RU158763U1 - Двигатель внутреннего сгорания с наддувом - Google Patents

Abstract

1. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий:- впускную систему для снабжения двигателя внутреннего сгорания наддувочным воздухом,- выпускную систему для выпуска отработавших газов и- по меньшей мере один приводимый в действие отработавшими газами турбонагнетатель (1), в котором на одном и том же выполненном с возможностью вращения валу (8) установлены компрессор (2), расположенный во впускной системе, и осевая турбина (3), расположенная в выпускной системе, причем компрессор (2) содержит корпус (2а) и по меньшей мере два ротора (2b, 2b), расположенных в указанном корпусе (2а), которые установлены на валу (8) и выполнены с возможностью отдельно нагружаться наддувочным воздухом через впускную систему посредством подводящих каналов (4b, 4b), которые отделены друг от друга и выполнены как одно целое с корпусом (2а),отличающийся тем, что- подводящие каналы (4b, 4b) по меньшей мере двух роторов (2b, 2b) содержат в виде участков входные каналы (5b, 5b), которые расположены рядом друг с другом вдоль вала (8) и проходят радиально относительно вала (8).2. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, отличающийся тем, что подводящие каналы (4b, 4b) выполнены таким образом, что соблюдается следующее: 0,9≤p/p≤1,1, причем робозначает давление непосредственно перед первым ротором (2b), а робозначает давление непосредственно перед вторым ротором (2b).3. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1 или 2, отличающийся тем, что подводящие каналы (4b, 4b) выполнены таким образом, что соблюдается следующее: 0,95≤p/p≤1,05, причем робозначает давление непосредственно перед первым ротором (2b), а робозначает давление непосредственно перед вторым ротором (2b).4. Дви�

Description

Настоящая полезная модель относится к двигателю внутреннего сгорания с наддувом, содержащему:

- впускную систему для снабжения двигателя внутреннего сгорания наддувочным воздухом,

- выпускную систему для выпуска отработавших газов, и

- по меньшей мере один турбонагнетатель, приводимый в действие отработавшими газами,

в котором на одном выполненном с возможностью вращения валу установлены компрессор, расположенный во впускной системе, и осевая турбина, расположенная в выпускной системе, причем компрессор содержит корпус и по меньшей мере два ротора, которые расположены в указанном корпусе, установлены на валу, и могут быть раздельно нагружены наддувочным воздухом через впускную систему посредством подводящих каналов, которые отделены друг от друга и выполнены как одно целое с корпусом.

Двигатель внутреннего сгорания изложенного типа используется, например, в качестве тягового двигателя автомобиля. В контексте настоящей полезной модели, выражение «двигатель внутреннего сгорания» охватывает дизельные двигатели, двигатели, работающие по циклу Отто, но также и гибридные двигатели внутреннего сгорания, в которых используется гибридный процесс сгорания, и гибридные приводы, которые содержат не только двигатель внутреннего сгорания, но и электрический двигатель, который в системе привода соединен с двигателем внутреннего сгорания и получает энергию от двигателя внутреннего сгорания, или который в качестве переключаемого вспомогательного привода создает на выходе дополнительную мощность.

Уровень техники

Двигатели внутреннего сгорания все чаще оснащают наддувом (см., например, DE 38 38 149 А1), причем наддув, главным образом, является способом увеличения мощности, при котором наддувочный воздух, необходимый для процесса горения в двигателе, подвергают сжатию, в результате чего за рабочий цикл в каждый цилиндр можно подавать большую массу наддувочного воздуха. Таким образом, может быть увеличена масса топлива и, следовательно, среднее давление.

Для наддува часто используют турбонагнетатель, приводимый в действие отработавшими газами, в котором турбина и компрессор находятся на одном валу, а на турбину подается поток горячего отработавшего газа, который в турбине расширяется, в силу чего высвобождается энергия, приводящая вал во вращение. Энергия, которая за счет потока отработавшего газа передается на вал, используется для привода компрессора, который аналогичным образом присоединен к валу. Компрессор сжимает подводимый к нему воздух и осуществляет его подачу, в результате чего реализуется наддув цилиндров.

Преимущество турбонагнетателя, приводимого в действие отработавшими газами, например, по сравнению с механическим нагнетателем, заключается в том, что не требуется никакого механического соединения для передачи мощности между нагнетателем и двигателем внутреннего сгорания. Тогда как механический нагнетатель отбирает энергию, необходимую для его привода, непосредственно от двигателя внутреннего сгорания, и тем самым уменьшает выходную мощность и КПД, турбонагнетатель, приводимый в действие отработавшими газами, использует энергию горячих отработавших газов на выпуске из двигателя.

