Комбинированный двигатель внутреннего сгорания

 

Целью изобретения является повышение КПД двигателя и снижение токсичности путем повышения концентрации кислорода в свежем заряде. Двигатель содержит цилиндры 1 с механизмом газораспределения впускным трактом 4, имеет приводной нагнетатель 5 и трубокомпрессор 7. После компрессора 8 установлена селективная мембранная камера 11. Воздух нагнетается трубокомпрессором 7, разделяется в мембранной камере 11 на обогащенный кислородом и обедненный кислородом. Первый подается через нагнетатель 5 в цилиндр 1, а обедненный кислородом воздух подается на турбину 10, повышая КПД наддува. При этом повышается КПД двигателя и снижается токсичность из-за повышения содержания кислорода и снижения потерь наддува. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (Я)5 F 02 M 25/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

КГЛВИИ щд, т -., ",1,"ц

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4423680/06 (22)12.05.88 (46) 23.07.91. Бюл. М 27 (71) Алтайский политехнический институт им. И.И.Полэунова (72) И.Л.Варшавский, M.O.Ëåðíåð, Н.С.,Ханин, Л.С.Аршинов, Л.M,Æìóäÿê и Л.К.Татевосян (53) 621.43.057.5 (088.8) (56) Патент ФРГ М 2935608, кл. F 02 М25/10,,1980. (54) КОМБИНИРОВАННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Целью изобретения является повышение КПД двигателя и снижение токсичности путем повышения концентрации кислорода

5Uь 16650бО А1 в свежем заряде. Двигатель содержит цилиндры 1 с механизмом газораспределения, впускным трактом 4, имеет приводной нагнетатель 5 и турбокомпрессор 7. После компрессора 8 установлена селективная мембранная камера 11. Воздух нагнетается турбокомпрессором 7, разделяется в мембранной камере 11 на обогащенный кислородом и обедненный кислородом. Первый подается через нагнетатель 5 в цилиндр 1, а обедненный кислородом воздух подается на турбину 10, повышая КПД наддува, При этом повышается КПД двигателя и снижается токсичность из-за повышения содержания кислорода и снижения потерь наддува.

2 э.п. ф-лы, 4 ил.

1665060

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания с нагнетателями и приспособлением обогащения воздуха кислородом.

Целью изобретения является повышение КПД двигателя и снижения токсичности путем повышения концентрации кислорода в свежем заряде.

На фиг.1 изображена принципиальная схема предлагаемого двигателя; на фиг.2— схема двигателя с двумя мембранными камерами; на фиг.3 — схема двигателя с двухступенчатым наддувом; на фиг.4 — схема мембранной камеры.

Двигатель включает цилиндры 1 с вынускными клапанами 2, связанными с выпускным 3 и впускным 4 трактами, Двигатель имеет приводной нагнетатель 5, механически (валами 6 и передачами) связанный с коленчатым валом двигателя, и турбокомпрессор 7, состоящий из компрессора 8 и турбины 9. К турбокомпрессору подсоединена турбина 10 для расширения газа, обогащенногоо азотом ("азота"), После компрессора 8 установлена селективная мембранная камера 11 (MK), Каналом 12 обогащенного кислородом воздуха камера 11 через охладитель 13 и приводной компрессор 5 соединена с основным впускным трактом 4. Каналом 14 обедненного кислородом воздуха камера через теплообменник 15 соединена с турбиной

10, Для прогрева "азота" теплом отработавших газов теплообменник 15 подключен к выходному патрубку турбины 9.

Двигатель может иметь две мембранные камеры 11 (MK1) и 16 (МК2), установленные после них дополнительные охладители

17 и 18 наддувочного воздуха, а также дополнительный впускной тракт 19, соединенный с каналом обогащенного кислородом воздуха мембранной камеры 16.

Двигатель может иметь дополнительный турбокомпрессор 20, причем канал обедненного кислородом воздуха дополнительной мембранной камеры 16 соединен через теплообменник 15 с турбиной 9 первой ступени наддува.

