Комбинированный двигатель внутреннего сгорания

(5 й институт ер, Н,СХа-. К.Татевосян ВИГАТЕЛ ся повышеоксичности и кислорода ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИ(54) КОМБИНИРОВАННЫЙ ДВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Целью изобретения являетние КПД двигателя и снижениепутем повышения концентраци,Ы 2,;1665060 А 1 ЗОБРЕТЕН ЬСТВУ в свежем заряде. Двигатель содержит цилиндры 1 с механизмом газораспределения, впускным трактом 4, имеет приводной нагнетатель 5 и турбокомпрессор 7. После компрессора 8 установлена селективная мембранная камера 11. Воздух нагнетается турбокомпрессором 7, разделяется в мембранной камере 11 на обогащенный кислородом и обедненный кислородом. Первыйподается через нагнетатель 5 в цилиндр 1, а обедненный кислородом воздух подается на турбину 10, повышая КПД наддува, При этом повышается КПД двигателя и снижается токсичность из-за повышения содержания кислорода и снижения потерь наддува.2 э.п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателям внутреннегосгорания с нагнетателями и приспособлением обогащения воздуха кислородом.Целью изобретения является повышение КПД двигателя и снижения токсичностипутем повышения концентрации кислородав свежем заряде.На фиг.1 изображена принципиальнаясхема предлагаемого двигателя; на фиг.2 -схема двигателя с двумя мембранными камерами; на фиг.3 - схема двигателя с двухступенчатым наддувом; на фиг.4 - схемамембранной камеры.Двигатель включает цилиндры 1 с вынускными клапанами 2, связанными с выпускным 3 и впускным 4 трактами, Двигательимеет приводной нагнетатель 5, механически (валами 6 и передачами) связанный сколенчатым валом двигателя, и турбокомпрессор 7, состоящий из компрессора 8 итурбины 9, К турбокомпрессору подсоединена турбина 10 для расширения газа, обогащенногоо азотом (" азота" ),После компрессора 8 установлена селективная мембранная камера 11 МК), Каналом 12 обогащенного кислородомвоздуха камера 11 через охладитель 13 иприводной компрессор 5 соединена с основным впускным трактом 4. Каналом 14обедненного кислородом воздуха камера через теплообменник 15 соединена с турбиной10, Для прогрева "азота" теплом отработавших газов теплообменник 15 подключен квыходному патрубку турбины 9.Двигатель может иметь две мембранные камеры 11(МК 1) и 16(МК 2), установленные после них дополнительные охладители17 и 18 наддувочного воздуха, а также дополнительный впускной тракт 19, соединенный с каналом обогащенного кислородомвоздуха мембранной камеры 16,Двигатель может иметь дополнительный турбокомпрессор 20, причем каналобедненного кислородом воздуха дополнительной мембранной камеры 16 соединенчерез теплообменник 15 с турбиной 9 первой ступени наддува.Возможны и иные варианты выполнения двигателя. Варианты могут отличатьсячислом и последовательностью подключения мембранных камер, соединением "азотных" каналов нескольких камер сразличными турбинами и их ступенями ит.д.Возможны различные схемы лрогрева ииспользования мощности "азотных" потоков. "Азотные" каналы для прогрева азотамогут подсоединяться к системам охлаждения двигателя и его агрегатов, к охладите 55 9 используется для привода компрессора 8,который нагнетает атмосферный воздух в мембранную камеру 11 (МК).Когда сжатый воздух проходит черезмембранную камеру, в данной конструкции по полым волокнам, под действием перепа 5 102025 30 3540 45 50 лям воздуха, пенетранта, "азота" других ступеней нагнетания и т.п. Турбины или иные расширительные машины, связанные с "азотными" каналами, могут соединяться с коленвалом и иными валами двигателя, валами вентиляторов системы охлаждения и других агрегатов, включая агрегаты силовой установки, на которой используется двигатель. Двигатель может иметь системы газораспределения и топливоподачи, обеспечивающиеработу по четырех- или двухтактному циклам, с внутренним или внешним (при системе зажигания) смесеобразованием.Мембранные камеры, установленные вовпускном тракте, могут иметь различнуюконструкцию, На фиг.4 изображена одна из наиболее компактных компоновок мембран по типу "полые волокна". Мембранная камераили поиной терминологии мембранныйаппарат) устроена следующим образом. 8корпусе 21 установлена мембрана в виде пучка полых волокон 22. Волокна собраны в пучок с помощью спирально навитой нити 23, которая одновременно обеспечивает необходимый зазор между отдельными волокнами, что улучшает распределение разделяемого воздуха в пучке волокон 22. Пучок полых волокон 22 закреплен в трубных плитах 24.