Однако механический нагнетатель имеет преимущество по сравнению с турбонагнетателем, приводимым в действие отработавшими газами, состоящее в том, что можно получать существенно высокое давление наддува даже при низкой частоте вращения вала двигателя, поскольку в случае турбонаддува, при недостаточно высокой частоте вращения вала наблюдается падение крутящего момента. Падение крутящего момента можно объяснить, если принять во внимание, что в случае турбонагнетателя отношение давлений на наддувочном компрессоре зависит от отношения давлений на турбине. Например, если частота вращения вала двигателя уменьшается в случае дизельного двигателя, или, если нагрузка уменьшается в случае двигателя, работающего по циклу Отто, это приводит к уменьшенному массовому потоку отработавшего газа, и, следовательно, к более низкому отношению давлений на турбине. В результате, чем ниже частота вращения вала двигателя или, соответственно, нагрузка, тем сильнее уменьшается отношение давлений на наддувочном компрессоре, что эквивалентно падению крутящего момента.

В данном случае, в принципе падение давления наддува можно компенсировать, уменьшая поперечное сечение на турбине, за счет чего соответственно увеличивается отношение давлений на турбине. Поэтому, на практике часто используют сравнительно небольшой турбонагнетатель, то есть турбонагнетатель с небольшим поперечным сечением турбины, в сочетании с устройством перепуска отработавшего газа. Такую турбину часто называют турбиной с перепускной заслонкой. Если массовый поток отработавшего газа превышает критическую величину, то часть потока отработавшего газа отводится в обход турбины по линии перепуска. Чтобы обеспечить достаточный наддув даже при высокой частоте вращения двигателя, и/или обеспечить сравнительно большое количество отработавшего газа, и/или чтобы дополнительно улучшить моментную характеристику двигателя внутреннего сгорания с наддувом, часто предусматривают ряд турбонагнетателей, которые соединены параллельно или последовательно, а при желании и в сочетании с механическим нагнетателем.

Двигатель внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели также содержит по меньшей мере один турбонагнетатель, приводимый в действие отработавшим газом, а компрессор содержит по меньшей мере два ротора, установленных с возможностью вращения.

Последнее обусловлено тем, что на стороне выпуска отработавшего газа предпочтительна небольшая турбина, небольшой ротор которой обеспечивает быструю ответную реакцию по причине малой инерционности, и по причинам, о которых уже говорилось, обеспечивает достаточно высокое давление наддува при низких частотах вращения и/или малых количествах отработавшего газа. Напротив, на стороне впуска компрессор должен обеспечивать или должен быть способен обеспечить максимально возможные количества наддувочного воздуха, и фактически требуется, чтобы поперечное сечение компрессора было соответственно большим, то есть, чтобы компрессор обладал сравнительно большим ротором. Однако, исследования показывают, что чрезмерно большие различия в диаметрах роторов портят рабочие характеристики и снижают КПД турбонагнетателя, приводимого в действие отработавшим газом. Ситуация, при которой диаметр ротора компрессора существенно больше диаметра ротора турбины, является неблагоприятной, и ее следует избегать.

По вышеприведенным причинам выгодно оснащать компрессор несколькими, т.е. по меньшей мере двумя небольшими роторами вместо одного большого ротора. Например, фиг. 1 изображает в разрезе турбонагнетатель 21, приводимый в действие отработавшим газом, и содержащий компрессор 22 указанного типа.

Компрессор 22 и турбина 23 турбонагнетателя 21 имеют общий вал 28, установленный с возможностью вращения; у турбины 23 имеется корпус 23а, причем ротор 23b турбины размещен в указанном корпусе 23а; у компрессора 22 имеется корпус 22а и два ротора 22b₁, 22b₂, которые размещены в указанном корпусе 22а и установлены на валу 28.

Турбина 23 выполнена в виде осевой турбины, т.е. поток газа, набегающий на лопасти ротора, движется по существу в осевом направлении. В контексте настоящей полезной модели, «по существу в осевом направлении» означает, что составляющая скорости в осевом направлении больше радиальной составляющей скорости. В данном случае, вектор скорости набегающего потока в области ротора 23b направлен фактически параллельно валу 28 турбонагнетателя 21.

