Двигатель внутреннего сгорания

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТЕЛЬСТВУ (1823612 ф

I

C (61) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 020779 (21) 2790727/25-06 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет 51) М,,(„з

02 В 37/00.

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 230481.Бюллетень № 15 (5З) УДК 621. 43..052(088.8) Дата опубликования описания 230481 (72) Авторы изобретения О.С. Кустарев, A.Á. Аз.бель и Б.A. Взоров (71) Заявитель (54 ) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам воздухоснабжения двигателей внутреннего сгорания транспортных и стацио5 нарных силовых установок.

Известны двигатели внутреннего сгорания с системами воздухоснабжения, содержащими источник питания, средства, обеспечивающие запуск дви1 гателя, и турбокомпрессор, работающий на выпускных газах двигателя, в газовой магистрали которых на выходе из турбины турбокомпрессора установлена по меньшей мере одна турбина, газодинамически связанная с турбокомпрессором и двигателем (1) .

Однако несмотря на наличие утилизационной турбины, повышающей экономичность двигателя, запуск двигателей с такими системами воздухоснабжения из-за низкой располагаемой энергии газов перед турбокомпрессором ча пусковых режимах осложнен и,кроме того, требует значительной емкости аккумуляторных батарей.

Известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессор, подключенный к ресиверу чере3 воздухоохладитель, утилизационную турбину, подключенную к выхлопно- 30 му патрубку турбокомпрессора через газопровод, кинематически связанную с вспомогательным электростартером и снабженную магистралью выпуска отработавших газов, вентилятор обдува воздухоохладителя и радиатор системы г охлаждения с вентилятором 2) .

Однако непосредственная кинематическая связь утилизационной турбины с потребителем приводит к некоторому ухудшению экономичности силовой установки на частичных режимах в связи с учетом потерь потребителя. Кроме того, в такой схеме могут иметь место режимы с избыточной мощностью, которую невозможно использовать в системе охлаждения, что также приводит к снижению эффективных показателей двигателя. Пуск двигателя при этом даже при всех усовершенствованиях требует наличия постороннего источника энергии значительной мощности и энергоемкости, например электрических аккумуляторных батарей.

Цель изобретения. — повышение экономичности двигателя путем повышения эффективности использования энергии сжатого воздуха.

Указанная цель достигается тем, что двигатель снабжен воздушным наг.

823612 нетателем, воздушной турбиной и воэдухоподогревателем, причем нагнета-тель кинематически связан с утилиэационной турбиной и подключен напорным патрубксу к магистрали подачи воздуха в воздушную турбину, последняя кинематически связана с вертилятором обдува воздухоохладителя, а воэдухоподогреватель включен своими нагреваемыми поверхностями в магистраль выпуска отработавших газов утилизационной урб „ы и охлаждаемыми — в магистраль подачи воздуха в воздушную турбину.

Кроме того, вентилятор радиатора системы охлаждения снабжен дополнительной воздушной турбиной и кинема- t5 тически связан с двигателем череэ вариатор, а магистраль подачи сжатого воздуха выполнена разветвленной и каждая ее ветвь подключена к одной из воздушных турбин, причем вариатор gp может бы-.ь выполнен в виде гидромуфт.

Двигатель снабжен также дополнительной камерой сгорания и напорный патрубок нагнетателя сообщен с утили- 25 зационной турбиной через обводную трубу, причем дополнительная камера сгорания установлена в отводной трубе,. а газопровод снабжен органом поочередного подключения выхлопного патрубка турбокомпрессора к утилизационной турбине и к атмосфере.

На чертеже схематически изображен предлагаемый двигатель внутреннего сгорания.

Силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания 1 с валом 2, снабжена вспомогательным электростартером 3, обеспечивающим его питание, и ресивером 4 с подключенным к нему турбокомпрессором 5. К вы- 40 хлопному патрубку 6 турбокомпрессора через газопровод 7 подключена утилизационная турбина 8, кинематически связанная с нагнетателем 9, и кинематически связанная через мУФтУ 10 со 45 вспомогательным электростартером 9 и снабженная магистралью 11 выпуска отработавших газов.