Возможны и иные варианты выполнения двигателя. Варианты могут отличаться числом и последовательностью подключения мембранных камер, соединением "азотных" каналов нескольких камер с различными турбинами и их ступенями и тд

Возможны различные схемы лрогрева и использования мощности "азотных" потоков. "Азотные" каналы для прогрева азота могут подсоединяться к системам охлаждения двигателя и его агрегатов, к охладите55 9 используется для привода компрессора 8, который нагнетает атмосферный воздух в мембранную камеру 11 (МК).

Когда сжатый воздух проходит через мембранную камрру, в данной конструкции по полым волокнам, под действием перепа5

50 лям воздуха, пенетранта, "азота" других ступеней нагнетания и т.п. Турбины или иные расширительные машины, связанные с

"азотными" каналами, могут соединяться с коленвалом и иными валами двигателя, валами вентиляторов системы охлаждения и других агрегатов, включая агрегаты силовой установки, на которой используется двигатель.

Двигатель может иметь системы газораспределения и топливоподачи, обеспечивающие работу по четырех- или двухтактному циклам, с внутренним или внешним (при системе зажигания) смесеобразованием.

Мембранные камеры, установленные во впускном тракте, могут иметь различную конструкцию, На фиг.4 изображена одна из наиболее компактных компоновок мембран по типу "полые волокна". Мембранная камера(или по иной терминологии мембранный аппарат) устроена следующим образом. В корпусе 21 установлена мембрана в виде пучка полых волокон 22. Волокна собраны в пучок с помощью спирально навитой нити 23, которая одновременно обеспечивает необходимый зазор между отдельными волокнами, что улучшает распределение разделяемого воздуха в пучке волокон 22. Пучок полых волокон 22 закреплен в трубных плитах 24.

Воздух из компрессора 8 поступает через впускной патрубок 25 внутрь полых волокон 22. Стенки волокон сделаны из мембран, пропускающих кислород лучше, чем азот. За счет разности давлений внутри и снаружи полых волокон воздух проходит через стенку волокна и обогащается кислородом. Обогащенный кислородом пенетрант отводится через канал 12. Обедненный кислородом воздух ("азот") отводится с противоположного конца полых волокон и удаляется из камеры через канал 14.

Двигатель работает следующим образом.

Процессы сжатия, сгорания, расширения и выпуска аналогичны этим процессам в других поршневых ДВС. При сгорании образуется значительно меньше продуктов неполного горения, чем в традиционных двигателях, ввиду более полного сгорания в среде, обогащенной кислородом. Отработавшие газы иэ турбины 9 поступают в теплообменник, где нагревают "азот".

Последний из теплообменника 15 поступает в турбину 10, где расширяется. Мощность этой турбины вместе с мощностью турбины

1665060

40

50 да давлений через мембрану, из которой сделаны стенки волокон, кислород проходит лучше, чем азот. Таким образом в межволоконном пространстве оказывается воздух, обогащенный кислородом, а внутри волокон — воздух, обогащенный азотом.

3тот азот отводится через канал 14, а обогащенный кислородом воздух через канал

12 поступает в охладитель 13 наддувочного воздуха, где охлаждается. Затем после сжатия в приводном компрессоре 5 обогащенный кислородом воздух через впускной тракт 4 поступает в двигатель.

Работа двигателя, схема которого изображена на фиг.2, отличается в основном тем, что обогащение кислородом происходит не в одной, а в двух мембранных камерах. Кроме камеры 11 (МК1), обогащение кислородом происходит в камере 16 (МК2).

Перед подачей в эту камеру газа он дополнительно сжимается компрессором 5: Обогащенный кислородом пенетрант через охладитель 18 и дополнительный впускной тракт 19 поступает в цилиндр двигателя.

Впускной клапан тракта 19 открывается позднее клапана тракта 4, так как давление пенетранта, поступающего в этот тракт, выше, чем давление пенетранта, поступающего в тракт 4. Когда разность давлений пенетранта, поступающего иэ обеих камер, значительна, впуск через тракт 19 начинается с интервалом после закрытия клапана тракта 4.3а этот интервал происходит сжатие газа, поступившего в цилиндр через тракт 4. В результате сжатия уменьшается градиент давлений между газом, находящимся в цилиндре и выходящим из камеры

16. Вследствие уменьшения градиента дав. лений уменьшается диссипация энергии и повышается КПД.

