Двигатель внутреннего сгорания

(56) Авторское свидетМ 1476164, кл. Р 02 О 1ологический институт анкови ельство СССР23/02, 1987,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ(57) Изобретение позволяет повысить эффективность использования энергии отработавших газов двигателя внутреннего сгорания и снизить их токсичность. Газо- приемный патрубок турбины 2 турбокомпрессора сообщен с выхлопной трубой 13 черезперепускной клапан 7 и обводной канал 6, в котором установлена вихревая труба 9. " Горячий" выпускной патрубок 12 вихревой трубы сообщен с выхлопной трубой, а "холодный" подключен к разветвленноИзобретение относится к машиностроению, в частности - двигателестроению, а конкретно - к двигателям внутреннего сгорания с регулируемым наддувом и использованием энергии перепускаемых отработавших газов,Цель изобретения - повышение эффективности использования энергии отработавших газов и снижение их токсичности.На фиг. 1 схематически показан общий вид системы наддува и жидкостный резервуар; на фиг. 2 - разрез А-А вихревой трубы йо фиг.1; на фиг, 3 - эжектор и его подсоединения к выхлопной трубе и выпускному М. , 1671921)л Р 02 В 37/12, Р 02 О 23/02; Г 02 0 5/02; Р 02 М 31/02 му газопроводу 18, Одна ветвь газопровода подключена к впускному патрубку теплообменника 20, установленного в резервуаре ниже уровня жидкости, а другая подключена к резервуару над уровнем жидкости. Выпускной патрубок 21 теплообменника сообщен с выхлопной трубой 13, Во время работы с повышенной частотой и нагрузкой часть отработавших газов двигателя через перепускной клапан 7 и обводной канал 6 поступает в вихревую трубу 9, где происходит их температурное разделение. Через "горячий" выпускной патрубок 12 высокотемпературные газы в смеси с несгоревшими частицами поступают в выхлопную трубу, а через "холодный" поступают в теплообменник 20 под уровнем жидкости и в резервуар над уровнем жидкости, Пониженная температура газов из "холодного" патрубка позволяет использовать их для подогрева топлива и масла, а отделение несгоревших частиц в "горячий" поток способствует их дожиганию. 1 с. и 3 э.п. ф-лы. 4 ил. 0 патрубку теплообменника; на фиг. 4 - вариант выполнения разветвления газопровода для случая использования резервуара в системе смазки.Турбокомпрессор 1 системы наддува, содержащий газовую турбину 2 и центро- ф бежный компрессор 3. соединенные с двигателем внутреннего сгорания (не показан) выпускным трубопроводом 4 и нагнетательным трубопроводом 5, причем, с целью регулирования турбокомпрессор 1 снабжен обводным каналом 6 и перепускным клапаном 7, имеющим для своего управления воздушный канал 8. Выпускной трубопровод 410 15 20 25 30 35 40 45 50 55 с помощью обводного канала 6 соединен с вихревой трубкой 9, которая имеет тангенциальный или спиральный сопловой ввод 10 (фиг. 2), рабочую часть с закрепленным на выходе "горячим" выпускным патрубком и конусом 11, Участок "горячего" выпускного патрубка 12 размещен в выхлопной трубе 13 и ориентирован против потока отработавших газов в этой трубе.Второй "холодный" выпускной патрубок вихревой трубы 9 выполнен в виде центральной трубки 14 с диафрагмой 15 на входе и сообщен со змеевиком 16, охлажденным жидкостью, например, водой, поступающей по трубопроводу 17 из корпуса газовой турбины 2 или блока двигателя.Змеевик выполнен в виде участка, разветвленного газопровода 18, одна ветвь которого (вторая) соединена с жидкостным резервуаром 19 над уровнем жидкости. Резервуар служит емкостью для топлива или для масла и включен в систему питания или смазки. Первая ветвь газопровода 18 соединена с впускным патрубком газожидкостного рекуперативного теплообменника 20, размещенного в резервуаре ниже уровня жидкости. Выпускной патрубок 21 теплообменника частично размещен в выхлопной трубе 13. Вторая ветвь газопровода снабжена охлаждаемым фильтром-конденсатором 22 и обратным клапаном 23. Резервуар снабжен предохранительным клапаном 24 избыточного давления. Обе ветви оснащены запорными клапанами 25 и 26. Выходная магистраль 27 резервуара может быть проложена рядом с одной из ветвей газопровода для дополнительного подогрева.