В данном случае, проходя через впускное отверстие 23а′ турбины, отработавший газ вначале направляется радиально посредством спирального корпуса 23а′, который проходит полностью вокруг, а затем поток отклоняется, по существу, в осевом направлении на ротор 23b. При этом поток подходит к ротору 23b с завихрением, даже без направляющего устройства, и завихрение используется в турбине 23 для извлечения энергии, т.е. для формирования давления наддува. В данном случае, область выпуска проходит соосно с валом 28 осевой турбины, в результате чего отработавший газ в области выхода не испытывает никакого отклонения или изменения направления течения.

Выпускной трубопровод 22а′ компрессора 22 аналогичным образом выполнен в виде спирального корпуса 22а′, который полностью проходит вокруг, и соединяется с направленным радиально наружу выпускным каналом 27 двух роторов 22b₁ и 22b₂. Компрессор 22 является радиальным компрессором. В случае компрессора 22 термин «радиальный» относится к направлению потока, выходящего от лопастей ротора. То есть, в случае радиального компрессора поток выходит, по существу, радиально. В данном контексте, «по существу, радиально» означает, что составляющая скорости в радиальном направлении больше осевой составляющей скорости. Вектор скорости потока пересекает вал 28 компрессора 22, по существу, под прямым углом, если выходной поток является точно радиальным. Набегающий поток может, а в предпочтительном случае - должен, быть осевым.

Напротив, питание двух роторов 22b₁, 22b₂, задние стороны которых прилегают друг к другу, т.е. задние стороны которых направлены встречно друг к другу и соприкасаются без зазора, осуществляется отдельно друг от друга. На первый ротор 22b₁, расположенный на ближнем к компрессору конце вала 28 с той стороны, которая обращена от турбины 23, через первый подводящий канал 24b₁ аксиально набегает газовый поток, подводя воздух для наддува, при этом второй ротор 22b₂, расположенный между первым ротором 22b₁ и турбиной 23, находится под воздействием газового потока, движущегося аксиально, и поступающего через второй подводящий канал 24b₂ (т.е. снабжается воздухом, подлежащим наддуву).

Канал подачи наддувочного воздуха ко второму ротору 22b₂ компрессора через второй подводящий канал 24b₂, который, начавшись от входного канала 25b₂, проходит радиально по отношению к валу 28 в направлении ротора 22b₂, следует криволинейно и имеет в виде участка на ближнем к ротору конце, по существу, осевой питающий канал 26b₂, поскольку задача обеспечения осевого набегания потока на ротор 22b₂ требует отклонения потока наддувочного воздуха с изменением направления на сравнительно большую величину, это приводит к потере давления в потоке наддувочного воздуха.

В отличие от подачи воздуха ко второму ротору компрессора, подача наддувочного воздуха к первому ротору 22b₁ компрессора происходит в осевом направлении. В результате, не имеет места отклонение или изменение направления потока наддувочного воздуха, и не наблюдается какого-либо падения давления.

В результате того, что первый подводящий канал 24b₁ вместе с входным каналом 25b₁ и питающий канал 26b₁ со стороны ротора, вплоть до самого ротора 22b₁, расположены соосно валу 28 турбонагнетателя 21, втекание наддувочного воздуха происходит, по существу, аксиально. Питание такого типа позволяет избежать сравнительно больших потерь давления, связанных с отклонением потока, что приводит к получению потока наддувочного воздуха с большей энергией, который характеризуется входным давлением p_1,in, которое выше входного давления р_2,in непосредственно перед вторым ротором 22b₂.

Поскольку оба ротора 22b₁, 22b₂ совместно используют общий выпускной канал 27, выходные давления р_1,out и р_2,out одинаковы по величине, но два ротора 22b₁, 22b₂ имеют разные отношения давлений на компрессоре, соответственно, p_1,in/p_1,out и p_2,in/p_2,out.

Однако, в случае компрессора данного типа, задачей и предпочтением является получение одинаковых отношений давлений и потоков наддувочного воздуха через индивидуальные роторы. В частности, необходимо исключить ситуацию, при которой один ротор передает энергию другому ротору, то есть, возникает циркуляция наддувочного воздуха, и/или ротор полностью прекращает передачу наддувочного воздуха и перегревается.