Нагнетатель подключен напорным патрубком 12 к магистрали 13 подачи сжатого воздуха в воздушные турбины

14 и 15. В магистраль 11 выпуска отработавших газов включен своими нагреваемыми поверхностями воздухо одогреватель 16, выполненный враающимся с механическим приводом 17. хлаждаемые поверхности воздухоподогревателя включены в магистраль 13 подачи сжатого воздуха в воздушную турбину 14 привода вентилятора 18 обдува воздухоохладителя 19 и в до- () полнительную воздушную турбину 15 привода вентилятора 20 обдува радиатора 21 системы охлаждения.

Вентилятор 20 через вал 22 связан с валом 2 двигателя через вариатор б5

23, который может быть выполнен в виде гидромуфты. Напорный патрубок 12 нагнетателя сообщен с утилизационной турбиной 8 через обводную трубу

24, в которой установлена дополнительная камера 25 сгорания и запорные клапаны 26. Газопровод 7 снабжен органом 28 поочередного подключения выхлопного патрубка трубокомпрессора к утилизационной туобине 8 и к атмосфере, например золотником 27. Магистраль 13 выполнена разветвленной на две ветви 29 и 30 и каждая ее ветвь подключена к одной из турбин.

Причем в ветви 30 установлен дополнительный эапорный орган 31.

Работа двигателя внутреннего сгорания на различных режимах осуществляется следующим образом.

На экслуатационных режимах атмосферный воздух сжймается в турбокомпрессоре 5 и, пройдя воздухоохладитель

19, попадает через ресивер 4 непосредственно в двигатель внутреннего сгорания 1.

Поток газов от двигателя расширяется в турбине 8 турбокомпрессора и затем, проходя через золотник 27, установленный в положении "Открыто", вторично расширяется в утилизационной турбине, а затем по магистрали 11 выпуска отработавших газов поступает к нагреваемым поверхностям воэдухоподогревателя 16. Одновременно нагреватель 9, связанный кинематически с утилизационной турбиной 8 и приводимый ею во вращение, сжимает поток воздуха и направляет его к охлаждаемым поверхностям воздухоподогревателя 16. При этом эапсрные клапаны 26 находятся в положении "Закрыто",а посредством муфты 10 вспомогательный электростартер 3 отключен от нагревателя 9. С помощью привода 17 осуществляется вращение воэдухоподогревателя (если он выполнен вращающимся). Затем сжатый воздух по обводной трубе 24 подается на рабочие решетки воздушных турбин 14 и 15 привода вентиляторов обдува воздухоохладителя 19 и радиатора 21 системы охлаждения. Через вал 22 избыток мощности передается гидромуфтой 23 на вал 2 двигателя 1 .

Запуск двигателя осуществляется в следующей последовательности.

Запорные клапаны 26 устанавливаются в положении "Открыто", золотник

27 — в положении "Перепуск",эапорный орган 31 — в положении "Закрыто", муфта 10 обеспечивает жесткую связь вспомогательного злектростартера 3 с нагревателем 9. Электростартер 3 включают в цепь питания и производят раскрутку общего ротора утилизационной турбины и нагнетателя до режима воспламенения топлива, подаваемого в дополнительную камеру 25 сгорания. По ле достижсния ус ойчивого

823612 горения в мере 25 сгорания дальнейшая раскрутка упомянутого ротора происходит за счет увеличения подачи топлива в камеру 25 сгорания, при этом производят отключения электротартера 3 от ротора муфтой 10. Расширившийся в утилизационной турбине

8 газ поступает в магистраль 11 выпуска отработавших газов и далее — в воздухоподогреватель 16, а затем в атмосферу.

