SU1665060A1 - Комбинированный двигатель внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД двигател  и снижение токсичности путем повышени  концентрации кислорода в свежем зар де. Двигатель содержит цилиндры 1 с механизмом газораспределени  впускным трактом 4, имеет приводной нагнетатель 5 и трубокомпрессор 7. После компрессора 8 установлена селективна  мембранна  камера 11. Воздух нагнетаетс  трубокомпрессором 7, раздел етс  в мембранной камере 11 на обогащенный кислородом и обедненный кислородом. Первый подаетс  через нагнетатель 5 в цилиндр 1, а обедненный кислородом воздух подаетс  на турбину 10, повыша  КПД наддува. При этом повышаетс  КПД двигател  и снижаетс  токсичность из-за повышени  содержани  кислорода и снижени  потерь наддува. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , а именно к двигател м внутреннего сгорани  с нагнетател ми и приспособлением обогащени  воздуха кислородом.

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД двигател  и снижени  токсичности путем повышени  концентрации кислорода в свежем зар де.

На фиг.1 изображена принципиальна  схема предлагаемого двигател ; на фиг.2 - схема двигател  с двум  мембранными камерами; на фиг.З - схема двигател  с двухступенчатым наддувом; на фиг.4 - схема мембранной камеры.

Двигатель включает цилиндры 1 с выпускными клапанами 2, св занными с выпускным 3 и впускным 4 трактами, Двигатель имеет приводной нагнетатель 5, механически (валами 6 и передачами) св занный с коленчатым валом двигател , и турбокомпрессор 7, состо щий из компрессора 8 и турбины 9. К турбокомпрессору подсоединена турбина 10 дл  расширени  газа, обогащенного азотом (азота).

После компрессора 8 установлена селективна  мембранна  камера 11 (МК). Каналом 12 обогащенного кислородом воздуха камера 11 через охладитель 13 и приводной компрессор 5 соединена с основным впускным трактом 4. Каналом 14 обедненного кислородом воздуха камера через теплообменник 15 соединена с турбиной 10. Дл  прогрева азота теплом отработавших газов теплообменник 15 подключен к выходному патрубку турбины 9.

Двигатель может иметь две мембранные камеры 11 (МК1) и 16 (МК2), установленные после них дополнительные охладители 17 и 18 наддувочного воздуха, а также дополнительный впускной тракт 19, соединенный с каналом обогащенного кислородом воздуха мембранной камеры 16.

Двигатель может иметь дополнительный турбокомпрессор 20, причем канал обедненного кислородом воздуха дополнительной мембранной камеры 16 соединен через теплообменник 15 с турбиной 9 первой ступени наддува.

Возможны и иные варианты выполнени  двигател . Варианты могут отличатьс  числом и последовательностью подключени  мембранных камер, соединением азот- ных каналов нескольких камер с различными турбинами и их ступен ми и т.д.

Возможны различные схемы прогрева и использовани  мощности азотных потоков . Азотные каналы дл  прогрева азота могут подсоедин тьс  к системам охлаждени  двигател  и его агрегатов, к охладител м воздуха, пенетранта, азота других ступеней нагнетани  и т.п. Турбины или иные расширительные машины, св занные с азотными каналами, могут соедин тьс  с

коленвалом и иными валами двигател , валами вентил торов системы охлаждени  и других агрегатов, включа  агрегаты силовой установки, на которой используетс  двигатель. Двигатель может иметь системы газораспре0 делени  и топливоподачи, обеспечивающие работу по четырех- или двухтактному циклам , с внутренним или внешним (при системе зажигани ) смесеобразованием.

Мембранные камеры, установленные во

5 впускном тракте, могут иметь различную конструкцию. На фиг.4 изображена одна из наиболее компактных компоновок мембран по типу полые волокна. Мембранна  камера (или по иной терминологии мембранный

0 аппарат) устроена следующим образом. В корпусе 21 установлена мембрана в виде пучка полых волокон 22. Волокна собраны в пучок с помощью спирально навитой нити 23, котора  одновременно обеспечивает необхо5 димый зазор между отдельными волокнами, что улучшает распределение раздел емого воздуха в пучке волокон 22. Пучок полых волокон 22 закреплен в трубных плитах 24. Воздух из компрессора 8 поступает че0 рез впускной патрубок 25 внутрь полых волокон 22. Стенки волокон сделаны из мембран, пропускающих кислород лучше, чем азот. За счет разности давлений внутри и снаружи полых волокон воздух проходит

5 через стенку волокна и обогащаетс  кислородом . Обогащенный кислородом пенет- рант отводитс  через канал 12. Обедненный кислородом воздух (азот) отводитс  с противоположного конца полых волокон и уда0 л етс  из камеры через канал 14.

Двигатель работает следующим образом .

