Двигатель внутреннего сгорания

Союз Советскик Социалистичесиик РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ 1 ТЕЛЬСТВУ и 1823612(22) Заявлено 020779 (21) 2790727/25-06с присоединением заявки Нов(51)М К з Г 02 В 37/00. Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 230481(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Изобретение относится к машиностроению, в частности к системам воздухоснабжения двигателей внутреннего сгорания транспортных и стацио 5нарных силовых установок,Известны двигатели внутреннегосгорания с системами воздухоснабжения, содержащими источник питания,средства, обеспечивающие запуск двигателя, и турбокомпрессор, работающий на выпускных газах двигателя, вгазовой магистрали которых на выходе из турбины турбокомпрессора установлена по меньшей мере одна турбина, газодинамически связанная стурбокомпрессором 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 осложнени,кроме того, требует значительнойемкости аккумуляторных батарей,Известен также двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессор, подключенный к ресиверу через воздухоохладитель, утилизационную турбину, подключенную к вь 1 хлопно му патрубку турбокомпрессора через газопровод, кинематически связанную свспомогательным электростартером иснабженную магистралью выпуска отработавших газов, вентилятор обдувавоздухоохладителя и радиатор системыгохлаждения с вентилятором 2 .Однако непосредственная кинематическая связь утилизационной турбиныс потребителем приводит к некоторому ухудшению экономичности силовойустановки на частичных режимах в связи с учетом потерь потребителя. Кроме того, в такой схеме могут иметьместо режимы с избыточной мощностью,которую невозможно использовать всистеме охлаждения, что также приводит к снижению эффективных показателей двигателя. Пуск двигателя приэтом даже при всех усовершенствованиях требует наличия постороннего источника энергии значительной мощностии энергоемкости, например электрических аккумуляторных батарей,Цель изобретения - пов паение экономичности двигателя путем повышения эффективности использования энергии сжатого воздуха.Указанная цель достигается тем,что двигатель снабжен воздушным нагнеуателем, воздушной турбиной и воэдухоподогревателем, причем нагнетатель кинематически связан с утилиэационной турбиной и подключен напорнымпатрубксу 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 турбины и охлаждаемыми - в магистраль подачи воздуха н воздушную турбину.Кроме того, вентилятор радиатора системы охлаждения снабжен дополнительной воздушной турбиной и кинема тически связан с двигателем череэ нариатор, а магистраль подачи сжатого воздуха выполнена разветвленной и каждая ее ветвь подключена к одной из воздушных турбин, причем вариатор 2 О может быть выполнен в виде гидромуфт.Двигатель снабжен также дополнительной камерой сгорания и напорный патрубок нагнетателя сообщен с утили 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 выхлопному 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 газон.Нагнетатель подключен напорным патрубком 12 к магистрали 13 подачи сжатого воздуха в воздушные турбины 14 и 15, В магистраль 11 выпускаотработавших газов включен своими нагренаемыми поверхностями воздухо одогреватель 16, выполненный враающимся с механическим приводом 17.хлаждаемые поверхности воздухоподогренателя включены в магистраль 13 подачи сжатого воздуха в воздушную турбину 14 привода вентилятора 18 обдува воздухоохладителя 19 и в до- О полнительную воздушную турбину 15 привода вентилятора 20 обдува радиатора 21 системы охлаждения.Вентилятор 20 через нал 22 связанс валом 2 двигателя через вариаторб 5 23, который может быть выполнен в виде гидромуфты, Напорный патрубок 12нагнетателя сообщен с утилизационной турбиной 8 через обводную трубу24, в которой установлена дополнительная камера 25 сгорания и запорные клапаны 26. Газопровод 7 снабженорганом 28 поочередного подключениявыхпопного патрубка трубокомпрессоракутилизационной турбине 8 и к атмосфере, например золотником 27, Магистраль 13 выполнена разветвленнойна дне ветви 29 и 30 и каждая ееветвь подключена к одной из турбин.Причем н 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 воздухоохладитель19, попадает через ресивер 4 непосредственно в двигатель внутреннего сгорания 1,Поток газов от двигателя расширяется н турбине 8 турбокомпрессора изатем, проходя через золотник 27, установленный в положении "Открыто",вторично расширяется в утилизационной турбине, а затем по магистрали 11выпуска отработавших газов поступаетк нагренаемым поверхностям воэдухоподогревателя 16. Одновременно нагреватель 9, связанный кинематически сУтилизационной турбиной 8 и приводимый ею но вращение, сжимает потоквоздуха и направляет его к охлаждаемым поверхностям воздухоподогревателя 16, При этом эапсрные клапаны 26находятся в положении "Закрыто",апосредством муфты 10 вспомогательный электростартер 3 отключен отнагревателя 9, С помощью привода 17осущестнляется вращение воэдухоподогренателя (если он выполнен вращающимся). Затем сжатый воздух по обводнойтрубе 24 подается на рабочие решеткивоздушных турбин 14 и 15 приводавентиляторов абдуна воздухоохладителя 19 и радиатора 21 системы охлаждения. Через нал 22 избыток мощности передается гидромуфтой 23 на вал 2 двигателя 1.