RU2792503C1 - Система комбинированной силовой установки - Google Patents
Система комбинированной силовой установки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792503C1 RU2792503C1 RU2022118089A RU2022118089A RU2792503C1 RU 2792503 C1 RU2792503 C1 RU 2792503C1 RU 2022118089 A RU2022118089 A RU 2022118089A RU 2022118089 A RU2022118089 A RU 2022118089A RU 2792503 C1 RU2792503 C1 RU 2792503C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- working
- pneumatic
- compressor
- inlet
- crankshaft
- Prior art date
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к силовым установкам, работающим совместно с двигателем внутреннего сгорания. Технический результат - повышение эффективности работы системы, повышение ее КПД с использованием энергии отработанных газов, при простоте конструкции. Предложенная система комбинированной силовой установки включает турбокомпрессор 1 и комбинированный двигатель 2, состоящий из рабочей части 3, работающей в четырехтактном режиме, пневматической части 4, работающей в двухтактном режиме и компрессорной части 5, работающей в двухтактном режиме, каждая из которых имеет цилиндропоршневую группу, а также головку блока цилиндра с системой впускного и выпускного коллекторов с клапанным механизмом. Рабочая часть 3, пневматическая часть 4 и компрессорная часть 5 объединены системой трубопроводов и общим коленчатым валом 6, при этом на коленчатом валу 6 между рабочей частью 3 и пневматической частью 4 установлен механизм изменения передаточного числа 7. Выход турбокомпрессора 1 по трубопроводу, нагнетающий воздух, связан со впуском компрессорной части 5, выпуск которой связан с впуском рабочей части 3. Выход рабочей части 3, содержащей выхлопные газы, связан с впуском пневматической части 4, а выход пневматической части 4 связан со входом турбокомпрессора 1. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к силовым установкам, работающим совместно с двигателем внутреннего сгорания, которые могут быть использованы в качестве замены электродвигателей для привода различных машин и механизмов.
В настоящее время, конструкция двигателей внутреннего сгорания не претерпевает существенных изменений и достигла пика своего эволюционного развития, однако задачи по повышению мощности, КПД, эффективности работы устройств на их основе, стоят как никогда остро, в связи с постоянным поднятием цен на топливо и его образующемся дефиците во многих районах на планете.
Известна силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с системами впуска наддувочного воздуха и выпуска отработавших газов, турбокомпрессор первой ступени, воздушный теплообменник первой ступени, механический компрессор второй ступени с приводным электродвигателем и систему автоматического регулирования параметров наддува с устройствами регулирования компрессоров, размещенными в байпасах, (см. патент US 7246490, 24.07.2007).
Электрический привод в данном известном решении выполнен со сложной автоматической регулировкой параметров наддува, при этом средства поддержания теплового состояния (температуры) и давления воздуха во второй ступени выполнены только путем поддержания динамики вращения механического компрессора. Кроме того, данная установка имеет низкую эффективность и КПД за счет неполного задействия энергии отработанных газов, имеет сложную конструкцию.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) для заявленной системы является решение, по патенту RU 2600842 С2, 27.10.2016, где двигательная установка, содержит:
- двигатель внутреннего сгорания (ДВС), имеющий впускную линию и выпускную линию,
- компрессор низкого давления и компрессор высокого давления, установленные в упомянутой впускной линии по ходу потока воздуха,
- турбину высокого давления и турбину низкого давления, установленные в упомянутой выпускной линии по ходу потока газов,
- первый перепускной механизм для обхода упомянутого компрессора высокого давления, упомянутая турбина высокого давления соединена с валом упомянутого компрессора низкого давления, а упомянутый компрессор высокого давления приводится в действие упомянутой турбиной низкого давления и/или упомянутым двигателем.
Данная установка также имеет сложную конструкцию, низкую эффективность и КПД за счет неполного задействия энергии отработанных газов.
Целью заявленного изобретения является устранение недостатков известных комбинированных силовых систем.
В основу предложенного изобретения поставлена задача доработки конструкции комбинированной силовой установки, устраняющую известные недостатки аналогов.
Техническим результатом является повышение эффективности работы системы, повышение ее КПД с использованием энергии отработанных газов, при простоте конструкции.
