EA013950B1 - Газодинамический обменник давления (компрессор) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области двигателестроения и служит для нагнетения воздуха в цилиндры ДВС посредством действия отработавших газов. В корпусе (1) газодинамического обменника давления с возможностью вращения установлен вал (2) с приводным шкивом (3), жёстко связанными с ним ротором-отсекателем (4) и распределительным ротором (5), рампа отсекателя (6) с двумя воздушными штуцерами (7, 8) и камерами (9), главная рампа (10) с двумя газовыми (11) и двумя воздушными (13) штуцерами и четырьмя каналами (15), верхняя рампа (16) с каналами (17), воздушной и газовой камерами, буферная камера (23), теплообменник (20) со штуцерами (21, 22) системы охлаждения. Роторы имеют диаметрально расположенные окна (25, 27). Воздушными и газовыми магистралями устройство соединено с впускным и выпускным коллекторами, в которых установлены диффузор и заслонки, регулирующие объём направляемых к устройству воздушных и газовых потоков и управляющие таким образом степенью наддува. Наличие двух роторов и контуров позволяет часть такта впуска наполнять воздухом обычным способом (атмосферным). Наддув выполняется перемещением предварительно нагнетённого в буферную камеру устройства воздуха в изолированный от атмосферы в течение второй части такта впуска коллектор под действием отработавших газов (фиг 2).

Description

Изобретение относится к области двигателестроения.

Известен механический нагнетатель воздуха для двигателя внутреннего сгорания, в котором вал компрессора связан с коленчатым валом двигателя посредством ременной передачи и производительность которого находится в пропорциональной зависимости от числа оборотов последнего (см. ййр://Ьоок7.ги/аи1йог8/81ерапоу-уп/81ерапоууп01.й1ш1, гл. 4.2.2). Недостатком данного устройства является повышенный расход топлива, требуемый для его привода.

Существует газодинамический нагнетатель воздуха, т.н. турбокомпрессор, содержащий корпус, вал с двумя крыльчатками, две улитки, использующий для создания повышенного давления во впускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания энергию отработавших газов (см. там же). Недостатками механизма являются сложность изготовления и обслуживания, замедленный отклик на нажатие педали акселератора.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является волновой обменник давления «СОМРКЕХ», содержащий корпус, вал, связанный с коленчатым валом двигателя посредством приводного ремня, ротор с аксиальными каналами, два штуцера подвода-отвода воздуха и два штуцера подводаотвода отработавших газов, в котором нагнетение воздуха в цилиндры двигателя обеспечивается посредством взаимодействия отработавших газов и воздуха в каналах ротора (см. Ййр://тетете.бур1.пагоб.ги/ш851ап/1и51огу/тбех13/шбех.1ит). Недостатком устройства является узкий рабочий диапазон вследствие ограниченной оптимальной частоты колебаний газов в каналах ротора.

Целью изобретения является улучшение тягомощностных параметров двигателя, повышение его КПД.

Поставленная цель достигается тем, что в корпусе с возможностью вращения установлен вал с приводным шкивом, жёстко связанными с ним ротором-отсекателем и распределительным ротором, рампу отсекателя с входным воздушным штуцером, выходным воздушным штуцером и камерами, главную рампу с входным газовым штуцером, выходным газовым штуцером, выходным воздушным штуцером, входным воздушным штуцером, каналами, верхнюю рампу с каналами, воздушной и газовой камерами, буферную камеру, диаметральные окна и перепускные каналы в теле ротора-отсекателя, диаметральные окна в теле распределительного ротора, основные воздушные магистрали, дополнительные воздушные магистрали, газовые магистрали, воздушную заслонку во впускном коллекторе, газовую заслонку в выпускном коллекторе, диффузор, при этом через окна ротора-отсекателя в части такта всасывания цилиндр наполняется воздухом обычным способом, а часть такта впуска осуществляется нагнетением воздуха из буферной камеры устройства давлением отработавших газов через окна распределительного ротора, воздушной и газовой заслонками регулируется давление наддува.

На фиг. 1 изображена схема интеграции газодинамического обменника давления во впускную и выпускную системы двигателя.

На фиг. 2 изображён собственно газодинамический обменник давления (распределительное устройство) воздуха (разрез по продольной оси).

На фиг. 3 изображена рампа отсекателя с входным и выходным воздушным штуцерами (сечение АА).

На фиг. 4 изображен ротор-отсекатель (сечение Б-Б).

