Двигатель внутреннего сгорания

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕ СКЕСПУБЛИК 0384 09) САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ О тельный инстиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56 Авторское свидетельство СССРМ 1193278, кл. Г 02 В 27/00, 1984,Авторское свидетельство СССРМ 1413258, кл. Г 02 В 35/00, 1985.Дикии Н.А. Судовые газотурбинные утановки, - Л.; Судостроение, 1978, с.29 30Авторское свидетельство СССРМ 1188350, кл, Г 02 6 5/00, 1984. ю Г 02 В 27/00, Г 02 6 5/(57) Изобретение позволяет повысить эффективность использования теплоты выпускных газов двигателя внутреннего сгорания. Двигатель 1 содержит впускной 2 и выпускной 3 коллекторы, магистраль 4 подачи хладагента в систему охлаждения двигателя, волновой обменник 8 давления с каналами 9-12 для подвода и отвода сжимающего газа и сжимаемого воздуха. В канале 10 размещен теплообменник 13 использования теплоты выпускных газов, снабженный каналом 14 выпуска хладагента из теплообменника и подключенный к магистрали 15 выпуска хладагента иэ рубашки ох1703842 лаждения двигателя 1. К каналу 9 подключен парогазовый эжектор 16, активное сопло 17 которого подключено к каналу 14, а пассивное сопло.18 выполнено в виде участка выпускного коллектора 3, В стыке между каналом 12 и впускным коллектором 2 установлена холодная полость 19 охладителя наддувочного воздуха, горячая полость 20 которого включена в магистраль 15 выпуска хладагента из рубашки охлаждения. Между Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и устройствам для наддува двигателя.Известны системы для эжекционного наддува двигателя внутреннего сгорания,содержащие эжектор с камерой разрежения, периодически подключаемой через запорный орган к резонансному впускному трубопроводу, подключенному к наддувочному ресиверу двигателя посредством обратного клапана. В таких устройствах энергия отработавших газов, срабатывая в зжекторе, обеспечивает периодическое ускорение воздушного столба во впускном трубопроводе с целью создания избыточного давления в ресивере, Осуществляемый таким образом наддув двигателя характеризуется невысокой эффективностью ввиду диссипации энергии в камере смешения эжектора и впускном трубопроводе.Известно устройство двигателя, содержащее жидкостную систему охлаждения, с магистралью выпуска хладагента, подключенной к активному соплу парогаэового эжектора, установленного в выпускном тракте. Тепловая энергия хладагента используется для создания посредством эжекционного эффекта разрежения в выпускном тракте двигателя. Благодаря этому снижается противодавление выпуску, что способствует улучшению продувки цилиндров и снижению работы насосных ходов поршневого двигателя. Однако данное устройство не обеспечивает наддув двигателя свежим воздухом, поскольку в нем утилизируется энергия относительно невысокого температурного потенциала хладагента на выходе из системы охлаждения, В поршневых двигателях внутреннего сгорания средняя температура хладагента в значитег ьном диапазоне режимов эксплуатации не превышает 100110 С. Попытка повышения температуры хладагента на выходе из ДВС за счет выполнения холодной полостью 19 и впускным коллектором 2 установлен отделитель 21 жидкости, снабженный отводным каналом 22, подключенным к магистрали 4 подачи хладагента, Благодаря утилизации теплоты охлаждающей жидкости и выпускных газов, а также теплоты, отводимой от наддувочного воздуха, обеспечивается улучшение наполнения цилиндров двигателя и снижение работы насосных ходов. 2 з,п, ф-лы, 1 ил,системы каналов, размещенных в головке цилиндров, усложняет конструкцию двигателя и повышает теплонапряженность камеры сгорания.Известно применение эжектора, а также теплообменника, установленных в контактной ГПТУ с утилизацией теплоты отработавших газов и промежуточным охлаждением воздуха перегретой водой. Однвко утилиэированная теплота используется для повышения энергии газов срабатываемой в силовой турбине установки, при этом в эжекторе в качестве активной среды используется не пар, а перегретая вода, Причем, начиная с некоторого момента, повышение подогрева воды в теплообменнике нецелесообразно, так как сопровождается увеличением затрат на сжатие водовоздушной среды во второй ступени компрессора. В известной схеме ГПТУ не предусмотрено также использование волнового обменника давленияИзвестен двигатель внутреннего сгорания, содержащий рубашку охлаждения, охватывающую камеру сгорания. впускной и выпускной коллекторы, утилизационную турбину, подключенную к выпускному коллектору, и магистрали подачи охлаждающего агента в рубашку охлаждения и выпуска пара в выпускной коллектор, Недостатком данного устройства является недостаточно полное использование теплоты выпускных газов, часть которой отводится в окружающую среду,Целью изобретения является повышение экономичности двигателя путем улучшения использования теплоты, отводимой в окружающую среду.