SU1703842A1 - Двигатель внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

Изобретение позвол ет повысить эффективность использовани  теплоты выпускных газов двигател  внутреннего сгорани . Двигатель 1 содержит впускной 2 и выпускной 3 коллекторы, магистраль 4 подачи хладагента в систему охлаждени  двигател , волновой обменник 8 давлени  с каналами 9-12 дл  подвода и отвода сжимаю- щего газа и сжимаемого воздуха. В канале 10 размещен теплообменник 13 использовани  теплоты выпускных газов, снабженный каналом 14 выпуска хладагента из теплообменника и подключенный к магистрали 15 выпуска хладагента из рубашки ох

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , а именно к двигателестроению и устройствам дл  наддува двигател .

Известны системы дл  эжекционного наддува двигател  внутреннего сгорани ,со- держащие эжектор с камерой разрежени , периодически подключаемой через запорный орган к резонансному впускному трубопроводу , подключенному к наддувочному ресиверу двигател  посредством обратного клапана. В таких устройствах энерги  отработавших газов, срабатыва  в эжекторе, обеспечивает периодическое ускорение воздушного столба во впускном трубопроводе с целью создани  избыточного давлени  в ресивере. Осуществл емый таким образом наддув двигател  характеризуетс  невысокой эффективностью ввиду диссипации энергии в камере смешени  эжектора и впускном трубопроводе.

Известно устройство двигател , содер-, жащее жидкостную систему охлаждени , с магистралью выпуска хладагента, подключенной к активному соплу парогазового эжектора, установленного в выпускном тракте. Теплова  энерги  хладагента используетс  дл  создани  посредством эжекционного эффекта разрежени  в выпускном тракте двигател . Благодар  этому снижаетс  противодавление выпуску, что способствует улучшению продувки цилиндров и снижению работы насосных ходов поршневого двигател . Однако данное устройство не обеспечивает наддув двигател  свежим воздухом , поскольку в нем утилизируетс  энерги  относительно невысокого температурного потенциала хладагента на выходе из системы охлаждени . В поршневых двигател х внутреннего сгорани  средн   температура хладагента в значительном диапазоне режимов эксплуатации не превышает ЮО..,110°С. Попытка повышени  температуры хладагента на выходе из ДВС за счет выполнени 

системы каналов, размещенных в головке цилиндров, усложн ет конструкцию двигател  и повышает теплонапр женность камеры сгорани .

Известно применение эжектора, а также теплообменника, установленных в контактной ГПТУ с утилизацией теплоты отработавших газов и промежуточным охлаждением воздуха перегретой водой. Однако утилизированна  теплота используетс  дл  повышени  энергии газов срабатываемой в силовой турбине установки, при этом в эжекторе в качестве активной среды используетс  не пар, а перегрета  вода. Причем,

начина  с некоторого момента, повышение подогрева воды в теплообменнике нецелесообразно , так как сопровождаетс  увеличением затрат на сжатие водовоздушной среды во второй ступени компрессора. В

известной схеме ГПТУ не предусмотрено также использование волнового обменника давлени .

Известен двигатель внутреннего сгорани , содержащий рубашку охлаждени , охватывающую камеру сгорани , впускной и выпускной коллекторы, утилизационную турбину, подключенную к выпускному коллектору , и магистрали подачи охлаждающего агента в рубашку охлаждени  и выпуска

пара в выпускной коллектор. Недостатком данного устройства  вл етс  недостаточно полное использование теплоты выпускных газов, часть которой отводитс  в окружающую среду,

Целью изобретени   вл етс  повышение экономичности двигател  путем улучшени  использовани  теплоты, отводимой в окружающую среду.

Поставленна  цель достигаетс  тем.

что двигатель внутреннего сгорани , содержащий цилиндр с камерой сгорани  впускной и выпускной коллекторы, рубашку охлаждени , охватывающую камеру сгорани , магистраль подачи в нее хладагента и магистраль выпуска хладагента, пэрогазо- вый эжектор, активное сопло которого подключено к магистрали выпуска хладагента, а пассивное - к выпускному коллектору двигател , снабжен волновым обменникомдав- лени , канал дл  подвода сжимающего газа которого подключен к камере смешени  па- рогазового эжектора, а канал дл  отвода сжатого воздуха - к впускному коллектору двигател . Между магистралью выпуска хладагента и каналом дл  отвода сжимающих газов волнового обменника давлени  размещен теплообменник. В магистрали выпуска хладагента перед теплообменником размещен подогреватель, использующий тепло, отводимое в холодильнике наддувочного воздуха. Во впускном коллекторе двигател  после холодильника наддувочного воздуха (по направлению потока воздуха) размещен отделитель жидкости, сообщенный посредством дополнительного канала с магистралью подачи хладагента в рубашку охлаждени .

Снабжение двигател  волновым обмен- ником давлени  обеспечивает использование энергии отработавших газов двигател  и хладагента системы охлаждени .дл  наддува цилиндров двигател  свежим зар дом. Благодар  подключению каналов подвода сжимающего газа волнового обменника давлени  к камере смешени  парогазового эжектора достигаетс  повышение энергии сжимающего газа за счет увеличени  расхода и повышени  давлени  сжимающих газов в эжекторе. При этом в качестве активной среды в эжекторе используетс  хладагент , наход щийс  в состо нии пара под давлением, превышающим давление отработавших газов в выпускном коллекторе двигател .

Размещенный между магистралью выпуска хладагента и каналом дл  отвода газов из обменника давлени  теплообменник обеспечивает использование теплоты отработавших газов дл  повышени  температуры пара хладагента, что способствует повышению энергии сжимающих газов перед обменником, а следовательно, и повышению давлени  наддува двигател . Подогрев хладагента осуществл етс  с помощью подогревател , отбирающего тепло в процессе охлаждени  наддувочного воздуха . Эффективность такого подогрева обусловлена тем, что сжатый в волновом обменнике наддувочный воздух имеет температуру , превышающую температуру хладагента на выходе из двигател . Таким образом, через двухступенчатый дополнительный подогрев хладагента осуществл етс  более полна  утилизаци  теплоты, от5 водимой в окружающую среду.

Благодар  давлению в зоне перемешивани  сжимающих газов и сжимаемого воздуха, а также возможной рециркул ции сжимающего газа во впускной коллектор на режимах

0 частичных нагрузок, наддувочный воздух содержит пары хладагента (вода), которые частично конденсируютс  б холодильнике наддувочного воздуха в виде капель жидкости , Размещение после холодильника надду5 вочного воздуха отделител  жидкости, сообщенного посредством дополнительного канала с магистралью подачи хладагента в рубашку охлаждени , обеспечивает удаление жидкости из наддувочного воздуха, а также частичную компенсацию расхода хладагента , выбрасываемого через активное сопло эжектора.

В предложенном устройстве утилизаци  теплоты осуществл етс  одновременно

в трех контурах, причем ограничений по повышению подогрева пара перед эжектором в пределах реального температурного диапазона рабочего цикла нет. Конечный эф- , фект утилизации тепла в предложенном

0 устройстве заключаетс  в возможности повысить давление наддува двигател  при одновременном снижении противодавлени  выпуску газов из цилиндров.

На чертеже представлен двигатель

5 внутреннего сгорани .

Двигатель 1 содержит впускной 2 и выпускной 3 коллекторы, магистраль подачи хладагента 4 в систему охлаждени  двигател , включающую водоподкачивающую пом0 пу 5. расширительный бачок б и циркул ционный насос 7, волновой обмен- ник 8 давлени  с каналами 9-12 дл  подвода и отвода сжимающего газа и сжимаемого воздуха. В канале 10 размещен теплообмен5 ник 13 использовани  теплоты выпускных газов, снабженный каналом 14 выпуска хладагента из теплообменника, и подключенный к магистрали 15 выпуска хладагента из рубашки охлаждени  двигател  1. К каналу

0 9 подключен парогазовый эжектор 16, активное сопло 17 которого подключено к каналу 14, а пассивное сопло 18 выполнено в виде участка выпускного коллектора 3. В стыке между каналом 12 и впускным коллек5 тором 2 установлена холодна  полость 19 охладител  наддувочного воздуха, гор ча  полость 20 которого включена в магистраль 15 выпуска хладагента из рубашки охлаждени . Между холодной полостью 19 и впуск0 ным коллектором 2 установлен отделитель жидкости 21, снабженный отводным каналом 22, подключенным к магистрали 4 подачи хладагента.

Устройство работает следующим образом .

Хладагент из расширительного бачка 6 с помощью циркул ционного насоса 7 по магистрали 4 подаетс  в рубашку охлаждени  двигател  1, где он нагребаетс , одновременно охлажда  стенки камеры сгорани  двигател . В магистрали 15 выпуска хладагент, подверга сь дальнейшему подогреву гор чей полости 20 охладител  наддувочного воздуха, а затем в теплообменнике 13, превращаетс  в перегретый пар. Последний, истека  через активное сопло эжектора 17, увлекает за собой через пассивное сопло 18 отработавшие газы из выпускного коллектора 3 двигател  1, в результате чего повышаетс  давление, масса и объем сжимающего газа обменника 8 давлени . В волновом обменнике давлени  осуществл етс  следующий газодинамический цикл.