В варианте по фиг. 3 патрубок 12 частично размещен внутри выхлопной трубы 13 вдоль ее оси и ориентирован вдоль потока газов в выхлопной трубе, а выхлопная труба подключена к активному соплу эжектора 28, пассивное сопло которого подключено к выпускному патрубку 21 теплообменника."Горячий" выпускной патрубок 12 может быть выполнен сужающимся к выходу, в этом случае вихревая труба выполняется без конуса 11 или же он заменяется крестовиной для раскрутки потока,При использовании резервуара 19 в системе смазки "с сухим картером" разветвление газопровода 18 выполняется в виде эжектора 29 (фиг. 4), пассивное сопло которого сообщено с резервуаром,Двигатель работает следующим образом,С повышением частоты вращения вала двигателя и нагрузки до номинальной включительно турбокомпрессор 1 повышает давление наддува в нагнетательном трубопроводе 5 и цилиндрах двигателя, причем давление воздуха, сжатого в компрессоре 3, передается по каналу 8, воздействует на мембрану перепускного клапана 7 и открывает его. В этот момент отработавшие газы двигателя, выходящие из выпускного трубопровода 4, направляются преимущественно в газовую турбину 2 и затем - выхлопную трубу 13, но часть газов движется через открытый клапан 7 в обводной канал 6 и поступает в сопловой ввод 10 вихревой трубы 9, В вихревой трубе 9, благодаря высокой (звуковой) скорости истечения газов иэ сопла и тангенциальному или спиральному вводу потока, создается интенсивное вращательное движение газов, которое сопровождается температурным разделением с образованием более нагретого потока (горячего) на периферии неохлаждаемой рабочей части вихревой трубы 9 и охлажденного потока (холодного) на оси трубы, движущихся противоточно, Кроме того, в трубе 9 создается радиальная неравномерность давления и концентрации механических частиц, таких как сажа и эола, Причем процесс сепарации цастиц в "горячий" поток сопровождается выгоранием углерода и уносом золы в "горячем" потоке, проходящем через кольцевое сечение на конусе 11 и отводимом через патрубок 12 в выхлопную трубу 13. Выход газов из патрубка 12 навстречу основному потоку иэ газовой турбины 2 притормаживает несколько этот поток и тем самым улучшает условия регулирования турбокомпрессора 1. Эффект торможения может быть усилен установкой регулирующей заслонки в трубе 13.Холодный поток движется через диафрагму 15 по центральной трубе 14 и дополнительно охлаждается в змеевике 16 до температуры 480-520 К, а затем по одной иэ ветвей трубопровода 18 направляется в теплообменник 20. Сравнительно невысокая температура позволяет использовать газы для подогрева топлива или масла в резервуаре 19, Через выпускной патрубок 21 поток отводится в выхлопную трубу 13, Параллельно с этим холодный поток частично направляется во вторую ветвь трубопровода 18, в фильтр-конденсатор 22, в котором подвергается тонкой фильтрации с конденсацией водяного пара, образованием кислот и осушкой газов, достигающих температуры не выше 373 К, Затем отработавшие газы через обратный клапан 23 заполняют резервуар 19 над уровнем жидкости и создают в ней избыточное давление, величина которого определяется суммарным гидравлическим сопротивлением трубопровода 18, Верхний уровень давления в резервуаре 195 10 15 поддерживается автоматически клапаном 24, при открытии которого газы выбрасываются в атмосферу или в выхлопную трубу 13, Газы из фильтра-конденсатора 22 перетекают постепенно в резервуар 19 по мере снижения уровня жидкости и своим давлением способствуют ее движению в расходной магистрали 27.