Процессы сжати , сгорани , расширени  и выпуска аналогичны этим процессам

5 в других поршневых ДВС. При сгор ании образуетс  значительно меньше продуктов неполного горени , чем в традиционных двигател х, ввиду более полного сгорани  в среде, обогащенной кислородом. Отрабо0 тавшие газы из турбины 9 поступают в теп- лообменник, где нагревают азот. Последний из теплообменника 15 поступает в турбину 10, где расшир етс . Мощность этой турбины вместе с мощностью турбины

5 9 используетс  дл  привода компрессора 8, который нагнетает атмосферный воздух в мембранную камеру 11 (МК).

Когда сжатый воздух проходит через мембранную камеру, в данной конструкции по полым волокнам, под действием перепада давлений через мембрану, из которой сделаны стенки волокон, кислород проходит лучше, чем азот. Таким образом в межволоконном пространстве оказываетс  воздух, обогащенный кислородом, а внутри волокон - воздух, обогащенный азотом. Этот азот отводитс  через канал 14, а обогащенный кислородом воздух через канал 12 поступает в охладитель 13 наддувочного воздуха, где охлаждаетс . Затем после ежа- ти  в приводном компрессоре 5 обогащенный кислородом воздух через впускной тракт 4 поступает в двигатель.

Работа двигател , схема которого изображена на фиг.2, отличаетс  в основном тем, что обогащение кислородом происходит не в одной, а в двух мембранных камерах . Кроме камеры 11 (МК1), обогащение кислородом происходит в камере 16 (МК2). Перед подачей в эту камеру газа он допол- нительно сжимаетс  компрессором 5-. Обогащенный кислородом пенетрант через охладитель 18 и дополнительный впускной тракт 19 поступает в цилиндр двигател . Впускной клапан тракта 19 открываетс  позднее клапана тракта 4, так как давление пенетранта, поступающего в этот тракт/выше , чем давление пенетранта, поступающего в тракт 4. Когда разность давлений пенетранта, поступающего из обеих камер, значительна, впуск через тракт 19 начинаетс  с интервалом после закрыти  клапана тракта 4.3а этот интервал происходит сжатие газа, поступившего в цилиндр через тракт 4. В результате сжати  уменьшаетс  градиент давлений между газом, наход щимс  в цилиндре и выход щим из камеры 16. Вследствие уменьшени  градиента давлений уменьшаетс  диссипаци  энергии и повышаетс  КПД.

Азот, выход щий под давлением из камеры 16(МК2), направл етс  через теплообменник 15 в турбину 10.

В двигателе, работающем по схеме, изображенной на фиг.З, реализовано двух- ступенчатое сжатие в двух турбокомпрессорах и 20. Азот, нагретый втеплообменнике 15, дл  компактности двигател  расшир етс  в турбине 9 турбокомпрессора 7 вместе с выпускными газами.

Мембранные камеры обеспечивают подачу в двигатель свежего зар да, обогащенного кислородом. Вследствие этого горение топлива происходит более полно, что снижает то ксичность отработавших газов. Расширение потока азота в турбине, ступенчатое сжатие и другие перечисленные выше технические решени  повышают КПД. компенсиру  уменьшение КПД вследствие сопротивлени  мембран.

Claims (3)

1.Комбинированный двигатель внутреннего сгорани , содержащий впускной и выпускной тракты, механизм газораспределени , селективные мембранные камеры с каналом отвода обедненного кислородом воздуха и каналом обогащенного кислородом воздуха, сообщенным через приводной нагнетатель с впускным трактом двигател , отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД двигател  и снижени  токсичности путем повышени  концентрации кислорода в свежем зар де, двигатель снабжен охладителем, турбокомпрессором, охладитель установлен в канале обогащенного кислородом воздуха перед приводным нагнетателем, турбина турбокомпрессора сообщена с выпускным трактом, а компрессор - с мембранной камерой, при этом канал отвода обедненного кислородом воздуха мембранной камеры сообщен с турбиной .

2.Двигатель по п.1,отличающийс  тем, что он снабжен по меньшей мере одним дополнительным впускным трактом, теплообменником , по меньшей мере- одной дополнительной мембранной камерой и двум  дополнительными охладител ми, канал отвода обедненного кислородом воздуха основной мембранной камеры сообщен через первый дополнительный охладитель с дополнительной мембранной камерой, канал обогащенного кислородом воздуха которой сообщен через второй дополнительный охладитель с дополнительным впускным трактом , при этом канал отвода обедненного кислородом воздуха дополнительной мембранной камеры сообщен через теплообменник с турбиной.

3.Двигатель по пп. 1 и2,отличаю- щ и и с   тем, что он снабжен дополнительным турбокомпрессором, турбина которого сообщена с выпускным трактом, а компрессор - с дополнительной мембранной камерой .

0902991

ivcfounvnft о

хошоц

21

ZZZZZ2

г

ЮС/рНПУПЪ

д ошнойшзнаи ношоц

Ј ЭПф

21

и

ZZZZZ2Z

г

xfipeog

ч-ьлллл лЗ ССВиХ&

ЈZ II

hi