Система наддува впускного тракта двигателя внутреннего сгорания с использованием энергии отработавших газов

Авторы патента:

 


Владельцы патента RU 2572154:

Исаев Игорь Юрьевич (RU)

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к двигателям с турбонаддувом. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в выпускном тракте двигателя размещается спиралеобразная трубка, в которую за счет работы насоса под давлением подается вода из расходного резервуара. Вода за счет соприкосновения спиралеобразной трубки с раскаленными выхлопными газами нагревается и превращается в перегретый пар высокого давления. Конец трубки оборудуется соплом и выводится в рабочую полость турбинного колеса для того, чтобы пар высокого давления, вырываясь из сопла, попадал на лопасти турбинного колеса. 1 ил.

 

Область техники: Изобретение относится к сфере двигателестроения, а именно к области систем принудительной подачи воздуха во впускной коллектор двигателя под повышенным давлением.

Уровень техники: В настоящее время для повышения мощности двигателей внутреннего сгорания применяются системы принудительного нагнетания воздуха под давлением во впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с целью увеличить плотность и количество воздуха и паров топлива, которые затем горят и расширяются в камерах сгорания. Таким образом, достигается заметное увеличение мощности двигателей в пределах 10-15%, в некоторых случаях даже больше.

Системы принудительного нагнетания воздуха (наддува) во впускной коллектор делятся на две группы:

- системы с принудительным механическим наддувом;

- системы с турбонаддувом.

Системы принудительного механического наддува воздуха действуют на основе работы компрессора или воздуходувки, которые принудительно приводятся в действие от главного вала двигателя. Такие системы появились еще в конце 19-го века. Системы турбонаддува используют для привода вентилятора-нагнетателя энергию движения выхлопных газов в выпускном тракте двигателя, которые раскручивают колесо специальной турбины. Принцип турбонаддува был запатентован Альфредом Бюхи в 1911 году (патент №1006907) в США. (Смотри: «Турбодвигатели и компрессоры». Справочное пособие. Москва 2003 г.)

Недостатком систем механического нагнетания воздуха является их привод от главного вала двигателя, что требует постоянных затрат энергии от двигателя и ведет к увеличению общего расхода топлива.

Недостатком систем турбонаддува является их большая инерционность и практически полная неэффективность на малых оборотах работы двигателя, когда общий поток выхлопных газов из цилиндров значительно уменьшается. К недостаткам систем турбонаддува также относится малый ресурс работы приводной турбины, так как она работает в условиях очень высокой температуры, прокачивая сквозь себя выхлопные газы с температурой в 700-800 градусов C°.

Ближайшим аналогом заявляемого автором изобретения СИСТЕМА НАДДУВА ВПУСКНОГО ТРАКТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ является изобретение US 20120060493.

Причинами, препятствующими в рассматриваемом аналоге достижению высокого технического результата, являются следующие недостатки данного устройства системы турбонаддува:

- высокая сложность как самого предлагаемого в изобретении двигателя, так и системы его турбонаддува. В этой системе предполагается использовать два раздельных колеса приводной турбины - каждое в своем корпусе, что ведет к конструктивной сложности и громоздкости всей установки;

- малый ресурс данной турбинной системы, так как колесо турбины, работающей на энергии потока выхлопных газов, будет пропускать через себя поток очень горячих газов;

- малая мощность парового турбинного колеса, так как пар в него предполагается подавать уже отработавшим в цикле расширения поршневой машины, следовательно, энергия такого пара будет уже незначительной.

Сущность изобретения: Задачей изобретения, которое реализовано в этой конструкции, является создание мощной и высокоэкономичной системы наддува впускного тракта ДВС за счет возможности максимально глубоко и эффективно использовать энергию отработавших газов.

Поставленная задача изобретения решается через конструктивные особенности предлагаемого изобретения: СИСТЕМА НАДДУВА ВПУСКНОГО ТРАКТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ.

В выпускном тракте двигателя размещается спиральный трубопровод-теплообменник, в который за счет работы специального насоса под давлением подается парообразующая жидкость (например, вода) из расходного резервуара. Вода за счет соприкосновения спирального трубопровода-теплообменника с раскаленными выхлопными газами будет быстро нагреваться и превращаться в перегретый пар высокого давления. Конец такого трубопровода будет оборудоваться специальным соплом и выводиться в рабочую полость лопаточной проточной машины - турбинного колеса для того, чтобы плотная струя пара высокого давления, вырываясь из сопла, попадала на лопасти турбинного колеса и крутила его, передавая на вал турбины энергию своего движения.

Такое техническое и конструктивное решение позволяет начать использовать на колесе лопаточной машины (турбины) принудительного нагнетания воздуха не только кинетическую энергию движения выхлопных газов в выпускном тракте, но и тепловую энергию, которая в большом количестве содержится в этих газах.

