SU1671921A1 - Двигатель внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

Изобретение позвол ет повысить эффективность использовани  энергии отработавших газов двигател  внутреннего сгорани  и снизить их токсичность. Газоприемный патрубок турбины 2 турбокомпрессора сообщен с выхлопной трубой 13 через перепускной клапан 7 и обводной канал 6, в котором установлена вихрева  труба 9. "Гор чий" выпускной патрубок 12 вихревой трубы сообщен с выхлопной трубой, а "холодный" подключен к разветленному газопроводу 18. Одна ветвь газопровода подключена к впускному патрубку теплообменника 20, установленного в резервуаре ниже уровн  жидкости, а друга  подключена к резервуару над уровнем жидкости. Выпускной патрубок 21 теплообменника сообщен с выхлопной трубой 13. Во врем  работы с повышенной частотой и нагрузкой часть отработавших газов двигател  через перепускной клапан 7 и обводной канал 6 поступает в вихревую трубу 9, где происходит их температурное разделение. Через "гор чий" выпускной патрубок 12 высокотемпературные газы в смеси с несгоревшими частицами поступают в выхлопную трубу, а через "холодный" поступают в теплообменник 20 под уровнем жидкости и в резервуар над уровнем жидкости. Пониженна  температура газов из "холодного" патрубка позвол ет использовать их дл  подогрева топлива и масла, а отделение несгоревших частиц в "гор чий" поток способствует их дожиганию. 1 с. и 3 з.п. ф-лы. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , в частности - двигателестроению, а конкретно - к двигател м внутреннего сгорани  с регулируемым наддувом и использованием энергии перепускаемых отработавших газов.

Цель изобретени  - повышение эффективности использовани  энергии отработавших газов и снижение их токсичности.

На фиг. 1 схематически показан общий вид системы наддува и жидкостный резервуар; на фиг. 2 - разрез А-А вихревой трубы по фиг.1: на фиг. 3 - эжектор и его подсоединени  к выхлопной трубе и выпускному

патрубку теплообменника; на фиг. 4 - вариант выполнени  разветвлени  газопровода дл  случа  использовани  резервуара в системе смазки.

Турбокомпрессор 1 системы наддува, содержащий газовую турбину 2 и центробежный компрессор 3.соединенные с двигателем внутреннего сгорани  (не показан) выпускным трубопроводом 4 и нагнетательным трубопроводом 5. причем, с целью регулировани  турбокомпрессор 1 снабжен обводным каналом 6 и перепускным клапаном 7, имеющим дл  своего управлени  воздушный канал 8. Выпускной трубопровод 4

О 4

Ю Ю

с помощью обводного канала 6 соединен с вихревой трубкой 9, котора  имеет тангенциальный или спиральный сопловой ввод 10 (фиг. 2), рабочую часть с закрепленным на выходе гор чим выпускным патрубком и конусом 11. Участок гор чего выпускного патрубка 12 размещен в выхлопной трубе 13 и ориентирован против потока отработавших газов в этой трубе.

Второй холодный выпускной патрубок вихревой трубы 9 выполнен в виде центральной трубки 14 с диафрагмой 15 на входе и сообщен со змеевиком 16, охлажденным жидкостью, например, водой, поступающей по трубопроводу 17 из корпуса газовой турбины 2 или блока двигател . Змеевик выполнен в виде участка, разветвленного газопровода 18, одна ветвь которого (втора ) соединена с жидкостным резервуаром 19 над уровнем жидкости. Резервуар служит емкостью дл  топлива или дл  масла и включен в систему питани  или смазки. Перва  ветвь газопровода 18 соединена с впускным патрубком газожидкостного рекуперативного теплообменника 20, размещенного в резервуаре ниже уровн  жидкости. Выпускной патрубок21 теплообменника частично размещен в выхлопной трубе 13. Втора  ветвь газопровода снабжена охлаждаемым фильтром-конденсатором 22 и обратным клапаном 23. Резервуар снабжен предохранительным клапаном 24 избыточного давлени . Обе ветви оснащены запорными клапанами 25 и 26. Выходна  магистраль 27 резервуара может быть проложена р дом с одной из ветвей газопровода дл  дополнительного подогрева.

