SU1717853A1 - Combined internal combustion engine - Google Patents

Abstract

Изобретение позвол ет улучшить эффективные показатели комбинированного двигател  внутреннего сгорани . Компрессор 3 наддува двигател  и турбина 4 подключены к цилиндрам 1. К выхлопному патрубку 14 турбины 4 подключен газовпускной канал 11 трансформатора 7 давлени . Канал 12 выпуска газов пониженного давлени  сообщен с атмосферой, а канал 13 выпуска газов повышенного давлени  подключен к потребителю их энергии, например к силовой турбине 16. В процессе работы двигател  кажда   чейка 9 ротора 8 периодически сообщаетс  с каналом 11 и вдоль нее распростран етс  волна давлени , сжимающа  наход щийс  в ней газ. Через канал 13 этот газ поступает к потребителю мощности. В момент сообщени  с каналом 13 вдоль  чейки начинает распростран тьс  волна разрежени  и в момент достижени  ею противоположного торца  чейки последн   сообщаетс  с каналом 12. В этом канале происходит истечение газов с атмосферным давлением. После перекрыти  канала 13 в  чейке возникает волна разрежени . Таким образом, в момент подключени  к выхлопному патрубку 14 турбины давление в каждой  чейке ниже атмосферного .а {трансформаци  давлени  в  чейках позвол ет использовать энергию газов дл  получени  дополнительной работы. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.; «-и к. fe 00 ел СА) fin.tThe invention improves the effective performance of a combined internal combustion engine. The compressor 3 of the engine turbocharger and the turbine 4 are connected to the cylinders 1. The gas inlet channel 11 of the pressure transformer 7 is connected to the exhaust pipe 14 of the turbine 4. A reduced pressure gas outlet channel 12 is in communication with the atmosphere, and a pressurized gas outlet channel 13 is connected to a consumer of their energy, such as a power turbine 16. During engine operation, each cell 9 of the rotor 8 periodically communicates with channel 11 and a pressure wave propagates along it compressing gas in it. Through channel 13, this gas enters the power consumer. At the time of communication with channel 13, a rarefaction wave begins to propagate along the cell, and when it reaches the opposite end of the cell, it finally communicates with channel 12. In this channel, gases with atmospheric pressure flow out. After channel 13 overlaps, a rarefaction wave appears in the cell. Thus, when the turbine 14 is connected to the exhaust port 14, the pressure in each cell is below atmospheric. And {the pressure transformation in the cells allows the energy of the gases to be used to produce additional work. 2 hp ff, 2 ill; "-And K. fe 00 ate SA) fin.t

Description

Изобретение относитс  к энергетическому машиностроению, а конкретнее к комбинированным двигател м внутреннего сгорани  с газотурбинным наддувом.The invention relates to a power engineering industry, and more specifically to a combination of internal combustion engines with gas turbine supercharging.

Цель изобретени  - улучшение эффективных показателей двигател .The purpose of the invention is to improve the effective performance of the engine.

На фиг.1 представлена схема двигател  в случае выполнени  потребител  энергии газов в виде силовой турбины; на фиг.2 - потребитель энергии газов с турбиной привода компрессора.FIG. 1 is a schematic of the engine in the case of a gas consumer in the form of a power turbine; FIG. 2 shows the energy consumption of gases with a turbine driving a compressor.

Комбинированный двигатель содержит поршневую часть с цилиндрами 1 турбокомпрессор с размещенными на его валу компрессором 3 наддува и газовой турбиной 4, из которых компрессор подключен к впускному трубопроводу 5, а турбина подключена своим газоприемным патрубком к магистрали 6 выпуска отработавших газов из цилиндров , а также трансформатор 7 давлени , выполненный в виде ротора 8 с напорообмен- ными  чейками 9 и статора Юс каналами 11The combined engine contains a piston part with cylinders 1, a turbocharger with compressor 3 supercharging and a gas turbine 4 placed on its shaft, of which the compressor is connected to the inlet pipeline 5, and the turbine is connected to the gas exhaust pipe 6 from the cylinders as well as the transformer 7 pressure, made in the form of a rotor 8 with pressure-exchange cells 9 and stator USB channels 11

-13. Газовпускной канал 11 трансформатора давлени  подключен к выхлопному патрубку 14 турбины 4 первый выпускной канал 12 предназначен дл  выпуска газов пониженного давлени  и сообщен с атмосферой, второй выпускной канал 13 предназначен дл  выпуска газов повышенного давлени  и подключен к потребителю энергии газов.-13. The gas inlet channel 11 of the pressure transformer is connected to the exhaust pipe 14 of the turbine 4, the first exhaust channel 12 is for releasing gases of reduced pressure and is connected to the atmosphere, the second outlet channel 13 is for releasing gases of increased pressure and is connected to the energy consumer of gases.

