Двигатель внутреннего сгорания

 

Использование: изобретение прадназ-. начено для использования а двигателях внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами и обеспечивает повышение эффективности работы двигателя за счет увеличения количества воздуха, подаваемого в неотключаемые цилиндры. Сущность изобретения: двигатель содержит неотключаемые 1-3 и отключаемые 4-6 цилиндры, объединенные перепускным коллектором 11с установленными между ним и цилиндрами 1-6 теплообменниками 14 и 15, один из которых включен в горячий 16, а другой - в холодный 18 контуры охлаждения двигателя , причем теплообменники 14 и 15 могут быть выполнены в виде аксиально расположенных труб с перегородками. 2 з.п.ф-лы. 4 ил.

Мф

СОКЛ СОВЕTCКИХ

СОЦИЛЛИСГИЧГСКИХ

РЕСПЧВЛИК

>sT s Г 02 О 17/02

Фиг./

ГОСЧДЛРСТВЕННЬ!Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОВРЕТЕНИЯМ И ОTYÐÛTÈßM

ПРИ ГКНТ CCCP

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4750534/06 (22) 18.10,89

;46) 30.08.92, Бюл. N. 32 (71) Всесоюзный научно-исследовательский тепловозный институт (72) Б.В. Евстифеев, Ю.В. Соин, И,А. Филоненко и В,Н. Васильев (56) Авторское свидетельство СССР, М 914788, кл, F 02 0 17/02. 1980.

Авторское свидетельство СССР

N 914789, кл. F 02 D 17/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

М 1036947, кл. F 02 0 17/02. 1982. (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Использование: изобретение предназ-: начено для использования в двигателях, „„.Ы2„„1758261 А1 внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами и обеспечивает повышение эффективности работы двигателя за счет увеличения количества воздуха, подаваемого в неотключаемые цилиндры. Сущность изобретения: двигатель содержит неотключаемые 1-3 и отключэемые 4-6 цилиндры, объединенные перепускным коллектором

11 с установленными между ним и цилиндрами 1 — 6 теплообменниками 14 и 15, один из которых включен в "горячий" 16, а другой — в "холодный" 18 контуры охлаждения двигателя, причем теплообменники 14 и 15 могут быть выполнены в виде аксиально расположенных труб с перегородками, 2 з,п,ф-лы. 4 ил, 1758261

10

20

30

50

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий перепускные каналы, сообщающие попарно впускные патрубки объединенных цилиндров, в перепускных каналах установлены теплообменники. 8о впускййх патрубках в месте их соединения с воздушйым ресйвером расположены обратные клапаны. В известном двигателе не может быть повышена эффективности работы путем перепуска многократно сжатого воздуха между отключенными и работающими цилиндрами, так как отсутствует нерепускной коллектор, соединяющий все цилиндры, а использование для перепуска сжатого воздуха впускного тракта затруднит либо полностью сделает невозможным заполнение цилиндров свежим зарядом.

Известен двигатель внутреннего сгорания, цилиндры которого сообщены попарно перепускным ресивером через перепускные клапаны.

В известном двигателе перепускным ресивером объединены не все цилиндры двигателя и отсутствуют теплообменники для изменения температуры перепускаемого воздуха, поэтому эффективность работы двигателя не может быть повышена за счет многократного сжатия воздуха в отключенных цилиндрах. а также снижения работы сжатия в отключенньВ цилиндрах в отсутствие промежуточного охлаждения и подогрева воздуха, подаваемого в работающие цилиндры для повышения его энергосодержания.

Известен двигатель внутреннего сгорания, содержащий отключаемые и неотключаемые цилиндры, каждый из, которых снабжен впускным и выпускным коллекторами, и систему охлаждения.

В известном двигателе не может быть повышена эффективность работы путем перепуска многократно сжатого воздуха между отключенными и работающими цилиндрами, так как в двигателе отсутствует перепускной коллектор, объединяющий все цилиндры, а использование для перепуска сжатого воздуха впускного тракта не обеспечивает последовательного многократного сжатия. Кроме того, двигатель не имеет теплообмеиников для изменения температуры сжатого воздуха.

Целью изобретения является повышение эффективности работы путем увеличения количества воздуха. подаваемого в неотключаемые цилиндры.

Поставленная цель достигается тем. что известный двигатель, содержащий отключаемые цилиндры, каждый из которых снабжен впускным и выпускным коллекторами, и систему охлаждения, дополнительно снабжен перепускними патрубками с установленными s них управляемыми перепускными клапанами, перепускные патрубки всех цилиндров соединены с перепускным коллектором; при этом перепускные патрубки отключаемых цилиндров снабжены теплообменником для охлаждения находящегося в них воздуха, а перепускные пат-. рубки неотключаемых цилиндров снабжены теплообменником для подогрева воздуха, поступающего в неотключаемые цилиндры.

