SU1714172A1

SU1714172A1 - Турбокомпаундный двигатель внутреннего сгорани

Info

Publication number: SU1714172A1
Application number: SU894726822A
Authority: SU
Inventors: Александр Дмитриевич Борисов
Original assignee: Камское объединение по производству большегрузных автомобилей
Priority date: 1989-08-07
Filing date: 1989-08-07
Publication date: 1992-02-23

Abstract

Изобретение может быть использовано в системах наддува двигателей. Цель изобретени - повышение эффективных показателей двигател . Двигатель содержит впускной трубопровод 1, цилиндры 2, каждый из которых снабжен органами впуска, сообщенными с впускным трубопроводом 1 и разделенными органами выпуска отработавших газов повышенного и пониженного давлени , выхлопные коллекторы 3 и 4, первый из которых объедин ет органы выпуска отработавших газов повышенного давлени , а второй - органы выпуска отработавших газов пониженного давлени , и турбинные ступени 5 и'б, перва из которых подключена к первому выхлопному коллектору 3 и выполнена в виде турбины привода турбокомпрессора 14 наддува, а втора св - 'зана с выходом 7 первой турбинной ступени 6, дополнительно подключена к второму выхлопному коллектору 4 и вьтолнена в виде силовой турбины, кинематически св занной с коленчатым валом. Двигатель снабжен объемным нагнетателем и охладителем 9, .нагнетатели, выполненным в виде отключаемого вентил тора с кожухом 10. Между объемным нагревателем 8 и впускным трубопроводом 1 установлены двухсекционный теплообменник и перепускной канал 13, а между тгурбокомпрессором и объемным нагнетателем установлен дополнительный охладитель 15. Охлаждение наддувочного воздуха и применение турбинны>&^ ступеней с разделенным подводом газов позвол ет повысить экономичность двигател . 7 з. п. ф-лы, 4 ил.слс

Description

Изобретение относитс к машиностроению , а именно к двигателестроению.

Известен четырехклапанный двигатель внутреннего сгорани (ДВС) с системой турбонаддува . Наддувочный воздух от турбокомпрессора (ТКР) направл етс в цилиндры лишь через один впускной клапан , который открываетс к началу второй половины хода впуска, в первой половине хода впуска воздух поступает в цилиндр из атмосферы через другой клапан. Между фазами открыти и закрыти впускных клапанов предусмотрено небольшое перекрытие, выбираемое из услови , чтобы не возникал обратный поток наддувочного воздуха через клапан, соединенный с атмосферой. Этим достигаетс максимальное наполнение цилиндра. В начале хода выпуска открываетс лишь один выпускной клапан, через который отработавшие газы (ОГ) поступают в турбину ТКР. После того, как избыточное давление. ОГ в цилиндре становитс невысоким, этот клапан закрывaetc и открываетс другой выпускной клапан , из которого ОГ вытекают в атмосферу. Пониженное противодавление ОГ способствует увеличению работы расширени и улучшени очистки цилиндров от остаточных газов. В целом две обладает повышенным КПД по сравнению с ДВС с обычной системой турббнаддува.

Недостатками ДВС с такой системой газообмена и турбонаддува вл ютс повышенное сопротивление системы впуска; пониженные пусковые свойства ДВС в хо .лодном климате вследствие поступлени в цилиндры холодного воздуха из атмосферы; эсзможность обратного потока наддувочного воздуха в атмосферу в услови х жаркого климата и повышенного.давлени наддува. Повышенное сопротивление воздуха на впуске в двигатель не способствует применению механического нагнетател ; с увеличением энергии выпускных газов соответственво возрастают потери тепла, что лимитирует внедрение меропри тий, снижающих теплопередачу собственно в двигателе.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс двигатель, снабженный разделенным выпуском газов в два выхлопных коллектора, первый из которых подключен к силовой турбине, кинематически св занной с коленчатым валом двигател , а второй подключен к турбине привода компрессора наддува, котора дополнительно , св зана с выходом силовой турбины.