Данный результат достигается тем, что система комбинированной силовой установки включает турбокомпрессор и комбинированный двигатель, состоящий из рабочей части, работающей в четырехтактном режиме, пневматической части, работающей в двухтактном режиме, и компрессорной части, работающей в двухтактном режиме, каждая из которых имеет цилиндро-поршневую группу (ЦПГ), а также головку блока цилиндра (ГБЦ) с системой впускного (впуск) и выпускного (выпуск) коллектора с клапанным механизмом,
рабочая часть, пневматическая часть, и компрессорная часть, объединены системой трубопроводов и общим коленчатым валом, при этом на коленчатом валу между рабочей частью и пневматической частью установлен механизм изменения передаточного числа,
при этом выход турбокомпрессора по трубопроводу, нагнетающий воздух, связан с впуском компрессорной части, а его выпуск связан с впуском рабочей части,
выход рабочей части, содержащей выхлопные газы, связан с впуском пневматической части, а выход пневматической части, связан с входом турбокомпрессора.
Механизм изменения передаточного числа выполнен в виде коробки передач.
На конце коленчатого вала расположен выходной вал.
Далее, принцип работы устройства будет описан с учетом прилагаемой схемы по фиг. 1, где изображена предпочтительная система комбинированной силовой установки, где
1 - турбокомпрессор;
2 - комбинированный двигатель;
3 - рабочая часть;
4 - пневматическая часть;
5 - компрессорная часть;
6 - коленчатый вал;
7 - механизм изменения передаточного числа;
8 - система впускного коллектора (впуск);
9 - система выпускного коллектора (выпуск);
10 - выходной вал;
Система комбинированной силовой установки включает турбокомпрессор 1. Турбокомпрессор 1 включает вход и выход (на чертеже не обозначены). Турбокомпрессор служит для забора воздуха и направление его в соответствующий узел комбинированного двигателя 2.
Комбинированный двигатель 2 состоит из рабочей части 3, работающей в четырехтактном режиме, пневматической части 4, работающей в двухтактном режиме, и компрессорной части 5, работающей в двухтактном режиме, каждая из которых имеет цилиндро-поршневую группу (ЦПГ), а также головку блока цилиндра (ГБЦ) с системой впускного (впуск) 8 и выпускного 9 (выпуск) коллектора с клапанным механизмом.
Рабочая часть 3, комбинированного двигателя 2 представляет собой двигатель внутреннего сгорания со всеми его конструктивными составляющими. Рабочая часть 3 в своей основе включает ЦПГ, а также ГБЦ с системой впуска 8 и выпуска 9 с клапанными механизмами. Рабочий объем "V" рабочей части 3 выбирается в соответствии с рабочими объемами компрессорной и пневматической частей. Подробно же раскрывать конструкцию рабочей части 3 нет необходимости, поскольку конструкция рабочей части 3, выполненной как двигатель внутреннего сгорания, как таковой, не является объемом охраны данной заявки.
Пневматическая часть 4, представляет собой блок, работающий в двухтактном режиме и имеющий в своей основе ЦПГ, а также ГБЦ с системой впуска 8 и выпуска 9 воздуха/газов с соответствующими впускными и выпускными клапанными механизмами (клапаны-тарельчатые).
Рабочий объем пневматической части 4 "Vп", предпочтительно, рассчитывается по формуле
Vп=3V, где
V - рабочий объем рабочей части 3;
Компрессорная часть 5 также выполнена в виде блока воздушного компрессора, работающего в двухтактном режиме и имеющего в своей основе ЦПГ, а также ГБЦ с системой впуска 8 и выпуска 9 с соответствующими впускными и выпускными клапанными механизмами. Впускные клапаны - любые, например, тарельчатые, выпускные, например, лепестковые или пластинчатые, предназначенные для работы с воздухом/газом.
Рабочий объем компрессорной части 5 "Vк" предпочтительно рассчитывается по формуле:
Vк=V, где
V - рабочий объем рабочей части 3;
Рабочая часть 3, пневматическая часть 4 и компрессорная часть 5 комбинированного двигателя 2 объединены системой трубопроводов и общим, связанным в единый модуль, коленчатым валом 6. Коленчатый вал 6 проходит через все три части 3, 4, 5 комбинированного двигателя 2. На конце коленчатого вала 6 расположен выходной вал 10. Данный вал 10, на выходе, может быть установлен, например, после КПП, вариатора и других механизмов изменения скорости вращения. На коленчатом валу 6 между рабочей частью 3 и пневматической частью 4 установлен механизм изменения передаточного числа 7. Механизм изменения передаточного числа 7 выполнен, как правило, в виде коробки передач. Передаточное число подбирается исходя из скорости вращения коленчатого вала 6 в об/мин. Например, при передаточном соотношении 3,3, при вращении коленчатого вала 6, например, со скоростью 2800 об/мин, скорость вращения коленчатого вала 6 в пневматической части 4 и компрессорной части 5 будет равна 900 об/мин, что обеспечит наибольшее КПД, работоспособность всей системы в целом, при определенных соотношениях рабочих объемов, описанных ранее, в рабочей части 3, пневматической части 4, и компрессорной части 5 комбинированного двигателя 2.