Кроме того, теплообменники выполнены в виде двух аксиально расположенных труб с зазором между ними, а образованная между трубами полость разделена перегородками на части по числу групп цилиндров, при этом внутренняя труба подключена к перепускным патрубкам и каждая часть полости между трубами подключена к соответствующему контуру системы охлаждения двигателя, причем теплообменник перепускных патрубков неотключаемой группы цилиндров может быть подключен к выпускному коллектору.

На фиг, 1 изображена схема 4-тактного рядного шестицилиндрового дизеля с водяным охлаждением; на фиг. 2 и 3 — эскизы выполнения теплообменников; на фиг. 4— схема работы двигателя.

Цилиндры двигателя 1 — 3 (фиг. 1) объединены в группу неотключаемых цилиндров, цилиндры 4-6- в группу отключаемых. Все цилиндры сообщены с воздушным коллектором 7 через впускные клапаны 8, с выпускным коллектором 9 через выпускные клапаны 10, а также с перепускным коллектором 11 через перепускные патрубки

12 с встроенными в них неотлючаемых цилиндров 1 — 4 и отключаемых цилиндров 4-6 размещены соответственно теплообменники 14 и 15.

Теплообменник 14 включен в первый ("горячий") контур 16 системы охлаждения совместно с полостями охлаждения дизеля

17. Теплообменник 15 включен во второй ("холодный") контур 18 совместно с охладителем 19 наддувочного воздуха, кроме того, в оба контура системы охлаждения входят радиаторы, насосы и т.д. (не показано).

Теплообменники (фиг, 2) состоят из двух аксиально расположенных труб 20 и 21 (остальные обозначения здесь и далее те же, что и на фиг. 1), внутренняя из которых сообщена с перепускными патрубками 12. Iloлость между трубами разделена поперечной перегородкой 22 на две полости.23 и 24.

Каждая из полостей подключена к соответ1758261

25

35

S0 ствующему контуру системы охлаждения.

Стрелками указано движение теплоносителей, Теплообменник 14 группы неотключаемых цилиндров 1-3 (фиг. 3) включен в магистраль 9 выпуска посредством патрубка 25 с целью увеличения энергосодержания сжатого воздуха, подаваемого в цилиндры 1-3, а также с целью утилизации энергии выпускных газов.

Двигатель (фиг, 1) работает следующим образом.

При работе всех цилиндров перепускные клапаны 13 постоянно закрыты. Впускные 8 и выпускные 10 клапаны обеспечивают процессы наполнения и выпуска. Топливо подается в каждый цилиндр.

При команде на отключение группы цилиндров 4 — 6 прекращают подачу топлива и закрывают в этих цилиндрах выпускные клапаны 10. Одновременно включают перепускные клапаны 13 всех цилиндров, а впускные клапаны 8 отключаемых цилиндров

4-6 открывают на тактах впуска и рабочего хода для наполнения этих цилиндров свежим зарядом из воздушного коллектора 7.

Заполнение каждого работающего цилиндра (фиг. 4) осуществляют два отключенных.

Например, в отключенном цилиндре 4 на такте "рабочий ход" происходит заполнение цилиндра свежим зарядом и на такте "выпуск" — сжатие его. В конце процесса сжатия сжатый воздух из цилиндра 4 направляется в цилиндр 6, также отключенный по топлипоподаче, в котором закончился процесс наполнения на также "Впуск" (закрылись впускные клапаны) и начался процесс сжатия воздушного заряда.

Таким образом, в цилиндре 6 сжимается двойной воздушный заряд, и в конце процесса сжатия в этом цилиндре воздух перепускается в работающий цилиндр 2, в котором закончился процесс наполнения и начинается процесс сжатия, т,е, работающий цилиндр 2 оказывается заполненным тройным воздушным зарядом.

Аналогично производят. перепуск сжатого воздуха в других цилиндрах, а именно: иэ цилиндра 5 в цилиндр 4 и после добавочного сжатия в работающий цилиндр 1, из цилиндра 6 — в цилиндр 5 и затем в цилиндр 3, Сжатый воздух после сжатия его в первом отключенном цилиндре направляют в теплообменник 15, где его охлаждают перед сжатием в следующем отключенном цилиндре, затем после сжатия воздуха в этом цилиндре его направляют в теплообменник

14, где его подо ревают перед впуском в работающий цилиндр;

Промежуточное охлаждение сжатого воздуха снижает затраты энергии на повторное сжатие. Предварительный подогрев воздуха перед впуском в работающие цилиндры повышает его энергосодержание, утилизируя при этом энергию теплоносителя системы охлаждения двигателя или выпускных газов.

Таким образом, каждый работающий цилиндр оказывается заполненным тройным воздушным зарядом, который, в свою очередь, может быть использован для повышения мощности .при увеличенной цикловой подаче топлива, либо для улучшения экономичности за счет увеличения коэффициента избытка воздуха, либо за счет повышения эффективности работы двигателя от совместного действия этих двух факторов, При включении цилиндров 4 — 6 в работу перепускные клапаны 13 всех цилиндров закрывают, включаются выпускные клапаны 10 отключенных цилиндров 4-6, впускные клапаны 8 этих цилиндров начинают работать только на тактах "Впуск", затем включают топливоподачу в эти цилиндры.