Поставленная цель достигается тем, что двигатель внутреннего сгорания, содержащий цилиндр с камерой сгораниявпускной и выпускной коллекторы, рубашку охлаждения, охватывающую камеру сгора 5 10 15 2025 30 35 4045 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 ния, магистраль подачи в нее хладагента и магистраль выпуска хладагента, парогаэовый зжектор, активное сопло которого подключено к магистрали выпуска хладагента, а пассивное - к выпускному коллектору двигателя, снабжен волновым обменникомдавления, канал для подвода сжимающего газа которого подключен к камере смешения парогазового эжектора, а канал для отвода сжатого воздуха - к впускному коллектору двигателя, Между магистралью выпуска хладагента и каналом для отвода сжимающих газов волнового обменника давления размещен теплообменник, В магистрали выпуска хладагента перед теплообменником размещен подогреватель, использующий тепло, отводимое в холодильнике наддувочного воздуха, Во впускном коллекторе двигателя после холодильника наддувочного воздуха (по направлению потока воздуха) размещен отделитель жидкости, сообщенный посредством дополнительного канала с магистралью подачи хладагента в рубашку охлаждения.Снабжение двигателя волновым обмен- ником давления обеспечивает использование энергии отработавших газов двигателя и хладагента системы охлаждения.для наддува цилиндров двигателя свежим зарядом, Благодаря подключению каналов подвода сжимающего газа волнового обменника давления к камере смешения парогаэового эжектора достигается повышение энергии сжимающего газа за счет увеличения расхода и повышения давления сжимающих газов в эжекторе. При этом в качестве активной среды в эжекторе используется хлада- гент, находящийся в состоянии лара под давлением, превышающим давление отработавших газов в выпускном коллекторе двигателя.Размещенный между магистралью выпуска хладагента и каналом для отвода газов из обменника давления теплообменник обеспечивает использование теплоты отработавших газов для повышения температуры пара хладагента, что способствует повышению энергии сжимающих газов перед обменником, а следовательно, и повышению давления наддува двигателя, Подогрев хладагента осуществляется с помощью подогревателя. отбирающего тепло в процессе охлаждения наддувочного воздуха. Эффективность такого подогрева обусловлена тем, что сжатый в волновом обменнике наддувочный воздух имеет температуру, превышающую температуру хладагента на выходе из двигателя. Таким образом, через двухступенчатый дополнительный подогрев хладагента осуществляется более полная утилизация теплоты, отводимой в окружающую среду.Благодаря давлению в зоне перемешивания сжимающих газов и сжимаемого воздуха, а также возможной рециркуляции сжимающего газа во впускной коллектор на режимах частичных нагрузок, наддувочный воздух содержит пары хладагента (вода), которые частично конденсируются в холодильнике наддувочного воздуха в виде капель жидкости. Размещение после холодильника наддувочного воздуха отделителя жидкости, сообщенного посредством дополнительного канала с магистралью подачи хладагента в рубашку охлаждения, обеспечивает удаление жидкости из наддувочного воздуха, а также частичную компенсацию расхода хладагента, "выбрасываемого" через активное сопло эжектора.В предложенном устройстве утилизация теплоты осуществляется одновременно в трех контурах, причем ограничений по повышению подогрева пара перед эжектором в пределах реального температурного диапазона рабочего цикла нет. Конечный эффект утилизации тепла в предложенном устройстве заключается в возможности повысить давление наддува двигателя при одновременном снижении противодавления выпуску газов иэ цилиндров.На чертеже представлен двигатель внутреннего сгорания,Двигатель 1 содержит впускной 2 и выпускной 3 коллекторы, магистраль подачи хладагента 4 в систему охлаждения двигателя, включающую водоподкачивающую помпу 5, расширительный бачок б и циркуляционный насос 7, волновой обменник 8 давления с каналами 9 - 12 для подвода и отвода сжимающего газа и сжимаемого воздуха. В канале 10 размещен теплообменник 13 использования теплоты выпускных газов, снабженный каналом 14 выпуска хладагента из теплообменника, и подключенный к магистрали 15 выпуска хладагента иэ рубашки охлаждения двигателя 1. К каналу 9 подключен парогазовый эжектор 16, активное сопло 17 которого подключено к каналу 14, а пассивное сопло 18 выполнено в виде участка выпускного коллектора 3. В стыке между каналом 12 и впускным коллектором 2 установлена холодная полость 19 охладителя наддувочного воздуха, горячая полость 20 которого включена в магистраль 15 выпуска хладагента из рубашки охлаждения, Между холодной полостью 19 и впускным коллектором 2 установлен отделитель жидкости 21, снабженный отводным каналом 22, подключенным к магистрали 4 подачи хладагента.10 15 20 Устройство работает следующим образом.