Система трубопроводов комбинированной силовой установки с двигателем внутреннего сгорания, связана следующим образом.
Выход турбокомпрессора 1 по трубопроводу связан с впуском 8 компрессорной части 5 и нагнетает воздух в компрессорную часть, для осуществления ее работы. При этом выпуск 9 компрессорной части 5 связан с впуском 8 рабочей части 3 и передает на нее нагнетенный воздух под определенным давлением для работы рабочей части 3 комбинированного двигателя 2.
На выходе из рабочей части 3, содержащей выхлопные отработанные газы, трубопровод связан с впуском 8 пневматической части 4, для передачи отработанных газов и осуществления работы пневматической части 4 комбинированного двигателя 2. При этом выход 9 пневматической части 4, связан с входом турбокомпрессора 1 и передает на него воздушную смесь/газы, для раскручивания его крыльчатки и для осуществления (ускорения/упрощения) его работы.
Пример 1
Система комбинированной силовой установки включает турбокомпрессор 1 и комбинированный двигатель 2;
Рабочий объем рабочей части 3 - V=6,0 литров, скорость вращения коленчатого вала п=2750 об/мин;
Рабочий объем пневматической части 4 Vп=18,0 литров, скорость вращения коленчатого вала п=810 об/мин;
Рабочий объем компрессорной части 5 Vк=6,0 литров, скорость вращения коленчатого вала п=810 об/мин;
Рабочая часть 3, пневматическая часть 4 и компрессорная часть 5, объединены системой трубопроводов и общим коленчатым валом 6;
На коленчатом валу 6 между рабочей частью 3 и пневматической частью 4 установлен редуктор 7 с передаточным соотношением i=3.4;
На конце коленчатого вала 6 расположен выходной вал 10.
Система работает в штатном режиме при взаимодействии и функционировании ее узлов, обеспечивая достижение заявленного результата.
Пример 2
Система комбинированной силовой установки включает турбокомпрессор 1 и комбинированный двигатель 2;
Рабочий объем рабочей части 3 - V=6,5 литров, скорость вращения коленчатого вала п=3000 об/мин;
Рабочий объем пневматической части 4 - Vп=19,5 литров, скорость вращения коленчатого вала п=900 об/мин;
Рабочий объем компрессорной части 5 - Vк=6.5 литров, скорость вращения коленчатого вала п=900 об/мин;
Рабочая часть 3, пневматическая часть 4 и компрессорная часть 5, объединены системой трубопроводов и общим коленчатым валом 6;
На коленчатом валу 6 между рабочей частью 3 и пневматической частью 4 установлена коробка передач 7 с передаточным соотношением i=3.3;
На конце коленчатого вала 6 расположена коробка передач с выходным валом 10.
Система работает в штатном режиме при взаимодействии и функционировании ее узлов, обеспечивая достижение заявленного результата.
Таким образом, созданная модернизированная система комбинированной силовой установки за счет конструкции комбинированно двигателя, состоящего из трех взаимосвязанных узлов 3, 4, 5, системы трубопроводов и общим, связанным в единый модуль коленчатым валом 6, которые задействуют энергию выхлопных газов, а также энергию воздуха в компрессорной 5 и пневматической части 4, обеспечивает повышение эффективности работы системы, повышение ее КПД с использованием энергии отработанных газов, при простоте ее конструкции.
Claims (7)
1. Система комбинированной силовой установки, характеризующаяся тем, что включает турбокомпрессор и комбинированный двигатель, состоящий из рабочей части, работающей в четырехтактном режиме, пневматической части, работающей в двухтактном режиме, и компрессорной части, работающей в двухтактном режиме, каждая из которых имеет цилиндропоршневую группу (ЦПГ), а также головку блока цилиндра (ГБЦ) с системой впускного и выпускного коллекторов с клапанным механизмом,
рабочая часть, пневматическая часть и компрессорная часть объединены системой трубопроводов и общим коленчатым валом, при этом на коленчатом валу между рабочей частью и пневматической частью установлен механизм изменения передаточного числа,
при этом выход турбокомпрессора нагнетающего воздух по трубопроводу в компрессорную часть связан с впуском компрессорной части, а выпуск компрессорной части связан с впуском рабочей части,
выход рабочей части, содержащей выхлопные газы, связан с впуском пневматической части, а выход пневматической части связан с входом турбокомпрессора,
при этом рабочий объем рабочей части равен рабочему объему компрессорной части и рабочий объем пневматической части в три раза больше рабочего объема рабочей части.