Запуск днигателя осуществляется вследующей последонательности.Запорные клапаны 26 устанавливаются н положении "Открыто", золотник27 - в положении "Перепуск",эапорный орган 31 - н положении "Закрыто",муфта 10 обеспечивает жесткую связьвспомогательного злектростартера 3с нагревателем 9. Электростартер 3включают в цепь питания и производятраскрутку общего ротора утилизационной турбины и нагнетателя до режима воспламенения топлива, подаваемого в дополнительную камеру 25 сгорания. По ле достижсния усойчивогогорения в.мере 25 сгорания дальнейшая раскрутка упомянутого роторапроисходит за счет увеличения подачитоплива в камеру 25 сгорания, приэтом производят отключения электро:тартера 3 от ротора муфтой 10, Расширившийся в утилизационной. турбине8 газ поступает в магистраль 11 выпуска отработавших газов и далее - ввоздухоподогреватель 16, а затем ватмосФеру.Часть сжатого в нагнетателе 9 воздуха ,около 30-40) поступает черезвоздухоподогреватель на рабочую решетку воздушной турбины 15, мощностьюкоторой через вал 22 и вариатор 23осуществляется, раскрутка вала 2 двигателя 1. После запуска двигателягазы, выходящие из двигателя 1, расширяются в турбине 6 турбокомпрессора и, пройдя орган поочередного подключения " -",:.-ускаются в атмосферу (по линии .,По дос-ижении устойчивой работыдвигателя 1 и екращается подача топлива в ка.,еру 25 с: ,.ания, клапаны26 устанавливаются в положение "зак- д 5рыто", орган 27 - в положение годключения выхлопного патрубка турбокомпрессора к утилизационной турбине.Наличие воздушного нагнетателявоздушной турбины и воздухоподогревателя позволяет повысить эффективность системы за счет использования,в дополнение к энергии, вырабатываемой в утилизированной турбине, термического потенциала отработавшихгазов, что более, чем в 1,5 разаувеличивает работоспособность сжатого воздуха, Благодаря отборутеплоты от упомянутых газов высвободившаяся энергия повышается 40до уровня, близкого к эффективнойработе утилизационной турбины. Учитывая эффективность турбопривода вен.тиляторов обдува воздухоохладителя ирадиатора системы охлаждения двигателя около 50 мощности т,"рбин можнопередавать на вал двигателя черезгидромуфту, так как эта мощность неможет быть использована на вентиляторах системы охлаждения двигателя. 50Таким образом, образованная замкнутаясистема отбора мощности от утилизационной турбины может использоватьсякак в случае избыточного потреблениямощности, по сравнению с требуемойдля системы охлаждения, так и на других эксплуатационных режимах.установка Дополнительной обводнойтрубы с камеро 1 сгорания системы позволяет получить дополнительные преимущества поскольку для раскрутки ротора 60с утилизационной турбиной требуетсястартер, мощностью на порядок меньшей, чем для непосрЕдственного двигателя.Формула изобретения1. Двигатель внутреннего сгорания,содержащий турбокомпрессор, подключенный к ресиверу через воздухоохлади"тель, утилизационную турбину, подключенную к выхлопному патрубку турбокомпрессора через газопровод, кинематически связанную с вспомогательным электростартером и снабженную магистралью выпуска отработавших газов,вентилятор обдува воздухоохладителяи радиаторсистемы охлаждения с вентилятором, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения экономичнос-.и путем повышения эффективности использования энергии сжатоговоздуха, двигатель снабжен воздушнымнагнетателем, воздушной турбиной ивоздухоподогревателем, причем нагнетатель кинематически связан с утилизационной турбиной и подключен напорным патрубком к магистрали подачивоздуха в воздушную турбину, последоняя кинематически связана с вентилятором обдува воздухоохладителя, авоздухоподогреватель включен своиминагреваемыми поверхностями в магистраль выпуска отработавших газовутилизационной турбины и охлаждаемыми - в магистраль подачи воздуха ввоздушную турбину,2. Двигатель по и. 1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что вентиляторрадиатора системы охлаждения снабжендополнительной воздушной турбиной икинематически связан с двигателем через вариатор, а магистраль подачисжатого воздуха выполнена разветвленной и каждая ее ветвь подключенак одной из воздушных турбин.3. Двигатель по и. 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что вариаторвыполнен в виде гидромуфты,4. Двигатель по пп, 1 и 2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что он снабжен дополнительной камерой сгоранияи напорный патрубок нагнетателя сообщен с утилизационной турбиной через обводную трубу, причем дополнительная камера сгорания установленав обводной трубе, а газопровод снабжен органом поочередного подключения выхлопного патрубка турбокомпрессора к утилизационной турбине и катмосфере.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3570240,кл. 60-611, опублик. 1971.2. Авторское свидетельство СССР9 661127, кл, Г 02 В 37/00, 1976,"Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4: илиал Тираж 58 осударствен елам изобрет осква, Ж,Подписноого комитета СССРний и открытийРаушская наб., д. 4/5