RU2293872C2 - Устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с наддувом. Изобретение позволяет обеспечить снижение токсичности, повышение экономичности и эффективности работы двигателя внутреннего сгорания. Устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания содержит турбонагнетатель, имеющий компрессор с воздушной линией нагнетания, соединенной с камерой сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха, и приводную паровую турбину, вход которой соединен с выходом водяной паровой полости закалочно-испарительного агрегата, а выход со смесителем паров топлива и водяного пара. В устройство введен испарительный теплоаккумулирующий агрегат, содержащий корпус, в котором жестко установлены цилиндрические трубы - внешние и внутренние. Поверхность внутренних труб выполнена оребренной. Пространство между внутренними и внешними трубами заполнено теплоаккумулирующим материалом, например, из сплава алюминия и кремния. В нижней части испарительного теплоаккумулирующего агрегата выполнены отверстия, в которые установлены форсунки, соединенные с водяным насосом. Вход паровой турбины соединен с выходом паровой полости испарительного теплоаккумулирующего агрегата посредством трубопроводов, соединенных между собой патрубком. Испарительный теплоаккумулирующий агрегат расположен в выпускном коллекторе. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности, может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с наддувом.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является автономная система питания газообразным топливом двигателя внутреннего сгорания, содержащая топливную емкость, заполненную жидким углеводородным топливом, соединенную с поверхностным пиролитическим реактором, имеющим топливную полость и полость, подключенную к линии отработавших газов двигателя. Топливная полость реактора соединена со смесителем воздуха и образовавшихся продуктов пиролиза, который, в свою очередь, подключен к камерам сгорания двигателя. На топливной линии связи реактора со смесителем установлен закалочно-испарительный агрегат, имеющий водяную паровую полость, а внутри реактора на входе в топливную полость расположен смеситель паров топлива и воды, вход водяной паровой полости агрегата соединен с паровым входом смесителя паров топлива и воды. Внутри полости реактора, подключенной к линии отработавших газов, размещен окислительный катализатор, выполненный в виде тонкостенных элементов из неблагородного металла. Топливная полость реактора выполнена в виде системы труб, а тонкостенные элементы - в виде ребер этих труб. Автономная система питания газообразным топливом двигателя внутреннего сгорания снабжена устройством для наддува двигателя. Устройство для наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащее турбонагнетатель, имеющий компрессор с воздушной линией нагнетания, соединенной с камерой сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха, и приводную паровую турбину, вход которой соединен с выходом водяной паровой полости закалочно-испарительного агрегата, а выход со смесителем паров топлива и водяного пара (см. патент РФ № 2120556, кл. F 02 B 37/00, 1998).

Однако при эксплуатации известного устройства наблюдается дымное сгорание и увеличение эффективного удельного расхода топлива на режиме разгона вследствие недостатка воздуха, ухудшение приемистости силовой установки из-за значительной инерции подвижных частей турбины и компрессора, сужение рабочего диапазона частот.

Настоящее изобретение направлено на снижение токсичности, повышение экономичности, эффективности работы двигателя внутреннего сгорания на режиме разгона, уменьшение времени разгона ротора турбокомпрессора.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее турбонагнетатель, имеющий компрессор с воздушной линией нагнетания, соединенной с камерой сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха, и приводную паровую турбину, вход которой соединен с выходом водяной паровой полости закалочно-испарительного агрегата, а выход со смесителем паров топлива и водяного пара, дополнительно введен испарительный теплоаккумулирующий агрегат, содержащий корпус, в котором жестко установлены цилиндрические трубы - внешние и внутренние. Пространство между внутренними и внешними трубами заполнено теплоаккумулирующим материалом, например, из сплава алюминия и кремния, обладающего способностью накапливать большое количество энергии при нагревании, особенно при температуре плавления. Поверхность внутренних труб выполнена оребренной. В нижней части испарительного теплоаккумулирующего агрегата выполнены отверстия, в которые установлены форсунки, соединенные с водяным насосом, при этом вход паровой турбины соединен с выходом паровой полости испарительного теплоаккумулирующего агрегата посредством трубопроводов, соединенных между собой патрубком, при этом испарительный теплоаккумулирующий агрегат расположен в выпускном коллекторе.