Недостатками такой системы наддува двигател вл ютс увеличенные размеры

турбокомпрессора, использующего выпускные газы с пониженной после силовой турбины энергией, и ухудшение наполнени цилиндров сжатым воздухом на больших нагрузках вследствие отсутстви охлаждени сжатого воздуха.

Цель изобретени - повышение эффективных показателей двигател . На фиг. 1 представлен двигатель с объемным нагнетателем; на фиг. 2 - то же, с воздушным теплообменником и перепускным каналом; на фиг. 3 - то же, с турбокомпрессором и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха; на фиг. 4 - то же, с двухсекционным

теплообменником.

Турбокомпаундный двигатель внутреннего сгорани содержит впускной трубопровод 1, цилиндры 2, каждый из которых снабжен органами впуска, сообщенными с

впускным трубопроводом 1, и основным и дополнительными органами .выпуска отработавших газов, по меньшей мере два выхлопных коллектора 3 и 4, первый из которых объедин ет основные органы выпуска отработавших газов из цилиндров, а второй - дополнительные органы выпуска отработавших газов из цилиндров,,и многоступенчатое устройство утилизации энергии отработавших газов, выполненное в виде

турбинных ступеней 5 и 6. Ступень 5 подключена к первому выхлопному коллектору 3, а впускной патрубок второй турбинной ступени 6 подключен к второму выхлопному коллектору 4 и дополнительно св зан с выпускн ым патрубком 7 первой турбинной ступени 5.

Двигатель снабжен объемным нагнетателем 8 с внутренним сжатием и с приводом

от коленчатого вала и устройством 9 охлаждени объемного нагнетател 8, выполненным в виде отключаемого вентил тора с кожухом 10, в который заключен объемный нагнетатель 8. Между выходным патрубком

объемного нагнетател 8 и впускным трубопроводом 1 установлен двухсекционный теплообменник с .жидкостно-воздушной секцией 11 и воздухо-воздушной секцией 12 и перепускным каналом 13 в обход теплообменника . На входе в перепускной канал 13 установлена управл ема заслонка, причем жидкостно-еоздуШна секци 12 теплообменники подклиэчена к системе охлаждени двигател . Количество турбинных ступеней

соответствует количеству выпускных органов каждого цилиндра 2 двигател , и турбины могут быть размещены на одном валу с передачей потока мощности на коленчатый вал, например, с помощью зубчатой передачи и гидродинамической муфты.

Двигатель также снабжен дополнительным компрессором наддува, и перва турбинна ступень 3 выполнена в виде привода дополнительного компрессора наддува и образует с ним турбокомпрессор 14, воздухонапорный патрубок которого подключен к впускному патрубку объемного нагнетател 8. Втора турбинна ступень 4 выполнена в виде силовой турбины, кинематически св занной с коленчатым валом двигател , Между воздухонапорным патрубком турбокомпрессора и впускным патрубком объемного нагнетател 8 установлен дополнительный воздухо-воздушный охладитель 15.

Турбокомпаундный двигатель работает следующим образом,

При запуске двигател воздух предварительно сжимаетс в объемном нагнетателе 8. Давление и температура воздуха повышаютс в зависимости от степени сжати и КПД. Вентил тор 9 отключен от двигател , и подогретый естественным образом сжатый воздух поступает через впускной трубопровод 1 в цилиндры 2 двигател . Подача такого воздуха до определенного уровн нагрузок обеспечивает нормальное сгорание топлива в цилиндрах 2 двигател и эффективную работу турбинных ступеней, что в целом повышает КПД двигател . При повышении нагрузок включаетс вентил тор 9, что уменьшает температуру наддувочного воздуха и снижает максимальные давление и температуру рабочего цикла,