Воздух из компрессора 8 поступает через впускной патрубок 25 внутрь полых волокон 22, Стенки волокон сделаны из мембран, пропускающих кислород лучше, чем азот. За счет разности давлений внутри и снаружи полых волокон воздух проходит через стенку волокна и обогащается кислородом. Обогащенный кислородом пенетрант отводится через канал 12. Обедненный кислородом воздух (" азот" ) отводится с противоположного конца полых волокон и удаляется из камеры через канал 14.Двигатель работает следующим образом,Процессы сжатия, сгорания, расширения и выпуска аналогичны этим процессам в других поршневых ДВС. При сгорании образуется значительно меньше продуктов неполного горения, чем в традиционных двигателях, ввиду более полного сгорания в среде, обогащенной кислородом. Отработавшие газы иэ турбины 9 поступают в теплообменник, где нагревают "азот". Последний из теплообменника 15 поступает в турбину 10, где расширяется. Мощность этой турбины вместе с мощностью турбиныда давлений через мембрану, из которой сделаны стенки волокон, кислород проходит лучше, чем азот, Таким образом в межволоконном пространстве оказывается воздух, обогащенный кислородом, а внутри волокон - воздух, обогащенный азотом. Этот азот отводится через канал 14, а обогащенный кислородом воздух через канал 12 поступает в охладитель 13 наддувочного воздуха, где охлаждается. Затем после сжатия в приводном компрессоре 5 обогащенный кислородом воздух через впускной тракт 4 поступает в двигатель,Работа двигателя, схема которого изображена на фиг,2, отличается в основном тем, что обогащение кислородом происходит не в одной, а в двух мембранных камерах. Кроме камеры 11 (МК 1), обогащение кислородом происходит в камере 16 (МК 2). Перед подачей в эту камеру газа он дополнительно сжимается компрессором 5: Обогащенный кислородом пенетрант через охладитель 18 и дополнительный впускной тракт 19 поступает в цилиндр двигателя, Впускной клапан тракта 19 открывается позднее клапана тракта 4, так как давление пенетранта, поступающего в этот тракт, выше, чем давление пенетранта, поступающего в тракт 4. Когда разность давлений пенетранта, поступающего иэ обеих камер, значительна, впуск через тракт 19 начинается с интервалом после закрытия клапана тракта 4,3 а этот интервал происходит сжатие газа, поступившего в цилиндр через тракт 4. В результате сжатия уменьшается градиент давлений между газом, находящимся в цилиндре и выходящим из камеры 16. Вследствие уменьшения градиента дав. лений уменьшается диссипация энергии и повышается КПД."Азот", выходящий под давлением из камеры 16 (МК 2), направляется через теплообменник 15 в турбину 10,В двигателе, работающем по схеме, изображенной на фиг.3, реализовано двухступенчатое сжатие в двух турбокомпрессорах 7 и 20. "Азот", нагретый в теплообменнике 15, для компактности двигателя расширяется в турбине 9 турбокомпрессора 7 вместе с выпускными газами.Мембранные камеры обеспечивают подачу в двигатель свежего заряда, обогащенного кислородом. Вследствие этого го 10 15 дом воздуха, сообщенным через приводной нагнетатель с впускным трактом двигателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД двигателя и снижения токсичности путем повышения концентрации кислорода в свежем заряде, двигатель снабжен охладителем, турбокомпрессором, охладитель установлен в канале обогащенного кислородом воздуха перед приводным нагнетателем, турбина турбокомпрессора сообщена с выпускнцм трактом, а компрессор - с мембранной камерой, при этом канал отвода обедненного кислородом воздуха мембранной камеры сообщен с турбиной.2, Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что он снабжен по меньшей мере одним дополнительным впускным трактом, теплообменником, по меньшей мере. одной додополнительными охладителями, канал отвода обедненного кислородом воздуха основной мембранной камеры сообщен через первый дополнительный охладитель с дополнительной мембранной камерой, канал обогащенного кислородом воздуха которой сообщен через второй дополнительный охладитель с дополнительным впускным трактом, при этом канал отвода обедненного. 40 ранной камеры сообщен через теплообменник с турбиной,3. Двигатель по пп. 1 и 2, о т л и ч а ющи й с я тем, что он снабжен дополнитель 50 сообщена с выпускным трактом, а компрессор - с дополнительной мембранной камерой,20 25 30 рение топлива происходит более полно, что снижает токсичность отработавших газов, Расширение потока азота в турбине, ступенчатое сжатие и другие перечисленные выше технические решения повышают КПД, компенсируя уменьшение КПД вследствие сопротивления мембран. Формула изобретения 1. Комбинированный двигатель внутреннего сгорания, содержащий впускной и выпускной тракты, механизм газораспределения, селективные мембранные камеры с каналом отвода обедненного кислородом воздуха и каналом обогащенного кислорополнительной мембранной камерой и двумя кислородом воздуха дополнительной мембным турбокомпрессором, турбина которого