Отличительным признаком от прототипа является то, что дополнительно введен испарительный теплоаккумулирующий агрегат, содержащий корпус, в котором жестко установлены цилиндрические трубы - внешние и внутренние. Пространство между внутренними и внешними трубами заполнено теплоаккумулирующим материалом, например, из сплава алюминия и кремния, обладающего способностью накапливать большое количество энергии при нагревании, особенно при температуре плавления. Поверхность внутренних труб выполнена оребренной. В нижней части испарительного теплоаккумулирующего агрегата выполнены отверстия, в которые установлены форсунки, соединенные с водяным насосом, при этом вход паровой турбины соединен с выходом паровой полости испарительного теплоаккумулирующего агрегата посредством трубопроводов, соединенных между собой патрубком, при этом испарительный теплоаккумулирующий агрегат расположен в выпускном коллекторе.

Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемое устройство регулирования давления наддувочного воздуха позволяет снизить недостаток воздуха на режиме разгона, тем самым повысить параметры рабочего цикла двигателя.

На чертеже представлено устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания описываемой системы.

Устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания содержит турбонагнетатель 3, имеющий компрессор 4 с воздушной линией нагнетания 2, соединенной с камерой сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха 1, и приводную паровую турбину 5, вход которой соединен с выходом водяной паровой полости закалочно-испарительного агрегата 16, а выход со смесителем паров топлива и водяного пара 6, также имеется испарительный теплоаккумулирующий агрегат 10, содержащий корпус 12, в котором жестко установлены цилиндрические трубы - внешние 13 и внутренние 14. Пространство между внутренними и внешними трубами заполнено теплоаккумулирующим материалом 15, например, из сплава алюминия и кремния, обладающего способностью накапливать большое количество энергии при нагревании, особенно при температуре плавления. Поверхность внутренних труб 14 выполнена оребренной. В нижней части испарительного теплоаккумулирующего агрегата выполнены отверстия, в которые установлены форсунки 8, соединенные с водяным насосом 7, при этом вход паровой турбины 5 соединен с выходом паровой полости 11 испарительного теплоаккумулирующего агрегата 10 посредством трубопроводов, соединенных между собой патрубком 17, при этом испарительный теплоаккумулирующий агрегат 10 расположен в выпускном коллекторе 9.

Устройство для регулирования давления наддува работает следующим образом. В процессе работы двигателя отработавшие газы, проходя по выпускному коллектору 9, соприкасаются с внешними цилиндрическими трубами 13, нагревая находящийся в межтрубном пространстве теплоаккумулирующий материал 15, в котором при нагревании происходит накопление тепловой энергии. На режиме разгона водяной насос 7 подает воду через форсунки 8 на внутренние оребренные стенки внутренних труб 14. Происходит процесс теплопередачи, при котором тепловая энергия горячего тела - теплоаккумулирующего материала 15 через внутренние оребренные трубы 14 передается менее нагретому телу - воде, которая в результате нагревается и превращается в пар, образовавшийся пар из паровой полости 11 через трубопроводы и соединительный патрубок 17 поступает на паровую турбину 5. В результате этого повышается давление на входе в паровую турбину 5, что соответствует повышению мощности турбины и более быстрому разгону ротора турбокомпрессора.

Организация рабочего процесса с помощью указанного устройства приводит за счет более быстрого разгона ротора турбокомпрессора к снижению недостатка воздуха на режиме разгона, тем самым повышает параметры рабочего цикла двигателя.

Claims (1)

1. Устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее турбонагнетатель, имеющий компрессор с воздушной линией нагнетания, соединенной с камерой сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха, и приводную паровую турбину, вход которой соединен с выходом водяной паровой полости закалочно-испарительного агрегата, а выход со смесителем паров топлива и водяного пара, отличающееся тем, что в него дополнительно введен испарительный теплоаккумулирующий агрегат, содержащий корпус, в котором жестко установлены цилиндрические трубы, внешние и внутренние, поверхность внутренних труб выполнена оребренной, при этом пространство между внутренними и внешними трубами заполнено теплоаккумулирующим материалом, например, из сплава алюминия и кремния, причем в нижней части испарительного теплоаккумулирующего агрегата выполнены отверстия, в которые установлены форсунки, соединенные с водяным насосом, вход паровой турбины соединен с выходом паровой полости испарительного теплоаккумулирующего агрегата посредством трубопроводов, соединенных между собой патрубком, при этом испарительный теплоаккумулирующий агрегат расположен в выпускном коллекторе.