В начале такта выпуска открываетс основной выпускной орган, и отработавшие газы повышенного давлени по первому вы-, хлопному коллектору 3 поступают на турбину 5 первой ступени. Потом открываетс дополнительный выпускной оргаИ и закрываетс основной. При этом по второму выхлопному коллектору 4 на турбину второй ступени 6 поступают отработавшие газы пониженного давлени . Между фазами открыти и закрыти выпускных органов предусмотрено и небольшое перекрытие, выбираемое из услови реализации на каждой турбине необходимой энергии.;

Отработавшие газы повышенного давлени после первой турбинной ступени поступают на вторую турбинную ступень и совместно с отработавшими газами пониженного давлени срабатывает теплоперепад на второй турбинной ступени. Такой пор док работы выпускных органов и турбинных ступеней увеличивает механическую энергию, получаемую на валу двигател .

Дл увеличени плотности воздуха, поступающего в цилиндры, и снижени тепловой напр женности деталей двигател подаваемый в цилиндры воздух охлаждаетс в дополнительном охладителе 15, жидкостновоздушной секции 11и воздухо-воздушной

5 секции 12 теплообменника. В случае, если чрезмерное охлаждение воздуха недопустимо , то часть нагретого после объемного нагнетател 8 воздуха по перепускному каналу 13 направл етс непосредственно во впуск0 ной трубопровод 1 двигател .

Claims

Формула изобрет е н и

1,Турбокомпаундный двигатель внутреннего сгорани , содержащий систему жидкостного охлаждени , впускной трубоп5 рОвод, сообщенный с органами впуска каждого цилиндра, по меньшей мере два выхлопных коллектора, первый из которых объедин ет основные органы выпуска отработавших газов из цилиндров, а второй 0 дополнительные органы выпуска отрабогавших газов из цилиндров, и многоступенчатое устройство утилизации энергии отработавших газов, выполненное в виде по меньшей мере двух турбинных ступеней с

5 выпускными патрубками, перва из которых подключена к первому выхлопному коллектору , а впускной патрубок второй турбинной ступени подключен к второму выхлопному коллектору и дополнительно св зан с выпускным патрубком первой турбинной ступени , отличающийс тем, что, с цепью повышени эффективных показателей, двигатель дополнительно снабжен .объемным нагнетателем с приводом от коленчатого ва-.

5 ла двигател и устройством дл охлаждени объемного нагнетател , причем объемный нагнетатель подключен выпускным патрубком к впускному трубопроводу двигател .
2.Двигатель по п. 1. отличающий0 с тем, что устройство охлаждени объемного нагнетател выполнено в виде отключаемого вентил тора с кожухом, охватывающим корпус объемного нагнетател .
5 3. Двигатель по пп. 1 и 2, отличающийс тем, что объемный нагнетатель выполнен с внутренним сжатием.
4, Двигатель по пп. 1-3, отличающийс тем, что между выходным патруб0 ком объемного нагнетател и впускным тру бопроводом двигател установлен

теплообменник с перепускным каналом, на

входе в который установлена уИравл ема

заслонка.
5 5. Двигатель по п, 4, о т ли ч а ю щи йс тем, что теплообменник выполнен в виде двух секций, одна из которых выполнена воздухо-воздушной, а втора - жидкостновоздушной ,
б. Двигатель по п. 5. отличающийс тем, что жидкостно-воздушнай секци теплообменника сообщена с системой жидкостного охлаждени двигател .
7, Двигатель по пп. 1 - 6, отличаю щи и с тем, что он снабжен дополнительным компрессором наддува, перва турбинна ступень выполнена в виде привода компрессора наддува и образует с ним турбокомпрессор , воздухонапорный патрубок которого подключен к впускному патрубку

объемного нагнетател , а втора турбинна ступень выполнена в виде силовой турбины, кинематически св занной с коленчатым валом двигател .
8. Двигатель по п. 7, о т л и ч а ю щ и йс тем, что между воздухонапорным патрубком турбокомпрессора и впускным патрубком объемного нагнетате/ установлен дополнительный воздухо-воздушный охладитель .

5оз9дх

Фиг2