В варианте по фиг. 3 патрубок 12 частично размещен внутри выхлопной трубы 13 вдоль ее оси и ориентирован вдоль потока газов в выхлопной трубе, а выхлопна  труба подключена к активному соплу эжектора 28, пассивное сопло которого подключено к выпускному патрубку 21 теплообменника.

Гор чий выпускной патрубок 12 может быть выполнен сужающимс  к выходу, в этом случае вихрева  труба выполн етс  без конуса 1 или же он замен етс  крестовиной дл  раскрутки потока.

При использовании резервуара 19 в системе смазки с сухим картером разветвление газопровода 18 выполн етс  в виде эжектора 29 (фиг. 4), пассивное сопло которого сообщено с резервуаром.

Двигатель работает следующим образом .

С повышением частоты вращени  вала двигател  и нагрузки до номинальной включительно турбокомпрессор 1 повышает давление наддува в нагнетательном трубопроводе

5 и цилиндрах двигател , причем давление воздуха, сжатого в компрессоре 3, передаетс  по каналу 8, воздействует на мембрану перепускного клапана 7 и открывает его. В

этот момент отработавшие газы двигател , выход щие из выпускного трубопровода 4, направл ютс  преимущественно в газовую турбину 2 и затем - выхлопную трубу 13, но часть газов движетс  через открытый кла0 пан 7 в обводной канал 6 и поступает в сопловой ввод 10 вихревой трубы 9. В вихревой трубе 9, благодар  высокой (звуковой) скорости истечени  газов из сопла и-тангенциальному или спиральному вводу потока,

5 создаетс  интенсивное вращательное движение газов, которое сопровождаетс  температурным разделением с образованием более нагретого потока (гор чего) на периферии неохлаждаемой рабочей части вихре0 вой трубы 9 и охлажденного потока (холодного) на оси трубы, движущихс  про- тивоточно, Кроме того, в трубе 9 создаетс  радиальна  неравномерность давлени  и концентрации механических частиц, таких

5 как сажа и зола. Причем процесс сепарации цастиц в гор чий поток сопровождаетс  выгоранием углерода и уносом золы в гор чем потоке, проход щем через кольцевое сечение на конусе 11 и отводимом через

0 патрубок 12 в выхлопную трубу 13. Выход газов из патрубка 12 навстречу основному потоку из газовой турбины 2 притормаживает несколько этот поток и тем самым улучшаетуслови регулировани 

5 турбокомпрессора 1. Эффект торможени  может быть усилен установкой регулирующей заслонки в трубе 13.

Холодный поток движетс  через диафрагму 15 по центральной трубе 14 и допол0 нительно охлаждаетс  в змеевике 16 до температуры 480-520 К. а затем по одной из ветвей трубопровода 18 направл етс  в теплообменник 20. Сравнительно невысока  температура позвол ет использовать газы

5 дл  подогрева топлива или масла в резервуаре 19. Через выпускной патрубок 21 поток отводитс  в выхлопную трубу 13. Параллельно с этим холодный поток частично направл етс  во вторую ветвь трубопровода 18. в

0 фильтр-конденсатор 22, в котором подвергаетс  тонкой фильтрации с конденсацией вод ного пара, образованием кислот и осушкой газов, достигающих температуры не выше 373 К. Затем отработавшие газы

5 через обратный клапан 23 заполн ют резервуар 19 над уровнем жидкости и создают в ней избыточное давление, величина которого определ етс  суммарным гидравлическим сопротивлением трубопровода 18. Верхний уровень давлени  в резервуаре 19

поддерживаетс  автоматически клапаном 24, при открытии которого газы выбрасываютс  в атмосферу или в выхлопную трубу 13. Газы из фильтра-конденсатора 22 перетекают постепенно в резервуар 19 по мере снижени  уровн  жидкости и своим давлением способствуют ее движению в расходной магистрали 27.