Раскрытие полезной модели

В противовес рассмотренной выше ситуации, характерной для уровня техники, целью настоящей полезной модели является обеспечение двигателя внутреннего сгорания с наддувом, соответствующего преамбуле пункта 1 формулы полезной модели, посредством которого устранены недостатки, присущие уровню техники, например, DE 38 38 149A1, и в частности улучшено питание роторов компрессора наддувочным воздухом.

Указанная цель достигнута за счет двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащего:

- впускную систему для снабжения двигателя внутреннего сгорания наддувочным воздухом,

- выпускную систему для выпуска отработавших газов, и

- по меньшей мере один турбонагнетатель, приводимый в действие отработавшими газами, в котором на одном и том же выполненном с возможностью вращения валу установлены компрессор, расположенный во впускной системе, и осевая турбина, расположенная в выпускной системе, причем компрессор содержит корпус и по меньшей мере два ротора, расположенные в указанном корпусе, которые установлены на валу, и могут быть раздельно нагружены наддувочным воздухом через впускную систему посредством подводящих каналов, которые отделены друг от друга и выполнены как одно целое с корпусом,

при этом двигатель внутреннего сгорания отличается от уровня техники тем, что

подводящие каналы указанных, по меньшей мере двух роторов содержат, в качестве участков, входные каналы, которые расположены рядом друг с другом вдоль вала, и проходят радиально относительно вала.

В отличие от уровня техники, двигатель внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели имеет сходные подводящие каналы, которые направляют наддувочный воздух к роторам компрессора. Подача воздуха происходит через симметричные подводящие каналы в самом широком смысле этого слова. То есть, профили подводящих каналов, начиная от входного канала и вплоть до ротора на ближнем к ротору конце подводящего канала, сходны друг с другом, т.е., сопоставимы. Вследствие этого сходны друг с другом изменения направления, которые испытывает поток наддувочного воздуха, проходя через подводящие каналы, и, следовательно, потери давления и сами входные давления p_1,in,p_2,in,…p_i,in непосредственно перед i роторами, где i обозначает число роторов.

Поскольку роторы совместно используют общий выпускной канал, выходные давления p_1,out,p_2,out,…p_i,out равны по величине, и все роторы имеют равные по величине или близкие отношения давлений на компрессоре p_1,in/p_1,out, p_2,in/p_2,out,…p_i,in/p_i,out и p_in/p_out, соответственно.

Равные по величине отношения давлений и потоки наддувочного воздуха через отдельные роторы значительно улучшают рабочие характеристики компрессора, а, следовательно, и турбонагнетателя, работающего на отработавшем воздухе. В частности, исключается ситуация, при которой один ротор передает наддувочный воздух на другой ротор и возникает циркуляция наддувочного воздуха, или какой-либо ротор вообще перестает передавать наддувочный воздух и перегревается.

Турбина двигателя внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели является осевой турбиной. Осевая конструкция способствует подаче отработавшего газа. Исключаются сравнительно большие потери давления в потоке отработавшего газа, возникающие из-за отклонения потока. Вследствие этого, на турбине обеспечивается отработавший газ с очень высокой энергией, а именно - на впускном отверстии, ведущем к ротору турбины.

В результате за счет двигателя внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели достигается цель полезной модели - создание двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в котором отсутствуют недостатки, присущие уровню техники, и в частности улучшается снабжение роторов компрессора наддувочным воздухом.

Каждый подводящий канал двигателя внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели проходит одинаковым образом, начинаясь от входного канала, через который подается наддувочный воздух, и вплоть до соответствующего ротора, причем каждый подводящий канал в виде участка на ближнем к ротору конце содержит питающий канал. Чтобы реализовать или обеспечить идентичные или сходные отношения потоков в подводящих каналах, и, следовательно, сходные входные давления p_i,in непосредственно перед роторами, все входные каналы проходят радиально относительно вала, при этом согласно настоящей полезной модели входные каналы расположены вдоль вала рядом друг с другом. Входные каналы можно расположить на расстоянии друг от друга или рядом друг с другом без промежутка, и также их можно расположить, развернув вокруг вала друг относительно друга.

Дополнительные предпочтительные варианты исполнения двигателя внутреннего сгорания с наддувом, будут раскрыты при рассмотрении зависимых пунктов формулы полезной модели.

Предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых подводящие каналы выполнены таким образом, что выполняется следующее соотношение: 0,9≤p_1,in/p_2,in≤1,1, причем p_1,in обозначает давление непосредственно перед первым ротором, a p_2,in обозначает давление непосредственно перед вторым ротором.

Предпочтительными, в частности, являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых подводящие каналы выполнены таким образом, что выполняется следующее соотношение: 0,95≤p_1,in/p_2,in≤1,05, причем p_1,in обозначает давление непосредственно перед первым ротором, а p_2,in обозначает давление непосредственно перед вторым ротором.

Предпочтительными, в частности, являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых подводящие каналы выполнены таким образом, что выполняется следующее соотношение: 0,975≤p_1,in/p_2,in≤1,025, причем p_1,in обозначает давление непосредственно перед первым ротором, а p_1,in обозначает давление непосредственно перед вторым ротором.

Чем более сходны отношения давлений p_1,in/p_i,out и потоки наддувочного воздуха в индивидуальных роторах, т.е., чем они ближе друг к другу, тем это более благоприятно для рабочих характеристик компрессора, и, следовательно, для турбонагнетателя и, наконец, для двигателя внутреннего сгорания с наддувом в целом.

Предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых корпус содержит общий выпускной канал для указанных по меньшей мере двух роторов.

Общий выпускной канал обеспечивает равенство по величине давлений p_i,out после индивидуальных роторов, в результате чего значительно упрощается реализация равных по величине или близких отношений давлений p_in/p_out.

Предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых указанные по меньшей мере два подводящих канала роторов имеют криволинейный профиль, начинающийся от их входных каналов, при этом каждый подводящий канал содержит в виде участка на ближнем к ротору конце питающий канал, который образует с валом угол α<45°.

Предпочтительными, в частности, являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых угол а отвечает следующему: α<20°.

Предпочтительными, в частности, являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых угол а отвечает следующему: α<10°.

Чем больше осевая составляющая скорости потока наддувочного воздуха на подходе к ротору, тем более благоприятно это для КПД компрессора. В этом отношении, целесообразно, чтобы питающий канал образовывал на ближнем к ротору конце подводящего канала как можно более острый угол α, т.е., чтобы указанный угол был как можно меньше.

Предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых компрессор является радиальным компрессором. Радиальная схема компрессора обеспечивает компактность конструкции, если в компрессоре предусмотрено два или более роторов, в частности, если предусмотрено два ротора. Кроме того, конструкция радиального типа упрощает, другими словами, делает возможным, охлаждение наддувочного воздуха во время сжатия, в частности, таким образом, что наддувочный воздух, подлежащий сжатию, можно охлаждать на большой площади, за счет больших деталей выступающего радиально наружу ротора, что не так легко сделать при использовании осевого компрессора, который обеспечивает лишь небольшое установочное пространство для охлаждения наддувочного воздуха в области ротора. Тем не менее, двигатель внутреннего сгорания согласно настоящей полезной модели может принципиально быть оснащен компрессором с конструкцией осевого типа.

В данном контексте, предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых каждый ротор содержит переднюю сторону, на которой расположены лопасти ротора, причем передняя сторона проходит перпендикулярно валу и пересекает указанный вал.

Роторы такого типа используются в радиальных компрессорах и способствуют компактности конструкции, в частности, если предусмотрены два ротора, как в следующем варианте осуществления.

Предпочтительными, в частности, являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых два ротора установлены на валу так, что их задние стороны расположены встречно друг другу. Такая конструкция упрощает применение общего выпускного канала для двух роторов.

Предпочтительными в данном случае являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых задние стороны двух роторов расположены встречно друг другу без зазора. Такая конструкция также упрощает применение общего выпускного канала, и дополнительно обеспечивает компактность конструкции компрессора.

Предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых компрессор оснащен системой жидкостного охлаждения, и с этой целью корпус содержит по меньшей мере один встроенный канал для хладагента.

Компрессор с жидкостным охлаждением также обладает несколькими преимуществами. За счет жидкостного охлаждения может быть понижена температура наддувочного воздуха на выходе компрессора, и создано препятствие образованию отложений в компрессоре, в частности, вследствие загрязнения вентилирующего потока. Испытания показывают, что температура на выходе компрессора существенно влияет как на образование отложений, так и на объем отложений. Образование отложений можно предотвращать как можно дольше, пока выходная температура не превысит критической величины.