Распределение отработавших газов на "горячий" и "холодный" потоки определяется величиной проходных сечений на конусе 11 и в диафрагме 15 вихревой трубы, а также положением клапанов 25 и 26, при закрытии которых или только клапана 26 "холодный поток" практически не образуется. и отработавшие газы из вихревой трубы, дополнительно не разогреваясь, отводятся через патрубок 12 в выхлопную трубу 13.При пуске двигателя, работе на холостом ходу или под нагрузкой на низких частотах вращения вала двигателя перепускной клапан 7 закрыт, и вихревая труба 9 выполняет новую функцию, соединительного трубопровода для рециркуляции отработавших газов из выхлопной трубы 13 в патрубок 12 и дальнейшего движения по разветвленному трубопроводу 18 с возвратом через выпускной патрубок 21 в выхлопную трубу 13, Этот путь рециркуляции отработавших газов сохраняется полностью в системе согласно варианту (фиг. 3), в котором движение газов создается эжектором 28. При открытом клапане 7 о эжектор 28 поступает лишь "холодный" поток из вихревой трубы 9, а "горячий" поток двигателя поступает в обычном направлении и на выходе из патрубка 12 создает эжекцию, снижающую несколько противодавление за газовой турбиной 2,Эжектор 29 создает разрежение в резервуаре 19, обеспечивает деаэрацию масла. поступающего из картера двигателя, и удаляет газы через фильтр в общий поток газопровод 18 и выхлопную трубу 13.Двигатель предназначен, в первую очередь, для работы с высоким наддувом на утяжеленном моторном топливе с подогревом. Система утилизации тепла перепускаемых газов многофункциональна и обеспечивает на переменных режимах работы двигателя нагрев топлива или масла в напорной емкости, наддув емкости или разрежение в ее газовой полости, расширяет возможности регулирования турбокомпрессора и обладает саморегулированием. При работе доигателя под нагрузкой в системе 20 25 30 35 40 45 50 55 происходит дожигание сажи и других горючих компонентов, благодаря чему снижается общая токсичность отработавших газов.В предлагаемой системе поддерживается пожарнач безопасность путем последовательного ступенчатого охлаждения отводимых отработавших газов, что также препятствует термическому распаду топлива или масла в напорной емкости, Пожарная безопасность обеспечивается и за счет низкой окислительной способности отработавших газов. Формула изобретения 1, Двигатель внутреннего сгорания. содержащий системы питания и смазки с жидкостными резервуарами для топлива и масла и систему наддува с турбокомпрессором, у которого газоприемный патрубок сообщен с выхлопной трубой через перепуск ной клапан и обводной канал, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с цельо повышения эффективности использования энерии отработавших газов и снижения их тОксичнОсти, двигатель снабжен газожидкостным теплообменником, газопроводом и вихревой трубой с "горячим" и "холодным" выпускными патрубками, газожидкостный теплообменник установлен в одном из резервуаров ниже уровня жидкости, а вихревая труба установлена в обводном канале, причем "горячий" выпускной патрубок вихревой трубы сообщен с выхлопной трубой, а "холодный" подключен к газопроводу, разветвляющемуся на две ветви, первая из которых подсоединена к впускному патрубку теплообменника, а вторая - резервуару над уровнем жидкости,2. Двигатель по и. 1, отл и ч а ю щи йс я тем, что он снабжен жидкостным газоохладителем, выполненным в виде участка газопровода, заключенного между разветвлением и "холодным" патрубком вихревой трубы.3. Двигатель по пп. 1, 2, о т л и ч а ю щи й с я тем, что "горячий" выпускной патрубок вихревой трубы частично размещен внутри выхлопной трубы вдоль ее оси и ориентирован против потока газов в выхлопной тру ое.4, Двигатель по пп, 1-3, о т л и ч а ю щи й с я тем, что он снабжен эжектором, активное сопло которого подключено к выхлопной трубе, а пассивное - к выпускному патрубку теплообменника1671921 Составитель М,файнТехред М, Моргентал Корректор С,Черни Редактор С.Пекарь Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101 Заказ 2815 Тираж 349 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5