Повышение плотности воздушного заряда цилиндра (увеличение его количества) за счет предварительного охлаждения в холодильнике наддувочного воздуха (ХНВ)— решение, широко применяемое в современных двигателях. При использовании ХНВ возможно приблизить температуру охлаждаемого воздуха к температуре теплоносителя, например воды, за счет увеличения полезной площади теплообменника.

Особенностью двигателя с отключаемыми цилиндрами, оборудованного перепускным коллектором, является. перепуск между цилиндрами воздуха, предварительно сжатого в отключаемых цилиндрах, т.е. имеющего температуру значительно выше, чем поступающего в цилиндры свежего заряда из воздушного коллектора.

Так, температура наддувочного воздуха перед КНВ в зависимости от исполн.ния двигателя (наддувный, безнаддувный и т,д.) может колебаться от значения температуры окружающей среды до 100-150 С. Температура же перепускаемого между цилиндрами воздуха находится на уровне 400-500 С.

При одном и том же охлаждающем теплоносителе (например, вода двигателя "холодного" контура) принципиально невозможно охладить поступающий в работающие цилиндры.воздух только в ХНВ до той же температуры, что и в случае установки добавочного теплообменника на тракте перепуска воздуха между отключаемыми цилиндрами.

1758261

Например, наддувочный воздух после компрессора дизеля имел температуру

150" С. При температуре охлаждающей воды

60-65 С предельное значение температуры, до которой возможно охладить воздух при любой большой полезной площади

ХНВ, находится на уровне 70 С (двигатели

6ЧН21/21. 16ЧН26/26 и т.п.). После сжатия в отключаемых цилиндрах температура воздуха пс вышается до значений 400 — 500ОС и сколь бы не увеличивать ХНВ, беэ дополнительного теплообменника снизить значение температуры поступающего в работающие цилиндры воздуха невозможно, Установка добавочного теплообменника на тракте перепуска воздуха между отключенными цилиндрами позволяет понизить температуру воздуха при том же теплоносителе до эначеHNA 80 — 1000С, Если предложить возможность охлаждения наддувочного воздуха в ХНВ до любых заданных значений (при специальном хладоагенте), то и в этом случае принципиально невозможно достичь значений температуры воздуха только в ХНВ близких к тем, которые имели бы место при предлагаемом размещении добавочного теплообменника, так как последующее сжатие в отключаемых цилиндрах неизбежно увеличит температуру воздуха, Коэффициент теплопередачи между воздухом и теплоносителем (из-за разницы температуры воздуха) значительно выше для предлагаемого варианта, что позволяет при одних и тех же выходных параметрах воздуха снизить весогабаритные показатели теплообменников.

Таким образом, в предлагаемом вари- анте обеспечивается снижение работы сжатия при одновременном увеличении воздушного заряда цилиндра до значений, не достигаемых в известных решениях, за счет размещения добавочного теплообменника между отключаемыми цилиндрами и перепускным коллектором.

Предлагаемая конструкция двигателя внутреннего сгорания поэволяет повысить эффективность работы двигател.:, а именно его мощность, экономичность и надежность

5 эа счет повышения воздушного заряда работающих цилиндров и снижения рабаты сжатия в отключаемых цилиндрах, Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий отключаемые и неотключаемые цилиндры, каждый из которых снабжен впускным и выпускным оллекторами, и систе15 муохлаждения,отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности работы путем увеличения количества воздуха, подаваемого в неотключаемые цилиндры, двигатель снабжен перепускными патруб20 ками с установленными в них управляемыми перепускными клапанами, перепускные патрубки всех цилиндров соединены с перепускным коллектором, при этом перепускные патрубки отключаемых цилиндров

25 снабжены теплообменником для охлаждения находящегося в них воздуха, а перепускные патрубки неотключаемых цилиндров снабжены теплообменником для подогрева воздуха. поступающего в неотключаемые

30 цилиндры, 2,Двигательпоп.1,отличающийся тем, что теплообменники выполнены в виде двух аксиально расположенных труб с зазором между ними, а образованная меж35 ду трубами полость разделена перегородками на части по числу групп цилиндров, при этом внутренняя труба подключена к перепускным патрубкам и каждая часть по. лости между трубами подключена к соот40 ветствующему контуру системы охлаждения двигателя.

3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что теплообменник перепускных патрубков неотключаемой группы цилиндров

45 подключен к выпускному коллектору.

1758261

Фиг. Г

Фие.8

1758261 () — отвар яарюда — ноа абяекие авреауека

Составитель Б,Евстигнеев

Техред М.MopreHvan Koppe« op А.Ворович

Редактор Е.Копча

Заказ 2982 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретением и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издателлский комбинат Патент", r. Ужгоргщ уп Гагарина 101