Отложения изменяют геометрию компрессора, в частности, площади поперечного сечения потоков, и таким образом, снижают КПД компрессора. Снижение КПД компрессора в свою очередь приводит к повышению температуры на выходе, что способствует еще более выраженному обрастанию, т.е. способствует образованию отложений.

Охлаждение наддувочного воздуха во время сжатия не только снижает температуру сжатого воздуха на выходе, но также, в частности, увеличивает КПД компрессора. Если для простоты рассматривать процесс сжатия, как ступенчатое увеличение давления, то охлаждение воздуха во время сжатия приводит к тому, что после каждого приращения давления будет получаться более низкая температура сжатого воздуха, чем в случае сжатия без охлаждения. Более низкая температура сжатого воздуха приводит к увеличению плотности сжатого воздуха, предназначенного для процесса горения в двигателе, и, таким образом, уменьшению объемного расхода, что в свою очередь означает, что для ступенчатого повышения давления требуется более низкая мощность компрессора, что является причиной увеличения КПД, при этом одна и та же величина давления достигается при совершении компрессором меньшей работы.

Предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых система жидкостного охлаждения представляет собой низкотемпературный контур.

За счет низкотемпературного охлаждения температура наддувочного воздуха может быть снижена даже при сравнительно низких нагрузках на двигатель и сравнительно низких температурах при сжатии, например, 110°C. За счет организации низкотемпературного охлаждения, хладагент, подаваемый во встроенный в корпус канал, может быть охлажден до температур, например, 30°C, 40°C или 50°C, так что могут быть получены температуры наддувочного воздуха 60°C или 70°C. Температуры в таком диапазоне также являются подходящими для увеличения КПД компрессора.

В данном контексте, предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых по меньшей мере один встроенный канал охлаждения расположен на внешней окружности ротора, который является ближайшим к турбине. Расположенный ближе всего к турбине ротор - это ротор, который несет более высокую тепловую нагрузку от горячих отработавших газов, в силу чего предпочтительным является частичное охлаждение компрессора, а именно - этого ротора.

Предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых компрессор содержит два ротора. Выше уже были сделаны комментарии, касающиеся использования именно двух роторов.

Предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых вал установлен на опору на своем ближнем к компрессору конце, со стороны компрессора, которая обращена от турбины.

Соответствующие настоящей полезной модели расположение и конструкция подводящих каналов и входных каналов обеспечивают возможность к свободному компрессорному концу вала. Согласно предыдущему варианту осуществления это предпочтительно использовать для обеспечения дополнительной опоры вала, в результате чего улучшаются вибрационные характеристики турбонагнетателя, как колебательной системы, и, следовательно, в частности, улучшаются шумовые характеристики.

Предпочтительными в данном случае являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых указанная опора представляет собой антифрикционный подшипник или подшипник скольжения.

Предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых после указанного по меньшей мере одного компрессора предусмотрен охладитель наддувочного воздуха, посредством которого сжатый наддувочный воздух подвергается охлаждению перед его поступлением по меньшей мере в один цилиндр. Охладитель понижает температуру и тем самым увеличивает плотность наддувочного воздуха, так что охладитель также способствует улучшению качества заряда в цилиндрах, т.е. способствует увеличению массы воздуха. Фактически происходит сжатие за счет охлаждения.

Если компрессор охлаждается системой жидкостного охлаждения, то предпочтительными в данном случае являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых охладитель наддувочного воздуха расположен в низкотемпературном контуре после корпуса.

Предпочтительными являются варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых корпус компрессора и/или корпус турбины имеют модульную конструкцию, т.е. корпуса состоят из нескольких частей, и имеют в своем составе при этом по меньшей мере две секции.

Однако, предпочтительными также могут являться варианты осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом, в которых корпус компрессора и/или корпус турбины выполнены в виде одной детали. Тогда исключаются соединительные элементы, такие, например, как винты и т.п., а также исключается сборка частей корпуса.

Краткое описание чертежей

Далее полезная модель будет описана более подробно на примере варианта осуществления, согласно фиг. 1 и 2, из которых:

фиг. 1 изображает в разрезе турбонагнетатель двигателя внутреннего сгорания с наддувом, соответствующий уровню техники, и

фиг. 2 изображает в разрезе турбонагнетатель, соответствующий первому варианту осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом.

