Способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

 

Союз Советскик

Социалистических республик

К АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.03. 80 (2l ) 2896425/25-06 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30. 11.81 .. Бюллетень Рй 44 (5!)М. Кл.

F 0l P 1/00

F 02 В 37/00

3Ъоударотееииый комитет

СССР пю делен изобретений

fl открытий (53) УД К 621 . 43Дата опубликования описания 30. 11 .Sl

E3 .. (72) Авторы изобретения

E.À.Ëàéàðåâ и M.Â.Ìàðêîâ

Челябинский филиал Государственного союзного научноисследовательского тракторного института (7l ) Заявитель (54) СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО.

СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателестроению и, в частности, к двигателям внутреннего сгорания с воздушным охлаждением и с газотурбинным надцувом.

Известны способы работы двигателя внутреннего сгорания путем сжатия в турбокомпрессоре наддувочного воздуха, подачи его в цилиндр двигателя через выходной участок воздухоиапор ного патрубка турбокомпрессора, отбора.перепускного воздуха из воздухонапорного патрубка, перепуска этого воздуха в кольцевой канал, охватывающий горловину выпускного канала, охлаждения последней и подачи перепускного воздуха к турбине турбокомпрессора, преобразующей в соп- ловом аппарате и в рабочем колесе тепловую энергию отработавших газов

20 в механическую энергию вращения ротора турбокомпрессора;

Известны также устройства для осуществления данного способа работы, содержащие турбокомпрессор с воздухонапорным патрубком, подсоединенным своим выходным участком к цилиндру двигателя, и перепускной канал, подсоединенный к воздухонапорному патрубку и к кольцевому каналу, расположенному вокруг горловины выпускного канала, подключенного к газовыпускиой магистрали, в которой установлена турбина турбокомпрессора, снабженная сопловым аппаратом и рабочим колесом (1).

Однако в известных технических решениях перепускиой воздух отбирают около компрессора до охладителя наддувочного воздуха и подают к межклапанной перемычке через дополнительный трубопровод. Это приводит к тому, что перепускной воздух имеет высокую температуру, увеличенные гидравлические потери в трубопроводе и недо- . статочно эффективно охлаждает горловину выпускного канала и межклапанную перемычку. Кроме того, в извест885576

55 ных технических решениях кольцевой канал вокруг горловины имеет незамкнутое сечение, открытое в сторону выпускного канала. В этом случае перепускной воздух смешивается с отработавшими газами, подогревается и не охлаждает рабочее колесо турбины, а также поток перепускного воздуха, выходящий из каналов, в межклапанной перемычке распределяется по кольце- 10 вому каналу неравномерно и интенсивно охлаждает только часть горловины выпускного канала, примыкающую к межклапанной перемычке.

Следует отметить, также, что наибольший расход воздуха через каналы в межклапанной перемычке и в кольцевой канал вокруг горловины выпускного канала обеспечивается только на такте выпуска, поскоЛьку седло выпуск- 0 ного канала выполнено в виде сопла

Вентури, и поток выхлопных газов создает разрежение в кольцевом канале. В результате этого интенсивное охлаждение элементов двигателя осуществляется циклически и с небольшой длительностью, В силу указанных особенностей при необходимости дальнейшего форсирования двигателей известные способы и устройства не смогут обеспечить достаточно эффективное охлаждение теплонагруженных элементов двигателя.

Целью изобретения является повышение эффективности двигателя внут35 реннего сгорания путем дополнитель. ного охлаждения таких элементов двигателя как горловина выпускного канала и лопатки рабочего колеса турбины.

Для достижения поставленной цели перепускной воздух отбирают из выходного участка воздухонапорного патрубка и подают его через перепускной трубопровод к рабочему колесу турбины

Кроме того, перепускной воздух перед подачей к рабочему колесу турбины дополнительно может быть охлажден.

При этом двигатель дополнительно снабжен перепускным трубопроводом, подключенным к кольцевому каналу и к кольцевой. полости, расположенной. вокруг рабочего колеса турбины и подсоединенной через дополнительные каналы к участку газовыпускной магистрали, расположенному между сопловым аппаратом и рабочим колесом тур4 бины, а перепускной канал подсоединен к выходному участку воздухонапорного патрубка, причем кольцевой канал выполнен в виде замкнутого в поперечном сечении кольцевого трубопровода, Кроме того, двигатель может быть дополнительно снабжен теплообменником, установленным в перепускном трубопроводе.

На чертеже приведена схема предлагаемого двигателя внутреннего сгорания.