Хладагент из расширительного бачка 6 с помощью циркуляционного насоса 7 по магистрали 4 подается в рубашку охлаждения двигателя 1, где он нагревается, одновременно охлаждая стенки камеры сгорания двигателя, В магистрали 15 выпуска хладагент, подвергаясь дальнейшему подогреву горячей полости 20 охладителя наддувочного воздуха, а затем в теплообменнике 13, превращается в перегретый пар. Последний, истекая через активное сопло эжектора 17, увлекает за собой через пассивное сопло 18 отработавшие газы иэ выпускного коллектора 3 двигателя 1, в результате чего повышается давление, масса и объем сжимающего газа обменника 8 давлен:,я. В волновом обменнике давления осуществляется следующий газодинамический цикл,В процессе вращения ротора обменника 8 напорообменнные ячейки совмещаются с окном канала 9, в результате чего в ячейке распространяется волна давления, сжимающая находящийся в ней воздух, Вслед за волной давления в ячейку поступает сжимающий газ, К моменту прохождения волной всей длины ячейки ее противоположный конец сообщается с окном канала 12, и сжатый воздух нагнетается через холодную полость 19 охладителя наддувочного воздуха и отделитель жидкости 21 во впускной коллектор 2 двигателя 1.В канале 12 к сжатому воздуху, особенно на режимах частичных нагрузок, подмешивается часть паров хладагентв. Пары хладагента конденсируются в холодной полости 19 охладителя и удаляются иэ наддувочного воздуха в отделителе 21 жидкости. Из отделителя 21 жидкости хладагент через канал 22 подводится в магистраль 4, благодаря чему снижается расход хладагента, подкачиваемого помпой 5 иэ внешнего источника. Теплота, отводимая от наддувочного воздуха в холодильнике 19, подводится к хладагенту в горячей полости 20,Процесс отвода сжатого воздуха из ячейки обменника 8 через окно канала 12 продолжается до момента подхода к нему волны разрежения, образовавшейся в результате разобщения ячейки с окном канала 9. При дальнейшем вращении ротора эта же ячейка сообщается с окном канала 10 для отвода сжимающего газа. Образующаяся при этом волна разрежения достигает противоположного выходного сечения ячейки в момент ее сообщения с окном канала 11 для подвода воздуха. Импульс движения, вносимый волной возмущения, обеспечивает 25 30 35 40 45 50 55 удаление отработавшего сжимающего газа и заполнение ячейки свежим воздухом, Отработавший сжимающий гаэ в канале 1 О через теплообменник 13 подогревает хлада- гент, подводимый к соплу 17 эжектора 16,В результате утилизации теплоты охлаждающей жидкости и газов, а также теплоты, отводимой от наддувочного воздуха в охладителе, обеспечивается повышение давления наддува при одновременном снижении противодавления выпуску газов из цилиндров двигателя. Это способствует повышению эффективности работы двигателя как эа счет снижения работы насосных ходов, так И за счет улучшения наполнения цилиндров двигателя. Формула изобретения 1. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий по меньшей мере один цилиндр с камерой сгорания и рубашкой охлаждения, охватывающей последнюю, впускной и выпускной коллекторы, подключенное к впускному коллектору устройство использования энергии выпускных газов для сжатия свежего заряда, магистраль подачи в рубашку охлаждения хладагента, магистраль выпуска иэ нее хладагента, теплообменник использования теплоты выпускных газов, снабженный каналом выпуска хладагента и подключенный к магистрали выпуска хладагента из рубашки охлаждения, и парогазовый эжектор, активное сопло которого подключено к каналу выпуска хладагента из теплообменника, а пассивное выполнено в виде участка выпускного коллектора,о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения экономичности путем более полного использования теплоты, подводимой с топливом, он снабжен охладителем наддувочного воздуха, устройство использования энергии выпускных газов для сжатия свежего заряда выполнено в виде волнового обменника давления, снабженного гаэовыпускным и воэдухонапорным патрубками, теплообменник использования теплоты выпускных газов установлен в газовыпускном патрубке волнового обменника давления, а в стыке между его воэдухонапорным патрубком и впускным коллектором установлена холодная полость охладителя наддувочного воздуха, горячая полость которого включена в магистраль выпуска хладагента из рубашки охлаждения.2. Двигатель по п.1. о тл и ча ю щи йс я тем, что между охладителем наддувочного воздуха и выпускным коллектором установлен отделитель жидкости,Заказ 48 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/Б Производственно-издательский комбинат "Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Э, Двигатель по п,2, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что отделитель жидкости снабжен отводным каналом, подключенным к магистрали подачи хладагента.