Двигатель внутреннего сгорания с регулируемым турбонаддувом

(5)5 Е 02 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сущн ревая ныеп трубы лен в ы газ руб выхло вый фи ции.трубы щен с сора и отрабо(56) Авторское свидетельство СССРМ 1671921, кл. Р 02 6 5/02, 1989,(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С РЕГУЛИРУЕМЫМ ТУРБОНАДДУВОМ(57) Использование: изобретение относитсяк двигателям внутреннего сгорания с регулируемым газотурбинным наддувом и системой очистки отработавших газов. ость изобретения: используется вихтруба 11, создающая горячие и холодотоки, "горячий" 12 патрубок вихревой 11 своим выходным концом установутри выхлопной трубы 13 перед сажеильтром 15 и ориентирован по потоку Выходной конец "горячего" 12 патвихревой трубы 11, а также участок пной трубы 13, содержащий сажельтр 15, покрытый слоем теплоизоляХолодный" 16 патрубок вихревой с жидкостным охлаждением 17 сообвсасывающим патрубком 10 компресснабжен регулятором 19 циркуляции тавших газов с клапаном 22 управле- илИзобретение относится к машиностроению, конкретно к двигателям внутреннего сгорания с регулируемым турбонаддувом и системой нейтрализации отработавших газов,Целью изобретения является снижение токсичности отработавших газов.На фиг.1 схематически представлен общий вид системы газотурбинного наддува с 10 установкой вихревой трубы и рециркуляцией отработавших газов; на фиг.2 - соединение "горячего" патрубка с выхлопной трубой.Система газотурбинного наддува со держит турбокомпрессор 1, состоящий из газовой турбины 2 и центробежного комп-рессора 3, соединенных с двигателем внутреннего сгорания (не показан выпускным . трубопроводом 4 и нагнетательным трубоп роводом 5, причем с целью регулирования газовая турбины 2 снабжена обводным каналом 6 и перепускным клапаном 7 с мембранной камерой, имеющей для своего управления воздушный канал 8, На входе 25 компрессора 3 установлены воздухоочиститель 9 и всасывающий патрубок 10.Выпускной трубопровод 4 с помощью обводного канала 6 соединен с вихревой трубой 11, имеюЩей тангенциальный или 30 .спиральный сопловой ввод, переходящий в рабочую часть с закрепленными на выходе конусом и "горячим" патрубком 12, соединенным с выхлопной трубой 13, Патрубок 12 (фиг.2) и часть горячей поверхности вихре вой трубы 11 покрыты слоем тепловой изоляции 14, а выходной участок патрубка 12 выполнен изогнутым и размещен в полости выхлопной трубы 13 перед сажевым фильтром 15 на расстоянии не более одного диа метра этой трубы.Второй "холодный" выпускной патрубок вихревой трубы 11 выполнен в виде центральной трубки 16 с диафрагмой на входе и змеевиком 17, охлаждаемым жидкостью, 45 например водой из рубашки корпуса газовой турбины 2 или блока двигателя, В свою очередь змеевик 17 соединен трубопрово-: дом 18 с всасывающим патрубком 10 компрессора 3 напрямую или через фильтр.50 тонкой очистки в корпусе воэдухоочистителя 9.На трубопроводе 18 установлен регулятор 19 циркуляции газов мембранного типа, у которого одна рабочая полость (верхняя) 55 сообщена газовым каналом 20 с выпускнымтрубопроводом 4, другая полость (никняя) воздушным каналом 21, содержащим клапан 22 управления электромагнитного типа, с нагнетательным трубопроводом 5. Двигатель работает следующим образом.При пуске двигателя на режиме холостого хода с низкой частотой вращения вала, а также в момент разгона отработавшие газы полностью движутся по выпускному трубопроводу 4 в газовую турбину 2 и вихревая труба 11 не действует, так как закрыт перепускной клапан 7, а регулятор 19 циркуляции газов перекрывает трубопровод 18. В этот начальный период клапан 22 управления сообщает рабочую полость (нижнюю) мембранной камеры регулятора 19 с нагнетательным трубопроводом 5, в котором давление воздуха, сжатого компрессором 3, ниже, чем давление отработавших газов на выпуске двигателя, передаваемое из выпускного трубопровода 4 по соединительному каналу 20 во вторую (верхнюю) рабочую полость камеры регулятора 19,С увеличением нагрузки двигателя давление сжатого воздуха в нагнетательном трубопроводе 5 возрастает и становится выше давления отработавших газов в выпускном трубопроводе 4. Теперь перепад давления в рабочих полостях мембранной камеры регулятора 19 циркуляции газов действует в обратном (верхнем) направлении и мембрана, перемещаясь, открывает клапан регулятора 19, который сообщает полости выхлопной трубы 13 и вихревой трубы 11 с всасывающим патрубком 10. Отработавшие газы под действием избыточного давления в выхлопной трубе 13 движутся в ограниченном количестве в "горячий" выпускной патрубок 12, заполняет вихревую трубу 11, охлаждаются в змеевике 17 и по соединительному трубопроводу 18 рециркулируют во всасывающий патрубок 10, в котором поток. воздуха находится под небольшим разряжением благодаря гидро- сопротивлению воздухоочистителя 9.