На фиг. 5 изображена главная рампа с входными и выходными воздушными и газовыми штуцерами (сечение В-В).

На фиг. 6 изображен распределительный ротор (сечение Г-Г).

На фиг. 7 изображена верхняя рампа с воздушной и газовой камерами (сечение Д-Д).

Газодинамический обменник давления (компрессор) содержит корпус 1, в котором с возможностью вращения установлен вал 2 с приводным шкивом 3, жёстко связанными с ним ротором-отсекателем 4 и распределительным ротором 5, рампу отсекателя 6 с входным воздушным штуцером 7, выходным воздушным штуцером 8 и камерами 9, главную рампу 10 с входным газовым штуцером 11, выходным газовым штуцером 12, выходным воздушным штуцером 13, входным воздушным штуцером 14, каналами 15, верхнюю рампу 16 с каналами 17, воздушной 18 и газовой 19 камерами, секцию теплообменника 20 с входным штуцером 21 и выходным штуцером 22 системы охлаждения, буферную камеру 23, крышку теплообменника 24, диаметральные окна 25 и перепускные каналы 26 в теле ротора-отсекателя 4, диаметральные окна 27 в теле распределительного ротора 5 (фиг. 2-7).

Также устройство содержит воздушную заслонку 28 во впускном коллекторе 29, газовую заслонку 30 в выпускном коллекторе 31, основные воздушные магистрали 32, дополнительные воздушные магистрали 33, газовые магистрали 34, диффузор 35, приводной ремень 36, ведущий шкив 37 (фиг. 1).

Каналы устройства могут быть выполнены аксиальными или радиальными. Во втором варианте увеличен диаметр распределительного механизма и уменьшена его длина.

Газодинамический обменник давления (компрессор) работает следующим образом.

При положении воздушной 28 и газовой 30 заслонок как показано на фиг. 1 впускной 29 и выпускной 31 коллекторы закрыты для прямого прохождения через них воздуха и отработанных газов. Воздушный поток направляется по основным 32 и дополнительным 33 магистралям к распределительному устройству 1, отработанные газы направляются по магистралям 34. Диффузор 35 создаёт перепад давления в

- 1 013950 газовых магистралях 34. Посредством приводного ремня 36 от ведущего шкива коленвала приводится во вращение вал 2 распределительного устройства.

Распределительное устройство (далее устройство) 1 работает следующим образом. Диаметрально расположенные окна 25 ротора-отсекателя 4 через каналы 26 в определённый (точка отсчёта) момент времени соединяют входную и выходную дополнительные 33 воздушные магистрали. Воздух из основной входной воздушной магистрали в обход буферной камеры 23 направляется в основную выходную воздушную магистраль и далее во впускной коллектор 29. Часть такта всасывания цилиндр наполняется воздухом обычным способом под действием разряжения, создаваемого при движении поршня вниз.

В данном варианте этот процесс длится четверть периода вращения ротора (половину такта всасывания). Одновременно с этим при аналогичном положении распределительного ротора 5 через окна 27 распределительного ротора 5 выходная газовая магистраль через штуцер 11, камеры 15 и штуцер 13 соединяется с входной воздушной магистралью. За счёт разряжения, образующегося за газовой заслонкой 30 и диффузором 35, в течение одной восьмой периода, пока осуществляется связь противоположных каналов через окна ротора, в буферную камеру 23 поступает воздух. Длина и сечение каналов подбирается таким образом, чтобы при оптимальном давлении газов и оптимальных оборотах коленчатого вала двигателя и ротора 5 буферная камера полностью бы наполнялась воздухом, а попадание воздуха в выходную газовую магистраль было исключено. При увеличении оборотов ротора уменьшается время соединения каналов, но одновременно растёт перепад давлений отработавших газов во входной и выходной газовых магистралях. Расход воздуха через буферную камеру должен колебаться в ту или иную сторону вокруг оптимального значения. В течение следующей восьмой части периода вращения ротора происходит переключение каналов устройства.