Часть сжатого в нагнетателе 9 воздуха,îêîëî 30-40Ъ) поступает через воздухоподогреватель на рабо у:о решетку воздушной турбины 15, мощностью которой через вал 22 и вариатор 23 осуществляется .раскрутка вала 2 двигателя 1. После запуска двигателя газы, выходящие из двигателя 1, расширяются в турбине 6 турбокомпрессора и, пройдя орган поочередного подключения ", =;; -. ускаются в атмосфе- 20 ру (по линии 3?!.

По дос-ижении уcòoé÷èâoé работы двигателя 1 и екращается подача топлива в ка., еру 25 с= .;.ания, клапаны

26 устанавливаются в положение "зак- д5 рыто", орган 27 - в положение годключения выхлопного патрубка турбокомпрессора к утилизационной турбине.

Наличие воздушного нагнетателя воздушной турбины и воздухоподогревателя позволяет повысить эффективность системы за счет использования, в дополнение к энергии, вырабатываемой в утилизированной турбине, термического потенциала отработавших газов, что более, чем в 1,5 раза увеличивает работоспособность сжатого воздуха. Благодаря отбору тег лоты от упомянутых газов высвободившаяся энергия повышается 40 до уровня, близкого к эффективной работе утилизационной турбины. Учитывая эффективность турбопривода вен.тиляторов обдува воздухоохладителя и радиатора системы охлаждения двигате- 4 ля около 50% мощности т,"рбин можно передавать на вал двигателя через гидромуфту, так как эта мощность не может быть использована на вентиляторах системы охлаждения двигателя. 50

Таким образом, образованная замкнутая система отбора мощности от утилизационной турбины может использоваться как в случае избыточного потребления мощности, по сравнению с требуемой для системы охлаждения, так и на других эксплуатационных режимах. установка Дополнительной обводной трубы с камерой сгорания системы позволяет получить дополнительные преимущества поскольку для раскрутки ротора 4О с утилизационной турбиной требуется стартер, мощностью на порядок меньшей, чем для непосрЕдственного двигателя.

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессор, подключенный к ресиверу через воздухоохладитель, утилизационную турбину, подключенную к выхлопному патрубку турбокомпрессора через газопровод, кинематически связанную с вспомогательным электростартером и снабженную магистралью выпуска отработавших газов, вентилятор обдува воздухоохладителя и радиатор > системы охлаждения с вентилятором, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичнос-.и путем повышения эффективности использования энергии сжатого воздуха, двигатель снабжен воздушным нагнетателем, воздушной турбиной и воздухоподогревателем, причем нагнетатель кинематически связан с утилизационной турбиной и подключен напорным патрубком к магистрали подачи воздуха в воздушную турбину, последо няя кинематически связана с вентилятором обдува воздухоохладителя, а воздухоподогреватель включен своими нагреваемыми поверхностями в магистраль выпуска отработавших газов утилизационной турбины и охлаждаемыми — в магистраль подачи воздуха в воздушную турбину.

2. Двигатель по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что вентилятор радиатора системы охлаждения снабжен дополнительной воздушной турбиной и кинематически связан с двигателем через вариатор, а магистраль подачи сжатого воздуха выполнена разветвленной и каждая ее ветвь подключена к одной из воздушных турбин.

3. Двигатель по и. 2, о т л ич а ю шийся тем, что вариатор выполнен в виде гидромуфты.

4. Двигатель по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю шийся тем, что он снабжен дополнительной камерой сгорания и напорный патрубок нагнетателя сообщен с утилизационной турбиной через обводную трубу, причем дополнительная камера сгорания установлена в обводной трубе, а газопровод снабжен органом поочередного подключения выхлопного патрубка турбокомпрессора к утилизационной турбине и к атмосфере.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3570240, кл. 60-611, опублик. 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

М 661127, кл. F 02 В 37/00, 1976.

823612

Составитель М. Файн

Редактор Н. Егорова Техред С.Мигунова Корректор М. Шароши

Заказ 2042/42 Тираж 581 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР но делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4