Способ работы двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления

Союз СоветскикСоциалистическихРеспублик АВТОРСКОМУ ДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное к авт. свид-вуЕ.А.Лазарев и М.В.Марков л Государственного союзного научнокого тракторного института лябинскии Жилисследовате 1) Заявите 54) СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО. СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕН ОИзобретение 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 турбокомпрессбре 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 газовЮ 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 Ц.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 горлови" ну выпускного канала и межклапанную перемычку. Кроме того, в извест885576 30 45 50 55 ных технических решениях кольцевойканал вокруг горловины имеет незамкнутое сечение, открытое в сторонувыпускного канала. В этом случае перепускной воздух смешивается с отработавшими газами, подогревается и неохлаждает рабочее колесо турбины, атакже поток перепускного воздуха,выходящий из каналов, в межклапаннойперемычке распределяется по кольцевому каналу неравномерно и интенсивно охлаждает только часть горловинывыпускного канала, примыкающую к межклапанной перемычке.Следует отметить, также, что наибольший расход воздуха через каналыв межклапанной перемычке и в кольцевой канал вокруг горловины выпускного канала обеспечивается только натакте выпуска, поскоЛьку седло выпуск ного канала выполнено в виде соплаВентури, и поток выхлопных газовсоздает разрежение в кольцевом канале. В результате этого интенсивноеохлаждение элементов двигателя осуществляется циклически и с небольшойдлительностью,В силу указанных особенностей принеобходимости дальнейшего форсирования двигателей известные способы иустройства не смогут обеспечить достаточно эффективное охлаждение теплонагруженных элементов двигателя.Целью изобретения является повышение эффективности двигателя внут 35реннего сгорания путем дополнительного охлаждения таких элементов двигателя как горловина выпускного канала и лопатки рабочего колеса турбины.Для достижения поставленной целиперепускной воздух отбирают из выходного участка воздухонапорного патрубка и подают его через перепускнойтрубопровод к рабочему колесу турбиныКроме того, перепускной воздухперед 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 тур 4бины, 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 турбокомпрес" сор 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 1 О, кольцевой канал 11, 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 газо- выпускной 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 О подсоединен.к выходному участку 5 воздухонапорного патрубка 4, а кольцевой канал 11 выполнен в виде замкнутого в поперечном сечении 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 иэсистемы охлаждения двигателя, и поступает в кольцевую полость 20 ичерез дополнительные каналы 21 к рабочему колесу 19 турбины 3, охлаждая последнее и сообщая дополнительную кинетическую энергию турби".не 3, после чего выходит из турбины3 вместе с выхлопными газами.При работе двигателя под нагрузкой давление газов перед рабочимколесом 19 турбины 3, как правило,ниже давления воздуха в воздухона"порном 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 режимаххолостого хода или малых нагрузках,когда давление воздуха в воздухонапорном патрубке 4 обычно не превышает давления газов перед рабочимколесом 19 турбины 3, газы могут перетекать по перепускному трубопроводу15 к кольцевому каналу . В этомслучае срабатывает запорный клапан17. предотвращая попадание газов в,полости охлаждения. Хотя в этих случаях охлаждение элементов двигателяи ухудшается, теплонапряженность элементов двигателя не возрастает,поскольку эти режимы характеризуютсяминимальным тепловыделением двигателя,Таким образом, предлагаемый способ работы двигателя внутреннего сгорания и его устройство позволяют снизить температуру лопаток турбинытурбокомпрессора и наиболее теплонапряженных частей головки двигателя.Кроме того, отпадает надобность вустановке йа двигатель переразмеренного турбокомпрессора за счет использования .перепускного воздуха для дополнительной подкрутки.Формула изобретения1, 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, нерепуска этого 885576воздуха в кольцевой канал, охватывающий горловину выпускного канала, охлаждения последней и подачиперепускного воздуха к турбине тур бокомпрессора, преобразующей в сопловам аппарате и в рабочем колесе тепловую энергию отработавших газов вмеханическую энергию вращения ротора турбокомпрессора, о т л и ч а -16 ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности путем дополнительного охлаждения элементов двигателя, перепускной воздух отбирают из выходного участка воздухонаФ порного патрубка и подают его черезперепускной трубопровод к рабочемуколесу турбины,2. Способ по и. 1, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что перепускной2 р воздух перед подачей к рабочему колесу турбины дополнительно охлаждают.3. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбокомпрессор своздухонапорным патрубком, подсоедиуЗ 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 котордй 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 под 4 Фсоединен к выходному участку воздухонапорного патрубка, причем кольцевой канал выполнен в виде. замкнутогов поперечном сечении кольцевого трубопровода,4. Двигатель по п, 3, о т л ич а ю щ и й с я тем, что он дополнительно снабжен теплообменником,установленным в перепускном трубопроводе,Источники информации,фф принятые вд внимание при экспертизе1. Патент Франции Р 21.11502,кл. Г 02 В 37/00, опублик. 197211 тавитель В.Козлоред Е.Харитончик Заказ 104 49 Тираж 55 б Под ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д ое 4/ 1 Латен жгород, ул. Проектная,Сосведактор С.Тараненко Тех Корректор О,Вил