Ротор-отсекатель 4 на протяжении следующей четверти периода вращения отсекает дополнительные воздушные магистрали 33 и, таким образом, закрывает впускной коллектор 29 для доступа атмосферного воздуха. Во второй половине такта впуска осуществляется нагнетение воздуха из буферной камеры 23 устройства давлением отработавших газов. Её объём подбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимый избыток воздуха по отношению к объёму цилиндра, т.е. устанавливается параметр давления наддува. В это время в течение третьей восьмой периода окна распределительного ротора 5 соединяют входную газовую магистраль через штуцер 12, камеры 15, штуцер 14 с выходной основной воздушной магистралью. Воздух, собранный в буферной камере 23, под давлением газов, образовавшимся перед диффузором 35, вытесняется во впускной коллектор 29, в котором вследствие этого создаётся необходимое давление наддува. В течение четвёртой восьмой периода происходит переключение каналов. Далее цикл повторяется, схема работы устройства аналогична вышеописанной.

Буферная камера устройства может быть выполнена в виде змеевика, как на фиг. 2 и размещена в секции теплообменника 20, выполненного заодно с корпусом 1 устройства. Для охлаждения циркулирующих в буферной камере 23 газов используются воздух или охлаждающая жидкость, поступающая в теплообменник 20 через штуцер 21 (22). Посредством изменения температуры и скорости потока охлаждающего рабочего тела регулируется температура поступающего в цилиндры двигателя воздуха.

Воздушной 28 и газовой 30 заслонками регулируется давление наддува.

Передаточное отношение ведущего 37 и ведомого 3 шкивов привода устройства устанавливается таким, чтобы обеспечить доступ атмосферного воздуха через дополнительные воздушные магистрали 33 к каждому цилиндру в течение первой половины такта впуска.

Роторов-отсекателей, рамп отсекателя и дополнительных воздушных магистралей (контуров) может быть более одного, сечение окон распределительного ротора и каналов уменьшено. Работа контуров организуется в последовательном порядке. Это даёт возможность увеличить время соединения впускного коллектора непосредственно с атмосферой и уменьшить объём буферной камеры.

Достоинство предлагаемого устройства заключается в низкой потребляемой мощности на привод, высокой степени отклика на нажатие педали акселератора, возможности точной настройки степени наддува в широком диапазоне работы.

Claims (5)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Газодинамический обменник давления, содержащий корпус, вращающийся ротор на валу, соединённый с коленчатым валом двигателя посредством зубчатого шкива и приводного ремня, каналы подвода-отвода отработавших газов от выпускного коллектора, каналы подвода-отвода воздуха от впускного коллектора, отличающийся тем, что содержит корпус, в котором с возможностью вращения установлен вал с приводным шкивом, жёстко связанными с ним ротором-отсекателем и распределительным ротором, рампу отсекателя с входным воздушным штуцером, выходным воздушным штуцером и камерами, главную рампу с входным газовым штуцером, выходным газовым штуцером, выходным воздушным штуцером, входным воздушным штуцером, каналами, верхнюю рампу с каналами, воздушной и газовой камерами, буферную камеру, диаметральные окна и перепускные каналы в теле ротора-отсекателя, диаметральные окна в теле распределительного ротора, основные воздушные магистрали, дополнительные воздушные магистрали, воздушную заслонку во впускном коллекторе, газовую заслонку в выпускном

   - 2 013950 коллекторе, газовые магистрали, диффузор, при этом через окна ротора-отсекателя в части такта всасывания цилиндр наполняется воздухом обычным способом, а часть такта впуска осуществляется нагнетением воздуха из буферной камеры устройства давлением отработавших газов через окна распределительного ротора, воздушной и газовой заслонками регулируется давление наддува.
2. 2. Газодинамический обменник давления по п.1, отличающийся тем, что каналы устройства выполнены коаксиальными.
3. 3. Газодинамический обменник давления по п.1, отличающийся тем, что каналы устройства выполнены радиальными, при этом увеличен диаметр распределительного механизма и уменьшена его длина.
4. 4. Газодинамический обменник давления по п.1, отличающийся тем, что буферная камера выполнена в виде змеевика и размещена в секции теплообменника с входным и выходным штуцерами системы охлаждения, выполненного заодно с корпусом устройства, причём для охлаждения циркулирующих в буферной камере газов используются воздух или охлаждающая жидкость, при этом посредством изменения температуры и скорости потока охлаждающего рабочего тела регулируется температура поступающего в цилиндры двигателя воздуха.
5. 5. Газодинамический обменник давления по п.1, отличающийся тем, что роторов-отсекателей, рамп отсекателя и дополнительных воздушных магистралей (контуров) более одного, сечение окон распределительного ротора и каналов уменьшено, при этом увеличено время соединения впускного коллектора непосредственно с атмосферой и уменьшен объём буферной камеры.