Техническим результатом применения таких инженерных решений является создание простой и мощной системы принудительного нагнетания воздуха во впускную систему ДВС с использованием энергии отработавших газов, которая будет значительно эффективнее существующих сегодня систем турбонаддува. Также подобная система не будет иметь неотъемлемым свойством своей работы так называемую «турбояму», т.е. резкое падение производительности системы наддува при малых оборотах двигателя, что особенно характерно для движения автомобиля в городском цикле. Ибо предлагаемая как изобретение система на 2/3 будет работать на энергии струи перегретого пара, получаемого от тепла выхлопных газов, а парогенерирующие свойства предлагаемой системы не будут в столь значительной мере зависеть от скорости движения и давления выхлопных газов в выпускном коллекторе, а будут зависеть лишь от температуры таких газов. А температура выхлопных газов на оборотах холостого хода изменяется в очень малом диапазоне. К тому же парогенерирующая система обладает заметной инерционностью, и поэтому она не будет так резко терять свою производительность даже при очень низких оборотах двигателя.

Еще одним результатом применения предлагаемой системы должно стать заметное увеличение срока службы лопаточной машины (турбины), ибо в рабочем пространстве турбинного колеса раскаленные выхлопные газы будут смешиваться с паром значительно меньшей температуры из сопла спирального трубопровода - теплообменника, при этом общая температура парогазовой смеси будет заметно снижаться. Следовательно, общая температура парогазовой смеси, которая будет рабочим телом для турбинного колеса, окажется заметно меньше, чем в нынешних системах турбонаддува, которые работают исключительно на раскаленных выхлопных газах. Результатом работы на парогазовой смеси значительно сниженной температуры окажется увеличение срока службы всей системы принудительного наддува.

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Реализация назначения заявленной как изобретение системы принудительного наддува возможна к осуществлению через новаторские особенности данной конструкции.

На прилагаемом к данному разделу патентной заявки чертеже представлена конструкция системы наддува впускного тракта ДВС с использованием энергии отработавших газов. От выпускного клапана двигателя отходит газовод выпускного тракта (элемент 1). Внутри выпускного тракта расположен трубопровод-теплообменник (элемент 2), в который закачивается насосом высокого давления парообразующая жидкость (например, вода) (элемент 3) из резервуара (элемент 4). Противоположный от насоса для подачи воды конец трубопровода-теплообменника заканчивается соплом (элемент 5). Струя пара высокого давления из сопла давит на лопатки рабочего турбинного колеса (ротора лопаточной машины) (элемент 6) и приводит его во вращение вместе с выхлопными газами, идущими по выпускному тракту.

В такой конструкции двигателя работа заявляемой изобретением СИСТЕМЫ НАДДУВА ВПУСКНОГО ТРАКТА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ осуществляется следующим образом: во время открытия выпускного клапана отработавшие газы высокого давления и высокой температуры вытесняются из цилиндра в газовод выпускного тракта (элемент 1). Во время движения выхлопных газов по трубе-газоводу выпускного тракта они нагревают спиральный трубопровод-теплообменник, внутри которого насосом (элемент 3) прокачивается вода. От интенсивного нагрева вода (или иная парообразующая жидкость) будет быстро испаряться, и полученный пар будет под большим давлением плотной струей выходить из сопла (элемент 5). Струя пара будет бить в лопасти рабочего турбинного колеса (ротора) и приводить его во вращение вместе с движущимися в этом же направлении горячими выхлопными газами.

Система наддува впускного тракта двигателя внутреннего сгорания с использованием энергии отработавших газов, состоящая из газовода выпускного тракта, идущего от выпускного коллектора к турбине, внутри указанного газовода выпускного тракта расположен трубопровод-теплообменник с возможностью образования в нем пара из парообразующей жидкости, например воды, отличающаяся тем, что конец трубопровода-теплообменника, противоположный концу трубопровода, куда подается парообразующая жидкость, оканчивается соплом, направленным в сторону турбины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системе для преобразования тепловой энергии в механическую энергию в транспортном средстве. Система включает в себя контур трубопровода, насос для прокачивания вещества в контуре трубопровода по меньшей мере один испаритель, в котором обеспечивается поглощение веществом тепловой энергии от источника тепла таким образом, что оно выпаривается, турбину, выполненную с возможностью приведения в движение с помощью выпаренного вещества с целью выработки механической энергии, и конструкцию конденсатора, в которой обеспечивается выделение веществом тепловой энергии таким образом, что оно конденсируется.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для выработки электрической энергии с использованием в качестве теплоносителя нагретого воздуха. Технический результат состоит в экономии горючих материалов.

Изобретение может быть использовано в перепускных устройствах для систем утилизации отходящего тепла двигателей внутреннего сгорания. Перепускное устройство (27) системы (23) утилизации отходящего тепла содержит перепускной трубопровод с клапаном (39), датчик температуры в трубопроводе, контроллер (41) и второй клапан (47).