"Азот", выходящий под давлением из камеры 16 (МК2), направляется через теплообменник 15 в турбину 10.

В двигателе, работающем по схеме, изображенной на фиг.3, реализовано двухступенчатое сжатие в двух турбокомпрессорах 7 и 20. "Азот", нагретый в теплообменнике

15, для компактности двигателя расширяется в турбине 9 турбокомпрессора 7 вместе с выпускными газами.

Мембранные камеры обеспечивают подачу в двигатель свежего заряда, обогащенного кислородом. Вследствие этого roрение топлива происходит более полно, что снижает токсичность отработавших газов, Расширение потока азота в турбине, ступенчатое сжатие и другие перечисленные выше технические решения повышают КПД, компенсируя уменьшение КПД вследствие сопротивления мембран.

Формула изобретения

1. Комбинированный двигатель внутреннего сгорания, содержащий впускной и выпускной тракты, механизм газораспределения, селективные мембранные камеры с каналом отвода обедненного кислородом воздуха и каналом обогащенного кислородом воздуха, сообщенным через приводной нагнетатель с впускным трактом двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД двигателя и снижения токсичности путем повышения концентрации кислорода в свежем заряде, двигатель снабжен охладителем, турбокомпрессором, охладитель установлен в канале обогащенного кислородом воздуха перед приводным нагнетателем, турбина турбокомпрессора сообщена с выпускным трактом, а компрессор — с мембранной камерой, при этом канал отвода обедненного кислородом воздуха мембранной камеры сообщен с турбиной.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен по меньшей мере одним дополнительным впускным трактом, теплообменником, по меньшей мере одной дополнительной мембранной камерой и двумя дополнительными охладителями, канал отвода обедненного кислородом воздуха основной мембранной камеры сообщен через первый дополнительный охладитель с дополнительной мембранной камерой, канал обогащенного кислородом воздуха которой сообщен через второй дополнительный охладитель с дополнительным впускным трактом, при этом канал отвода обедненногокислородом воздуха дополнительной мембранной камеры сообщен через теплообменник с турбиной.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющи и с я тем, что он снабжен дополнительным турбокомпрессором, турбина которого сообщена с выпускным трактом, а компрессор — с дополнительной мембранной камерой, 1665060

16б5060

Комбинированный двигатель внутреннего сгорания Комбинированный двигатель внутреннего сгорания Комбинированный двигатель внутреннего сгорания Комбинированный двигатель внутреннего сгорания Комбинированный двигатель внутреннего сгорания 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к машиностроению , в частности к двигателям внутреннего сгорания, и позволяет улучшить качество смесеобразования

Изобретение относится к двигателестроенню

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в системах питания двигателя внутреннего сгорания и позволяет повысить экономичность двигателя и снизить токсичность отработавших газов

Изобретение относится к области двигателестроения и касается их камер сгорания

Изобретение относится к процессу горения в двигателе внутреннего сгорания и, в частности к усилению этого процесса для уменьшения уровня выхлопа и/или для увеличения стабильности горения и/или усиления каким-либо другим способом процесса горения

Изобретение относится к машиностроению, в частности к устройствам впуска двигателя внутреннего сгорания, использующим колебание столба воздуха или горючей смеси в трубопроводах

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к дизелестроению и может быть использовано при организации работы дизелей на искусственной газовой смеси (ИГС)

Изобретение относится к оборудованию для ДВС, позволяет улучшить процесс сгорания топлива и снизить концентрацию токсичных выбросов в отработанных газах

Изобретение относится к технологии обработки моторных топлив для повышения их качества

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано при организации работы дизелей на искусственной газовой смеси (ИГС)

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано в транспортных средствах

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания

Комбинированный двигатель внутреннего сгорания

Наверх