Осуществление полезной модели

Фиг. 1 изображает в разрезе традиционный турбонагнетатель 21, приводимый в действие отработавшим газом, который входит в состав двигателя внутреннего сгорания с наддувом, и который уже был рассмотрен в отношении уровня техники.

Фиг. 2 изображает в разрезе турбонагнетатель 1, который приводится в действие отработавшим газом, и который соответствует первому варианту осуществления двигателя внутреннего сгорания с наддувом. Далее будут рассмотрены только отличия данного варианта от варианта осуществления, представленного на фиг. 1, и по этой причине ссылки в иных случаях будут делаться на фиг. 1 и соответствующее описание. Аналогичные друг другу компоненты, то есть компоненты, выполняющие аналогичные функции, обозначены одинаковыми номерами.

В отличие от турбонагнетателя 21, показанного на фиг. 1, роторы 2b₁, 2b₂ турбонагнетателя 1, изображенного на фиг. 2, имеют сходные подводящие каналы 4b₁, 4b₂, то есть подводящие каналы 4b₁, 4b₂, которые направляют наддувочный воздух к роторам 2b₁, 2b₂ компрессора 2, начиная от входного канала 5b₁, 5b₂ и вплоть до ротора 2b₁, 2b₂ на ближнем к ротору конце подводящего канала 4b₁, 4b₂, одинаковым образом, благодаря одинаковому устройству каналов и сопоставимым изменениям направления. Это обеспечивает сходные отношения потоков в подводящих каналах 4b₁, 4b₂ и, следовательно, сходные входные давления p_i,in непосредственно перед роторами 2b₁, 2b₂.

Входные каналы 5b₁, 5b₂ двух подводящих каналов 4b₁, 4b₂ проходят радиально по отношению к валу 8, и расположены рядом друг с другом вдоль вала 8. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, входные каналы 5b₁, 5b₂ расположены рядом друг с другом без промежутка.

На роторном конце каждый подводящий канал 4b₁, 4b₂ содержит в виде участка питающий канал 6b₁, 6b₂, который расположен под острым углом α<5° по отношению к валу 8. Аксиальный поток, падающий на роторы 2b₁, 2b₂, значительно увеличивает КПД компрессора 2.

Расположение обоих входных каналов 5B1, 5b2 радиально по отношению к валу 8 позволяет установить вал 8 своим ближним к компрессору концом 10 в опоре 9 со стороны компрессора 2, которая обращена от турбины 3, в результате чего улучшаются динамические характеристики, а также вибрационные характеристики вала 8 и турбонагнетателя 1. В варианте, изображенном на фиг. 2, опора 9 представляет собой антифрикционный подшипник 9а.

Номера позиций

1 турбонагнетатель, приводимый в действие отработавшим газом

2 компрессор

2а корпус компрессора

2а′ спиральный корпус; выход компрессора

2b₁ первый ротор компрессора

2b₂ второй ротор компрессора

3 турбина

3а корпус турбины

3а′ спиральный корпус; вход турбины

3b ротор турбины

4b₁ первый подводящий канал; подводящий канал первого ротора компрессора

4b₂ второй подводящий канал; подводящий канал второго ротора компрессора

5b₁ первый входной канал; входной канал первого ротора компрессора 5b₂ второй входной канал; входной канал второго ротора компрессора 6b₁ первый питающий канал; питающий канал первого ротора компрессора 6b₂ второй питающий канал; питающий канал второго ротора компрессора

7 общий выпускной канал

8 вал

9 опора

9а антифрикционный подшипник

10 ближний к компрессору конец вала

Уровень техники

21 турбонагнетатель, приводимый в действие отработавшим газом

22 компрессор

22а корпус компрессора

22а′ спиральный корпус; выход компрессора

22b₁ первый ротор компрессора

22b₂ второй ротор компрессора

23 турбина

23а корпус турбины

23а′ спиральный корпус; вход турбины

23b ротор турбины

24b₁ первый подводящий канал; подводящий канал первого ротора компрессора

24b₂ второй подводящий канал; подводящий канал второго ротора компрессора

25b₁ первый входной канал; входной канал первого ротора компрессора

25b₂ второй входной канал; входной канал второго ротора компрессора

26b₁ первый питающий канал; питающий канал первого ротора компрессора

26b₂ второй питающий канал; питающий канал второго ротора компрессора

27 общий выпускной канал

28 вал

I число роторов компрессора

p_1,in входное давление непосредственно перед первым ротором

p_2,in входное давление непосредственно перед вторым ротором

p_i,in входное давление непосредственно перед i-м ротором

p_1,out выходное давление непосредственно после первого ротора

p_2,out выходное давление непосредственно после второго ротора

p_i,out выходное давление непосредственно после i-го ротора.