Изобретение может быть использовано в предпусковых и вспомогательных теплоэнергетических установках транспортных средств для одновременного производства тепла и электроэнергии.

Настоящее изобретение относится к конструкции и способу преобразования тепловой энергии в механическую энергию. Конструкция содержит линейный контур (3), средство (4) циркуляции для циркуляции хладагента в линейном контуре (3), испаритель (6), в котором хладагент предполагается испарять с помощью источника (7) тепла, турбину (9), выполненную с возможностью приведения в движение испарившимся хладагентом, конденсатор (12) и накопительный резервуар (14) для хранения хладагента, который не циркулирует в линейном контуре (3).

Изобретение может быть использовано в двигателестроении. Паровоздушный двигатель внутреннего сгорания содержит поршневой двигатель (1) внутреннего сгорания, барабан (2) пара высокого давления, радиатор (4), винтовой паровой двигатель (3), радиатор (4), жидкостный насос (6) высокого давления, накопительный бак (5), бак (8) подпитки и термоизоляцию корпуса двигателя (1) и барабана (2) пара высокого давления от окружающей среды.

Изобретение относится к области теплоэнергетического машиностроения и предназначено в качестве вспомогательных теплоэнергетических установок транспортных средств для поддержания их двигателей внутреннего сгорания в прогретом состоянии, нагрева воздуха в кабинах и снабжения бортовой сети электроэнергией.

Изобретение может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания. Устройство (1) для выработки электрической энергии с использованием тепла отработавших газов (ОГ), образующихся при работе двигателя внутреннего сгорания, имеет генератор (3) с входным патрубком (4) для ОГ и выходным патрубком (5) для ОГ.

Изобретение относится к дизельным двигателям. Техническим результатом является повышение эффективности цикла и упрощение конструкции.

Изобретение может быть использовано в силовых установках транспортных средств, снабженных двигателями внутреннего сгорания. Силовая установка транспортного средства содержит двигатель (1) внутреннего сгорания, парогенератор (3), установленный на выпускном коллекторе (4) двигателя внутреннего сгорания, конденсатор (9), сообщенный с парогенератором, паровую турбину (6), накопитель пара (5) и обратный клапан (13), установленный перед накопителем.

Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях автотранспортных средств. Дизельный двигатель (1) автотранспортного средства имеет систему (50) рециркуляции отработавших газов по первому маршруту и систему (60) рециркуляции отработавших газов по второму маршруту, более длинному, чем первый маршрут системы (50) и уловитель (30) окислов азота.

Изобретение относится к агрегатам турбонаддува двигателей внутреннего сгорания и позволяет повысить эффективность наддува за счет применения второго колеса турбокомпрессора, соединенного с электродвигателем через блокирующуюся муфту, который обеспечивает наддув при пуске двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к системе контроля рабочих характеристик продувки для контроля технологического режима в процессе продувки большого двухтактного дизельного двигателя с прямоточной продувкой, а также к способу контроля технологического режима в процессе продувки в соответствии с частью независимых пунктов 1 и 8 формулы изобретения, предшествующей отличительной части.

Изобретение относится к способу регулирования передачи крутящего момента трансмиссии, расположенной между коленчатым валом турбокомпаундного двигателя внутреннего сгорания и силовой турбиной.

Изобретение относится к поршневому двигателю внутреннего сгорания, в частности двухтактному большому дизельному двигателю (1) с продольной продувкой. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к турбокомпрессорам, применяемым, например, для наддува двигателей внутреннего сгорания. .
Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с турбонаддувом. .

Изобретение относится к устройствам для передачи приводного усилия между двумя валами. .

Изобретение относится к транспортному средству или стационарной силовой установке, содержащей двигатель внутреннего сгорания с наддувом, обеспечиваемым от работающего на отработавших газах турбокомпрессора, в качестве приводного источника, и компоненты, снабжаемые теплом от среды, находящейся в замкнутом контуре среды.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, содержащему по меньшей мере одну турбину с жидкостным охлаждением, в котором турбина, содержащая кожух, снабжена по меньшей мере одной рубашкой охлаждения, встроенной в кожух для формирования системы жидкостного охлаждения. Рассмотрен способ охлаждения, по меньшей мере, одной турбины указанного двигателя внутреннего сгорания. Предлагается обеспечить двигатель внутреннего сгорания описанного выше типа оптимизированным в отношении турбины. Указанная задача достигается в двигателе внутреннего сгорания упомянутого типа, характеризующимся тем, что, по меньшей мере, одна рубашка охлаждения, встроенная в кожух, относится к масляному контуру. Изобретение обеспечивает уменьшение теплопередачи в кожухе турбины за счет использования масла. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх