SU885576A1

SU885576A1 - Method and apparatus for operating an i.c. engine

Info

Publication number: SU885576A1
Application number: SU802896425A
Authority: SU
Inventors: Евгений Анатольевич Лазарев; Михаил Васильевич Марков
Original assignee: Челябинский Филиал Государственного Союзного Научно-Исследовательского Тракторного Института
Priority date: 1980-03-20
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1981-11-30

Description

(54) СПОСОБ РАБОТЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО.(54) METHOD OF WORK OF INTERNAL MOTOR.

СГОРАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯCOMBUSTION AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относитс к малшностроению , а именно двигателестроенш и, в частности, к двигател м внутреннего сгорани с воздушным охлаждением и с газотурбинным наддувом. Известны способы работы двигател внутреннего сгорани путем сжати в турбокомпрессоре наддувочного возду ха, подачи его в цилиндр двигател через выходной участок воздухонапор ного патрубка турбокомпрессора, отбора .перепускного воздуха из воздухонапорного патрубка, перепуска это го воздуха в кольцевой канал, охватывающий горловину вьшускного канала , охлаждени последней и подачи перепускного воздуха к турбине турбокомпрессора , преобразующей в сопловом аппарате и в рабочем колесе тепловую энергию отработавших газов в механическую энергию вращени ротора турбокомпрессора; Известны также устройства дл ос ществлени данного способа работы. содержащие турбокомпрессор с воздухонапорным патрубком, подсоединенным своим выходным участком к цилиндру двигател , и перепускной канал, подсоединенный к воздухонапорному патрубку и к кольцевому каналу, расположенному вокруг горловины выпускного канала, подключенного к газовьтускйой магистрали, в которой установлена турбина турбокомпрессора, снабженна сопловым аппаратом и рабочим колесом 1. Однако в известных технических решени х перепускной воздух отбирают около компрессора до охладител наддувочного воздуха и подают к межклапанной перемычке через дополнительный трубопровод. Это приводит к тому, что перепускной воздух имеет высокую температуру, увеличенные гидравлические потери в трубопроводе и недостаточно эффективно охлаждает горловину выпускного канала и межклапанную перемычку. Кроме того, в известных технических решени х кольцевой канал вокруг горловины имеет незамкнутое сечение, открытое в сторону выпускного канала. В этом случае пер пускной воздух смешиваетс с отработавшими газами, подогреваетс и не охлаждает рабочее колесо турбины, а также поток перепускного воздуха, выход щий из каналов, в межклапанной перемычке распредел етс по кольцевому каналу неравномерно и интенсивно охла кдает только часть горловины выпускного канала, пригашающую к меж клапанной перемычке. , Следует отметить, также, что наибольший расход воздуха через каналы в межклапанной перемычке и в кольцевой канал вокруг горловины выпускного канала обеспечиваетс только на такте выпуска, поскольку седло выпус ного канала выполнено в виде сопла Вентури, и поток выхлопных газов создает разрежение в кольцевом канале . В результате этого интенсивное охлаждение элементов двигател осуществл етс циклически и с небольшой длительностью. В силу указанных особенностей при необходимости дальнейшего форсирова ни двигателей известные способы и устройства не смогут обеспечить достаточно эффективное охлаждение теплонагруженных элементов двигател . Целью изобретени вл етс повышение эффективности двигател внутреннего сгорани путем дополнителького охлаждени таких элементов дви гател как горловина выпуекного канала и лопатки рабочего колеса турбины . Дл достижени поставленной цели перепускной воздух отбирают из выхо ного участка воздухонапорного патру ка и подают его через перепускной трубопровод к рабочему колесу турбины . Кроме того, перепускной воздух перед подачей к рабочему колесу тур бины дополнительно может быть охлаж ден. При этом двигатель дополнительно снабжен перепускным трубопроводо подключенным к кольцевому каналу и к кольцевой .полости, расположенной, вокруг рабочего колеса турбины и подсоединенной через дополнительные каналы к участку газовыпускной маги страли, расположенному между сопловым аппаратом и рабочим колесом тур ины, а перепускной канал подсоедиен к выходному участку воздухонаорного патрубка, причем кольцевой анал выполнен в виде замкнутого в поперечном сечении кольцевого трубопровода . Кроме того, двигатель может быть ополнительно снабжен теплообменником , установленным в перепускном трубопроводе , На чертеже приведена схема предагаемого двигател внутреннего сгорани . Двигатель содержит турбокомпрессор 1J состо щий из компрессора 2 и турбины 3, воздухонапорный патрубок 4компрессора 2,.подключенный выходным уч-астком 5 к цилиндру 6, снабженному впускньм 7 и выпускным 8 клапанами и мелклапанной перемычкой 9, перепускно.ч канал 10, кольцевой канал 11, расположенньй вокруг горловины 12 выпускного канала 13, газовыпускную магистраль 14 и перепускной трубопровод 13, в котором установлен теплообменник 16 и запорный клапан 17 одностороннего действи . Турбина 3 установлена в газовьппускной магистрали 14 и снабжена сопловым аппаратом 18, рабочим колесом 19, кольцевой полостью 20, расположенной вокруг последнего, и дополнительными каналами 21, соедин ющими кольцевую полость 20 и участок газовыпускной магистрали, расположенный между сопловым аппаратом 18 и рабочим колесом 19. Перепускной канал 10 подсоединен к выходному участку 5 воздухонаторного патрубка 4, а кольцевой канал 11 выполнен в виде замкнутого в поперечном сечении кольцевого трубопровода. Двигатель работает следующим образом . Наддувочный воздух сжимаетс в компрессоре 2, подаетс в цилиндр 6 двигател через выходной участок 5воздухонапорного патрубка 4. Из , наддувочного воздуха отбираетс перепускной воздух и подаетс через перепускной канал 10 в кольцевой канал 11, охлаждает ме склапанную перемычку 9 и горловину 12 выпускного канала 13. Затем по перепускному трубопроводу 15 через запорный клапан 17 перепускной воздух поступает в теплооб менник , где дополнительно охлаждаетс , например, воздухом изThe invention relates to a small-scale construction, namely an engine-building and, in particular, to air-cooled and gas turbine supercharged internal combustion engines. Methods are known for operating an internal combustion engine by compressing a charge-air turbocharger, feeding it into an engine cylinder through an outlet section of an air-inlet pipe of a turbo-compressor, extracting air from an air-inlet pipe, bypassing this air into an annular channel covering the outlet throat, cooling the latter and supplying bypass air to a turbine of a turbocompressor, which converts the thermal energy of exhaust gases into mechanical nozzle apparatus and in the impeller th rotational energy of the rotor of the turbocharger; Also known are devices for performing this method of operation. containing a turbocharger with an air-pressure pipe connected with its outlet section to the engine cylinder, and an overflow channel connected to the air-pressure pipe and to an annular channel located around the neck of the exhaust channel connected to the gas line equipped with a turbine turbine apparatus equipped with a nozzle apparatus and an apparatus that is fitted with a nozzle apparatus. 1. However, in the known technical solutions, the bypass air is taken near the compressor to the charge air cooler and is fed to valve bridge through a further conduit. This leads to the fact that the bypass air has a high temperature, increased hydraulic losses in the pipeline and does not efficiently cool the neck of the outlet channel and the inter-valve jumper. In addition, in the known technical solutions, the annular channel around the neck has a non-closed section open towards the outlet channel. In this case, the intake air mixes with the exhaust gases, is heated and does not cool the turbine impeller, and the flow of the bypass air coming out of the channels in the inter-valve jumper is distributed unevenly and intensively on the annular channel and cools only the part of the outlet throat to between the valve jumper. It should also be noted that the largest air flow through the channels in the inter-valve jumper and into the annular channel around the outlet duct is provided only during the exhaust stroke, since the exhaust channel seat is made in the form of a Venturi nozzle and the exhaust gas flow creates a vacuum in the annular channel. As a result, intensive cooling of the engine components is carried out cyclically and with a short duration. By virtue of these features, if necessary, the further forcing of engines, the known methods and devices will not be able to provide sufficiently effective cooling of the thermally loaded elements of the engine. The aim of the invention is to increase the efficiency of the internal combustion engine by additionally cooling such engine components as the throat of the exhaust channel and the blades of the turbine impeller. In order to achieve this goal, the bypass air is taken from the exit section of the air-inlet patron and is fed through the bypass pipeline to the turbine impeller. In addition, the bypass air can additionally be cooled before being supplied to the impeller. In this case, the engine is additionally equipped with a bypass pipeline connected to the annular channel and to the annular cavity located around the turbine impeller and connected through additional channels to the gas outlet section located between the nozzle and the impeller tour, and the bypass channel connected to the output a section of the air inlet nozzle, with the annular anal channel made in the form of an annular conduit closed in cross section. In addition, the engine can be additionally equipped with a heat exchanger installed in the bypass pipe. The drawing shows the scheme of the intended internal combustion engine. The engine contains a turbocharger 1J consisting of a compressor 2 and a turbine 3, an air-inlet pipe 4 of the compressor 2, connected to the cylinder 6, equipped with inlet 7 and outlet 8 valves and mellavalan jumper 9, perepuschno.ch channel 10, annular channel 11 , located around the throat 12 of the outlet channel 13, the gas outlet pipe 14 and the bypass pipe 13, in which the heat exchanger 16 is installed and the shut-off valve 17 is unilateral. The turbine 3 is installed in the gas-supply line 14 and is equipped with a nozzle device 18, an impeller 19, an annular cavity 20 located around the latter, and additional channels 21 connecting the annular cavity 20 and the portion of the gas-outlet line located between the nozzle device 18 and the impeller 19. The bypass channel 10 is connected to the outlet section 5 of the breather tube 4, and the annular channel 11 is made in the form of a circular pipe closed in cross section. The engine works as follows. The charge air is compressed in the compressor 2, supplied to the engine cylinder 6 through the outlet section 5 of the air-inlet pipe 4. From the charge air, the bypass air is taken out and supplied through the bypass channel 10 to the annular channel 11, cools the collapsed jumper 9 and the throat 12 of the exhaust channel 13. Then through the bypass pipeline 15 through the shut-off valve 17, the bypass air enters the heat exchanger, where it is further cooled, for example, by air from

системы охлаждени двигател , и поступает в кольцевую полость 20 и через дополнительные каналы 21 к рабочему колесу 19 турбины 3, охлажда последнее и сообща дополнительную кинетическую энергию турбине 3, после чего выходит из турбины 3 вместе с выхлопными газами.engine cooling system, and enters the annular cavity 20 and through additional channels 21 to the impeller 19 of the turbine 3, cooling the latter and together the additional kinetic energy of the turbine 3, after which it leaves the turbine 3 together with the exhaust gases.

При работе двигател под нагрузкой давление газов перед рабочим колесом 19 турбины 3, как правило, ниже давлени воздуха в воздухонапорном патрубке 4, в результате чего расход перепускного воздуха, проход щего черезохлаждаемые элементы , увеличиваетс и остаетс повышенным на все врем работы двигател под нагрузкой, т.е. на весь период наиболее активного тепловыделени ,When the engine is operating under load, the gas pressure in front of the impeller 19 of the turbine 3 is usually lower than the air pressure in the air-pressure connection 4, as a result of which the bypass air flow through the cooled elements increases and remains high for the entire time the engine is running under load, t . for the entire period of the most active heat generation

При работе двигател на режимах холостого хода или малых нагрузках, когда давление воздуха в воздухонапорном патрубке 4 обычно не превышает давлени газов перед рабочим колесом 19 турбины 3, газы могут перетекать по перепускному трубопроводу 15 к кольцевому каналу II. В этом случае срабатывает запорный клапан 17, предотвраща попадание газов в , полости охлаждени . Хот в этих случа х охлаждение элементов двигател и ухудшаетс , теплонапр женность элементов двигател не возрастает, поскольку эти режимы характеризуютс минимальным тепловыделением двигател .When the engine is running at idle or low loads, when the air pressure in the air-pressure pipe 4 usually does not exceed the gas pressure in front of the impeller 19 of the turbine 3, gases can flow through the bypass pipeline 15 to the annular channel II. In this case, the shut-off valve 17 is activated, preventing gases from entering the cooling cavity. Although in these cases the cooling of the engine elements is deteriorated, the heat intensity of the engine elements does not increase, since these modes are characterized by a minimum heat dissipation of the engine.

Таким образом, предлагаемый способ работы двигател внутреннего сгорани и его устройство позвол ют снизить температуру лопаток турбины турбокомпрессора и наиболее теплонапр женных частей головки двигател Кроме того, отпадает надобность в установке на двигатель переразмеренного турбокомпрессора за счет использовани -перепускного воздуха дл дополнительной подкрутки.Thus, the proposed method of operating the internal combustion engine and its device allows to reduce the temperature of the turbine blades of the turbocompressor and the most heat-stressed parts of the engine head. In addition, the oversized turbo-compressor is no longer necessary to install an over-sized turbocharger on the engine by using additional air for additional twisting.

Claims

Invention Formula

I. The method of operation of the internal combustion engine by compressing in the turbocharger charge air, supplying it to the engine cylinder through the outlet section of the air-inlet pipe of the turbo-compressor, by-passing air from the air-inlet pipe, bypassing this

air in the annular channel, covering the throat of the exhaust channel, cooling the latter and supplying the bypass air to the turbine of the turbocompressor, which converts the thermal energy of exhaust gases into mechanical energy of rotation of the rotor of the turbocompressor in the nozzle apparatus and impeller, so that, in order to increase the efficiency by additional cooling of the engine elements, the bypass air is taken from the outlet portion of the air duct $ 1 of the nozzle and is fed through the bypass duct to the turbine impeller.

2. A method according to claim 1, characterized in that the bypass

M air before supplying to the impeller turbine is further cooled.

3. An internal combustion engine containing a turbocharger with an air-inlet pipe connected to its engine outlet section to the engine cylinder, and an overflow channel connected to the air-inlet pipe and to the annular channel located around the exhaust duct connected to the gas outlet line, which is positioned in the channel and connected to the outlet line, which is positioned in the outlet channel, which is positioned in the outlet channel, which is positioned in the channel, and is positioned in a channel that is positioned in the air flow pipe line, which is positioned in the air flow pipe, and is positioned in the air duct pipe and is connected to the air supply pipe and is connected to the air flow pipe, which is located around the exhaust pipe connected to the air flow pipe and the annular channel located around the exhaust pipe connected to the engine outlet pipe and the annular channel located around the outlet port equipped with a nozzle apparatus and an impeller, which is different in that the engine is additionally equipped with a bypass pipeline connected to to the annular channel and to the annular cavity located around the turbine impeller and connected through additional channels to the gas outlet section located between the nozzle apparatus and the turbine impeller, and the bypass channel is connected to the outlet section of the pressure head pipe, and the annular channel is designed as a closed in cross section of the annular pipeline.

4. The engine according to claim 3, different from the fact that it is additionally equipped with a heat exchanger installed in the overflow pipe.

Sources of information taken into consideration during the examination

1. The patent of France No. 21.11502, cl. F 02 B 37/00, published 1972 (prototype).