Распределение отработавших газов на гор чий и холодный потоки определ етс  величиной проходных сечений на конусе 11 и в диафрагме 15 вихревой трубы, а также положением клапанов 25 и 26, при закрытии которых или только клапана 26 холодный поток практически не образуетс , и отработавшие газы из вихревой трубы,дополнительно не разогрева сь, отвод тс  через патрубок 12 в выхлопную трубу 13.

При пуске двигател , работе на холостом ходу или под нагрузкой на низких частотах вращени  вала двигател  перепускной клапан 7 закрыт, и вихрева  труба 9 выполн ет новую функцию, соединительного трубопровода дл  рециркул ции отработавших газов из выхлопной трубы 13 в патрубок 12 и дальнейшего движени  по разветвленному трубопроводу 18 с возвратом через выпускной патрубок 21 в выхлопную трубу 13. Этот путь рециркул ции отработавших газов сохран етс  полностью в системе согласно варианту (фиг. 3), в котором движение газов создаетс  эжектором 28. При открытом клапане 7 о эжектор 28 поступает лишь холодный поток из вихревой трубы 9, а гор чий поток двигател  поступает в обычном направлении и на выходе из патрубка 12 создает эжекцию, снижающую несколько противодавление за газовой турбиной 2.

Эжектор 29 создает разрежение в резервуаре 19, обеспечивает деаэрацию масла , поступающего из картера двигател , и удал ет газы через фильтр в общий поток газопровод 18 и выхлопную трубу 13.

Двигатель предназначен, в первую очередь , дл  работы с высоким наддувом на ут желенном моторном топливе с подогревом . Система утилизации тепла перепускаемых газов многофункциональна и обеспечивает на переменных режимах работы двигател  нагрев топлива или масла в напорной емкости, наддув емкости или разрежение в ее газовой полости, расшир ет возможности регулировани  турбокомпрессора и обладает саморегулированием. При работе двигател  под нагрузкой в системе

происходит дожигание сажи и других горючих компонентов, благодар  чему снижаетс  обща  токсичность отработавших газов В предлагаемой системе поддерживаетс  пожарнаи безопасность путем последовательного ступенчатого охлаждени  отводимых отработавших газов, что также преп тствует термическому распаду топлива или масла в напорной емкости. Пожарна 

безопасность обеспечиваетс  и за счет низкой окислительной способности отработавших газов

15

Claims (4)

1. Двигатель внутреннего сгорани , содержащий системы питани  и смазки с жидкостными резервуарами дл  топлива и масла и систему наддува с турбокомпрессором . у которого газоприемный патрубок сообщен с выхлопной трубой через перепускной клапан и обводной канал, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  эффективности использовани  энергии отработавших газов и снижени  их токсичности, двигатель снабжен газожидкостным теплообменником , газопроводом и вихревой трубой с гор чим и холодным выпускными патрубками, газожидкостный теплообменник установлен в одном из резервуаров ниже уровн  жидкости, а вихрева  труба установлена о обводном канале, причем гор чий выпускной патрубок вихревой трубы сообщен с выхлопной трубой, а холодный

подключен к газопроводу , разветвл ющему- с  на две ветви, перва  из которых подсоединена к впускному патрубку теплообменника , а втора  - резервуару над уровнем жидкости.

2. Двигатель по п. 1, отличающийс   тем, что он снабжен жидкостным газоохладителем , выполненным в виде участка газопровода, заключенного между разветвлением и холодным патрубком вихревой

трубы.

3.Двигатель по пп. 1. 2, о т л и ч а ю щ- и и с   тем, что гор чий выпускной патрубок вихревой трубы частично размещен внутри выхлопной трубы вдоль ее оси и ориентирован против потока газов в выхлопной трубе.

4.Двигатель по пп. 1-3, о т л и ч а ю щ- и и с   тем, что он снабжен эжектором, активное сопло которого подключено к выхлопной трубе, а пассивное - к выпускному патрубку теплообменника

з Ч

ю

2/

м I. . . f A-

Фиг 2

Фиг. U