Двигатель содержит турбокомпрессор 1 состоящий из компрессора 2 и турбины 3, воздухонапорный патрубок

4 компрессора 2,.подключенный выходным участком 5 к цилиндру 6, снабженному впускным 7 и выпускным 8 клапанами и межклапанной перемычкой

9, перепускной канал 10, кольцевой канал ll, расположенный вокруг горловины 12 выпускного канала 13, газовыпускную магистраль 14 и перепускной трубопровод 13, в котором установлен теплообменник 16 и запорный клапан 17 одностороннего действия. Турбина 3 установлена в газовыпускной магистрали 14 и снабжена сопловым аппаратом 18, рабочим колесом 19, кольцевой полостью 20, расположенной вокруг последнего, и дополнительными каналами 1, соединяющими кольцевую полость 20 и участок газовыпускной магистрали, расположенный между сопловым аппаратом 18 и рабочим колесом 19. Перепускной канал 10 подсоединен к выходному участку 5 воздухонапорного патрубка

4, а кольцевой канал 11 выполнен в виде замкнутого в поперечном сече нии кольцевого трубопровода.

Двигатель работает следующим образом.

Наддувочный воздух сжимается в компрессоре 2, подается в цилиндр

6 двигателя через выходной участок

5 воздухонапорного патрубка 4. Из наддувочного воздуха отбирается перепускной воздух и подается через перепускной канал 10 в кольцевой канал

11, охлаждает межклапанную перемычку

9 и горловину 12 выпускного канала

13. Затем по перепускному трубопроводу 15 через запорный клапан 17 перепускной воздух поступает в теплообменник, где дополнительно охлаждается, например, воздухом иэ системы охлаждения двигателя, и поступает в кольцевую полость 20 и через дополнительные каналы 21 к рабочему колесу 19 турбины 3, охлаждая последнее и сообщая дополнительную кинетическую энергию турбине 3, после чего выходит из турбины

3 вместе с выхлопными газами.

При работе двигателя под нагрузкой давление газов перед рабочим колесом 19 турбины 3, как правило, ниже давления воздуха в воздухонапорном патрубке 4, в результате чего расход перепускного воздуха, проходящего через охлаждаемые элементы, увеличивается и остается повышенным на все время работы двигателя под нагрузкой, т.е. на весь период наиболее активного тепловыделения:

При работе двигателя на режимах холостого хода или малых нагрузках, когда давление воздуха в воздухонапорном патрубке 4 обычно не превышает давления газов перед рабочим колесом 19 турбины 3, газы могут пеРетекать по перепускному трубопроводу

15 к кольцевому каналу 11. В этом случае срабатывает запорный клапан

17. предотвращая попадание газов в, полости охлаждения. Хотя в этих случаях охлаждение элементов двигателя и ухудшается, теплонапряженность элементов двигателя не возрастает, поскольку эти режимы характеризуются минимальным тепловыделением двигателя.

Таким образом, предлагаемый способ работы двигателя внутреннего сгорания и его устройство позволяют снизить температуру лопаток турбины турбокомпрессора и наиболее теплонапряженных частей головки двигателя.

Кроме того, отпадает надобность в установке йа двигатель переразмеренного турбокомпрессора за счет использования .перепускного воздуха для дополнительной подкрутки.

Формула изобретения

1. Способ работы двигателя внут- реннего сгорания путем сжатия в турбокомпрессоре наддувочного воздуха, подачи его в цилиндр двигателя через выходной участок воздухонапорного патрубка турбокомпрессора, отбора перепускного воздуха из воздухонапорного патрубка, ерепуска этого

885576 воздуха в кольцевой канал, охватывающий горловину выпускного канала, охлаждения последней и подачи перепускного воздуха к турбине турбокомпрессора, преобразующей в сопловам аппарате и в рабочем колесе тепловую энергию отработавших газов в механическую энергию вращения ротора турбокомпрессора, о т л и ч а—

IO ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности путем дополнительного охлаждения элементов двигателя, перепускной воздух отбирают из выходного участка воздухона-!

% порного патрубка и подают его через перепускной трубопровод к рабочему колесу турбины.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что перепускной ур воздух перед подачей к рабочему колесу турбины дополнительно охлаждают.

3. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессор с воздухонапорным патрубком, подсоедиуу ненным своим выходным участком к цилиндру двигателя, и перепускной канал, подсоединенный к воздухонапорному патрубку и к кольцевому каналу, расположенному вокруг горловины выпускщ ного канала, подключенного к газовыпускной магистрали, в которой установлена турбина турбокомпрессора, снабженная сопловым аппаратом и рабочим колесом, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что двигатель дополнительно снабжен перепускным трубопроводом> подключенным к кольцевому каналу и к кольцевой полости, расположенной вокруг рабочего колеса турбины и подсоединенной через дополнительные каналы к участку газовыпускной магистрали, расположенному между сопловым аппаратом и -рабочим колесом турбины, а перепускной канал под4$ соединен к выходному участку воздухонапорного патрубка, причем кольцевой канал выполнен в виде. замкнутого в поперечном сечении кольцевого трубопровода.

4. Двигатель по п. 3, о т л и ч а ю шийся тем, что он дополнительно снабжен теплообменником, установленным в перепускном трубопроводе.

Источники информации, принятые вд внимание при экспертизе

1. Патент Франции Р 21.11502, кл. F 02 В 37/00, опублик. 1972 (прототип).

885576

Составитель В.Козлов

Техред Е.Харитончик Корректор О,Билак

Редактор С.Тараненко

Филиал IIIIII Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10490 49 Тираж 556 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Ii3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5