При средней и повышенной нагрузке двигателя и увеличенной частоте вращения вала турбокомпрессор 1 повышает давление наддува в нагнетательном трубопроводе 5 и цилиндрах двигателя, которое по воздушному каналу 8 сообщается также перепускному клапану 7, воздействует на подпружиненную мембрану клапана и открывает его. В этот период, основной, отработавшие газы движутся паралелльными потоками в газовую турбину 2 и по обводному каналу 6 через перепускной клапан 7 в сопловый ввод вихревой трубы 11,Благодаря наличию перепада давления и ускорению газового потока до звуковой или сверхзвуковой скорости 10 в рабочей части вихревой трубы. 11 создается интенсивное вращательное движение и возникает термическая неравномерность с образованием более нагретого потока (горючего) на периферии рабочей части трубы и охлажденного потока (холодного) на ее оси, движущихся в трубе противоточно.Кроме того, в трубе 11 создается радиальная неравномерность давления и эффективно протекает процесс сепарации механических частиц, таких как сажа, зола, капли масла, продукты износа. Выход этих частиц в зону "горячего" потока с темпера-. турой 850 - 900 К сопровождается выгоранием углеводородов и выносом остатка в "горячий" выпускной патрубок 12, а из него в полость выхлопной трубы 13 на сажевый фильтр 15. С помощью теплоизоляции 14 поддерживается высокая температура газовой струи на выходе из патрубка 12, обеспечивающая дожигание горючих компонентов в основном потоке отработавших газов, выходящем из газовой турбины 2, и частично, регенерацию сажевого фильтра 15."Холодный" поток отработавших газов движется по оси вихревой трубы 11 через диафрагму центральной трубки 16, дополнительно охлаждается в змеевике 17 до температуры 470 - 520 К и, пройдя клапан циркуляции газов 19, направляется по соединительному трубопроводу 18 в патрубок 10, в котором образуется газовоздушная смесь. Состав смеси и ее температура зависят от распределения отработавших газов на "горячий" и "холодный" потоки и регламентируются геометрическими размерами вихревой трубы, ее конуса и диафрагмы, а также положением клапана в регуляторе циркуляции газов 19. Сжатая в центробежном компрессоре 3 гаэовоэдушная смесь движется по нагнетательному трубопроводу 5 в охладитель наддувочного воздуха (не показан) и цилиндры двигателя.При номинальной нагрузке двигателя клапан 22 управления перекрывает воздушный канал 21 и сообщает нижнюю рабочую полость мембранной камеры регулятора 19 с атмосферой. За счет перепада давления, 10 15 может быть повышено с помощью электронной системы управления, снабженной дат 20 40 25 30 35 созданного в мембранной камере, клапан регулятора 19 работает на закрытие и прекращает рециркуляцию отработавших газов из "холодного" выпускного патрубка вихревой трубы 11. На этом режиме работы двигателя термическое разделение в трубе 11 не происходит и отработавшие газы, поступающие в ее рабочую часть, полностью отводятся выпускным патрубком 12 в общую выхлопную трубу 13, Отключение рециркуляции отработавших газов ведет к уменьшению недожога в цилиндрах двигателя, снижает его теплонапряженность. Качество регулирования рециркуляции клапаном 22 чиками температуры, частоты вращения и Формула изобретения Двигатель внутреннего сгорания с регулируемым турбонаддувом, содержащий турбокомпрессор, имеющий газовую турбину и компрессор, Установленные на общем валу, соединенный с двигателем при помощи нагнетательного и выпускного трубопроводов и снабженный на входе в компрессор всасывающим патрубком и выхлопную трубу, подключенную квыходу турбины, и сообщенную с выпускным трубопроводом обводным каналом, включающим перепускной клапан и вихревую трубу с горячим и "холодным" патрубками, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью снижения токсичности отработавших газов, он снабжен сажевым фильтром, установленным в выхлопной трубе, "горячий" патрубок вихревой трубы вы-ходным концом расположен перед сажевым фильтром, ориентирован по потоку газов и вместе с участком выхлопной трубы, содер. жащим сажевый фильтр, покрыт теплоизоляцией, а "холодный" патрубок вихревой трубы сообщен со всасывающим патрубкомкомпрессора и снабжен регулятором циркуляции газов с клапаном управления.1800083 Составитель О.Немцовевина Техред М,Моргентал Корректор Н.Пилипенк Редактор Заказ 1147 Тираж Подписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5