Claims (16)

1. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий:

- впускную систему для снабжения двигателя внутреннего сгорания наддувочным воздухом,

- выпускную систему для выпуска отработавших газов и

- по меньшей мере один приводимый в действие отработавшими газами турбонагнетатель (1), в котором на одном и том же выполненном с возможностью вращения валу (8) установлены компрессор (2), расположенный во впускной системе, и осевая турбина (3), расположенная в выпускной системе, причем компрессор (2) содержит корпус (2а) и по меньшей мере два ротора (2b₁, 2b₂), расположенных в указанном корпусе (2а), которые установлены на валу (8) и выполнены с возможностью отдельно нагружаться наддувочным воздухом через впускную систему посредством подводящих каналов (4b₁, 4b₂), которые отделены друг от друга и выполнены как одно целое с корпусом (2а),

отличающийся тем, что

- подводящие каналы (4b₁, 4b₂) по меньшей мере двух роторов (2b₁, 2b₂) содержат в виде участков входные каналы (5b₁, 5b₂), которые расположены рядом друг с другом вдоль вала (8) и проходят радиально относительно вала (8).

2. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1, отличающийся тем, что подводящие каналы (4b₁, 4b₂) выполнены таким образом, что соблюдается следующее: 0,9≤p_1,in/p_2,in≤1,1, причем р_1,in обозначает давление непосредственно перед первым ротором (2b₁), а р_2,in обозначает давление непосредственно перед вторым ротором (2b₂).

3. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1 или 2, отличающийся тем, что подводящие каналы (4b₁, 4b₂) выполнены таким образом, что соблюдается следующее: 0,95≤p_1,in/p_2,in≤1,05, причем р_1,in обозначает давление непосредственно перед первым ротором (2b₁), а р_2,in обозначает давление непосредственно перед вторым ротором (2b₂).

4. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1 или 2, отличающийся тем, что корпус (2а) имеет общий выпускной канал (7) для по меньшей мере двух роторов (2b₁, 2b₂).

5. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере два подводящих канала (4b₁, 4b₂) роторов (2b₁, 2b₂) имеют криволинейный профиль, начинающийся от их входных каналов (5b₁, 5b₂), при этом каждый подводящий канал (4b₁, 4b₂) содержит в виде участка на ближнем к ротору конце, питающий канал (6b₁, 6b₂), который образует с валом (8) угол α<45°.

6. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 5, отличающийся тем, что угол α отвечает следующему критерию: α<20°.

7. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 5, отличающийся тем, что угол α отвечает следующему критерию: α<10°.

8. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из п.п. 1, 2, 6 и 7, отличающийся тем, что компрессор (2) является радиальным компрессором.

9. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из п.п. 1, 2, 6 и 7, отличающийся тем, что каждый ротор (2b₁, 2b₂) имеет заднюю сторону, на которой расположены лопасти ротора.

10. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 9, отличающийся тем, что два ротора (2b₁, 2b₂) установлены на валу (8) так, что их задние стороны расположены встречно друг другу.

11. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 10, отличающийся тем, что задние стороны двух роторов (2b₁, 2b₂) расположены встречно друг другу без зазора.

12. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из п.п. 1, 2, 6, 7, 10 и 11, отличающийся тем, что компрессор (2) оснащен системой жидкостного охлаждения, для чего корпус (2а) имеет по меньшей мере один выполненный как единое целое канал для хладагента.

13. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 12, отличающийся тем, что система жидкостного охлаждения представляет собой низкотемпературный контур.

14. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по п. 12, отличающийся тем, что по меньшей мере один выполненный как единое целое канал для хладагента расположен на внешней окружности ротора (2b₂), который является ближайшим к турбине (3).

15. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из п.п. 1, 2, 6, 7, 10, 11, 13 и 14, отличающийся тем, что компрессор (2) содержит два ротора (2b₁, 2b₂).

16. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом по любому из п.п. 1, 2, 6, 7, 10, 11, 13 и 14, отличающийся тем, что вал (8) установлен в опоре (9) на своем ближнем к компрессору конце (10) с той стороны компрессора, которая обращена от турбины (3).

Images