), пневмокамеру (8), соединенную трубкой с впускным коллектором двигателя и пружину (18). Устройство снабжено цилиндром (13), закрепленным на крышке пневмокамеры (8), поршнем (14), упирающимся в пружину (18), упорным кольцом (16) для ограничения хода поршня (14), клапаном-распределителем (21) рабочего тела, блоком управления (22), датчиком (23) степени загрузки двигателя и датчиком температуры (24) окружающего воздуха. Направляющая втулка (6) перепускного клапана на внутренней поверхности имеет винтовую канавку (25), а внешняя ее поверхность выполнена оребренной. Технический результат заключается в осуществлении коррекции нагрузки, при которой должен начинаться перепуск отработанных газов. 1 ил.
Наверх