2. Система комбинированной силовой установки по п. 1, характеризующаяся тем, что механизм изменения передаточного числа выполнен в виде коробки передач.
3. Система комбинированной силовой установки по п. 1, характеризующаяся тем, что на конце коленчатого вала расположен выходной вал.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2792503C1 true RU2792503C1 (ru) | 2023-03-22 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4157080A (en) * | 1975-02-11 | 1979-06-05 | Hill Craig C | Internal combustion engine having compartmented combustion chamber |
| US4186561A (en) * | 1977-09-22 | 1980-02-05 | Wishart John Donald | Split cycle internal combustion engines |
| US5199262A (en) * | 1991-11-05 | 1993-04-06 | Inco Limited | Compound four stroke internal combustion engine with crossover overcharging |
| US5261238A (en) * | 1990-12-20 | 1993-11-16 | Olsen Leonard E | Internal combustion steam engine |
| RU2082891C1 (ru) * | 1990-06-22 | 1997-06-27 | Бетти Джин Хэринг | Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания |
| US5934076A (en) * | 1992-12-01 | 1999-08-10 | National Power Plc | Heat engine and heat pump |
| US20100077987A1 (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-01 | Voisin Ronald D | Powering an internal combustion engine |
| US20160333776A1 (en) * | 2013-12-19 | 2016-11-17 | Volvo Truck Corporation | An internal combustion engine |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4157080A (en) * | 1975-02-11 | 1979-06-05 | Hill Craig C | Internal combustion engine having compartmented combustion chamber |
| US4186561A (en) * | 1977-09-22 | 1980-02-05 | Wishart John Donald | Split cycle internal combustion engines |
| RU2082891C1 (ru) * | 1990-06-22 | 1997-06-27 | Бетти Джин Хэринг | Способ работы двигателя внутреннего сгорания и двигатель внутреннего сгорания |
| US5261238A (en) * | 1990-12-20 | 1993-11-16 | Olsen Leonard E | Internal combustion steam engine |
| US5199262A (en) * | 1991-11-05 | 1993-04-06 | Inco Limited | Compound four stroke internal combustion engine with crossover overcharging |
| US5934076A (en) * | 1992-12-01 | 1999-08-10 | National Power Plc | Heat engine and heat pump |
| US20100077987A1 (en) * | 2008-09-26 | 2010-04-01 | Voisin Ronald D | Powering an internal combustion engine |
| US20160333776A1 (en) * | 2013-12-19 | 2016-11-17 | Volvo Truck Corporation | An internal combustion engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7753036B2 (en) | Compound cycle rotary engine | |
| US2585968A (en) | Turbosupercharged internal-combustion engine having hydraulic means to connect turbine to engine output shaft at high load | |
| JP2524139B2 (ja) | 内燃エンジン及びその運転方法 | |
| JP3062948B2 (ja) | 遮断されるシリンダを持つ過給可能な内燃機関 | |
| US3257797A (en) | Tandem supercharging system | |
| US6216462B1 (en) | High efficiency, air bottoming engine | |
| US3941104A (en) | Multiple turbocharger apparatus and system | |
| US20070074513A1 (en) | Turbo charging in a variable displacement engine | |
| US20060219227A1 (en) | Toroidal intersecting vane supercharger | |
| KR101449141B1 (ko) | 차량의 폐열 회수 시스템을 이용한 터보장치 | |
| US4873825A (en) | Positive displacement engine compounded with a gas turbine engine | |
| GB2034815A (en) | Supercharge internal-combustion engine | |
| Heim | Existing and future demands on the turbocharging of modern large two-stroke diesel engines | |
| WO2009050534A1 (en) | An engine unit with dedicated compressor, heating device and turbine on the intake air circuit and automotive vehicle incorporating such engine unit | |
| US9890695B2 (en) | Exhaust gas recirculation in a reciprocating engine | |
| RU2334886C1 (ru) | Комбинированная силовая установка с охлаждаемой турбиной и регенерацией тепла | |
| RU2792503C1 (ru) | Система комбинированной силовой установки | |
| GB1573193A (en) | Reciprocating piston internal combustion engine and turbocharger assembly | |
| RU2792507C1 (ru) | Система комбинированной силовой установки с двумя коленчатыми валами | |
| CN104533599B (zh) | 内燃机的两级可调增压系统 | |
| US6481206B1 (en) | Compound cycle internal combustion engine | |
| SU1537852A1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорани | |
| US11808225B1 (en) | Engine load control during a transient event | |
| SU1701954A1 (ru) | Силова установка | |
| GB2118621A (en) | Two stage i.c. engine supercharging |