В процессе вращени  ротора обменни- ка 8 напорообменнные  чейки совмещаютс  с окном канала 9, в результате чего в  чейке распростран етс  волна давлени , сжимающа  наход щийс  в ней воздух. Вслед за волной давлени  в  чейку поступает сжимающий газ. К моменту прохождени  волной всей длины  чейки ее противоположный конец сообщаетс  с окном канала 12, и сжатый воздух нагнетаетс  через холодную полость 19 охладител  наддувочного воздуха и отделитель жидкости 21 во впускной коллектор 2 двигател  1.

В канале 12 к сжатому воздуху, особенно на режимах частичных нагрузок, подмешиваетс  часть паров хладагента. Пары хладагента конденсируютс  в холодной полости 19 охладител  и удал ютс  из наддувочного воздуха в отделителе 21 жидкости. Из отделител  21 жидкости хладагент через канал 22 подводитс  в магистраль 4, благодар  чему снижаетс  расход хладагента, подкачиваемого помпой 5 из внешнего источника . Теплота, отводима  от наддувочного воздуха в холодильнике 19, подводитс  к хладагенту в гор чей полости 20.

Процесс отвода сжатого воздуха из  чейки обменника 8 через окно канала 12 продолжаетс  до момента подхода к нему волны разрежени , образовавшейс  в результате разобщени   чейки с окном канала 9. При дальнейшем вращении ротора эта же  чейка сообщаетс  с окном канала 10 дл  отвода сжимающего газа.Образующа с  при этом волна разрежени  достигает противоположного выходного сечени   чейки в момент ее сообщени  с окном канала 11 дл  подвода воздуха. Импульс движени , вносимый волной возмущени , обеспечивает

удаление отработавшего сжимающего газа и заполнение  чейки свежим воздухом. Отработавший сжимающий газ в канале 10 через теплообменник 13 подогревает хладэ- гент , подводимый к соплу 17 эжектора 16.

В результате утилизации теплоты охлаждающей жидкости и газов, а также теплоты , отводимой от наддувочного воздуха в

охладителе, обеспечиваетс  повышение давлени  наддува при одновременном снижении противодавлени  выпуску газов из цилиндров двигател . Это способствует повышению эффективности работы двигател 

как за счет снижени  работы насосных ходов , так и за счет улучшени  наполнени  цилиндров двигател .

20

Claims (3)

1. Двигатель внутреннего сгорани , содержащий по меньшей мере один цилиндр с камерой сгорани  и рубашкой охлаждени , охватывающей последнюю, впускной и

5 выпускной коллекторы, подключенное к впускному коллектору устройство использовани  энергии выпускных газов дл  сжати  свежего зар да, магистраль подачи в рубашку охлаждени  хладагента, магистраль вы0 пуска из нее хладагента, теплообменник использовани  теплоты выпускных газов, снабженный каналом выпуска хладагента и подключенный к магистрали выпуска хладагента из рубашки охлаждени , и парогазо5 вый эжектор, активное сопло которого подключено к каналу выпуска хладагента из теплообменника, а пассивное выполнено в виде участка выпускного коллекторам т л и- ч ающийс  тем, что, с целью повышени 

0 экономичности путем более полного использовани  теплоты, подводимой с топливом , он снабжен охладителем наддувочного воздуха, устройство использовани  энергии выпускных газов дл  сжати  свежего зар 5 да выполнено в виде волнового обменника давлени , снабженного газовыпускным и воздухонапорным патрубками, теплообменник использовани  теплоты выпускных газов установлен в газовыпускном патрубке

0 волнового обменника давлени , а в стыке между его воздухонапорным патрубком и впускным коллектором установлена холодна  полость охладител  наддувочного воздуха , гор ча  полость которого включена в

5 магистраль выпуска хладагента из рубашки охлаждени .

2. Двигатель по п.1. отличающий- с   тем, что между охладителем наддувочного воздуха и выпускным коллектором установлен отделитель жидкости.

91703842 10

3. Двигатель по п.2, отличающий- отводным каналом, подключенным к маги- с   тем, что отделитель жидкости снабжен страли подачи хладагента.