На фиг. 1 показан вариант с подключением этого канала к впускному патрубку 15. силовой турбины 16, котора  св зана с коленчатым валом; на фиг.2 - вариант потре- бител  энергии газов повышенного давлени  заодно с турбиной 4 привода компрессора 3 наддува. В этом канал 13 сообщен с газовпускным патрубком 17 турбины 4.FIG. 1 shows a variant with the connection of this channel to the inlet 15 of the power turbine 16, which is connected to the crankshaft; Fig. 2 shows a variant of the consumption of energy of pressurized gases at the same time as the turbine 4 of the drive of the compressor 3 supercharging. In this channel 13 is communicated with the gas inlet pipe 17 of the turbine 4.

Двигатель работает.следующим образом .The engine is working. As follows.

Отработавшие газы из цилиндров 1 по магистрали 6 поступают в турбину 4, мощность которой расходуетс  на привод компрессора 3, нагнетающего воздух на наддув цилиндров 1.The exhaust gases from cylinders 1 through line 6 enter turbine 4, the power of which is used to drive compressor 3, which forces air to pressurize cylinders 1.

Из турбины 4 отработавшие газы черезFrom the turbine 4 exhaust gases through

выпускной патрубок 14 подводитс  к газовпускному каналу 11. В процессе вращени  ротора 8 кажда  из  чеек 9 периодически подключаетс  к окнам каналов 11-13. При этом в момент, предшествующий подключению к окну канала .11,  чейка 9 заполнена выпускными газами под промежуточным давлением. При совмещении с окном канала 11 вдоль  чейки 9 распростран етс  волна давлени , сжимающа  наход щиес , в ней газы. К моменту достижени  этой волной противоположного (правого) торца  чейки 9, последн   подключаетс  к окнуan outlet 14 is supplied to the gas inlet channel 11. During the rotation of the rotor 8, each of the cells 9 is periodically connected to the windows of the channels 11-13. At the same time at the time preceding the connection to the channel window .11, cell 9 is filled with exhaust gases under intermediate pressure. When combined with the window of the channel 11, a pressure wave propagates along the cell 9, compressing the gases in it. By the time this wave reaches the opposite (right) end of cell 9, the latter is connected to the window

канала 1.3 и сжатый газ нагнетаетс  к сопловому аппарату силовой турбины 15. Приходное сечение соплового аппарата силовой турбины 15 выполн етс  меньшим по OTjjiqшению к проходному сечению окна канала 13,i вследствие чего давление газов в канале 13 превышает давление газов в канале 11, Поэтому в сечении окна канала 13 формируетс  отраженна  волна давлени , котора channel 1.3 and the compressed gas is injected to the nozzle apparatus of the power turbine 15. The inlet section of the nozzle apparatus of the power turbine 15 is made less in OTjjiq to the flow area of the port window 13, i due to which the gas pressure in the channel 13 exceeds the gas pressure in channel 11, therefore in section the windows of channel 13 is formed by a reflected pressure wave, which

0 распростран етс  в обратном направлении. К моменту достижени  отраженной волной левого торца ротора  чейка 9 выходит из сопр жени  с окном канала 11.0 propagates in the opposite direction. By the time the reflected wave reaches the left end of the rotor, cell 9 leaves the interface with the window of channel 11.

После разобщени  с окнами каналов 11After separation from the windows of channels 11

5 и 13 в  чейке 9 устанавливаетс  остаточное давление, превышающее атмосферное. Остаточное давление зависит от уровн  давлени  в канале 13 и отношени  проходных сечений окон каналов 11 и 13, т.е. повыша0 етс  с увеличением значений последних.5 and 13, cell 9 is set to a residual pressure greater than atmospheric. The residual pressure depends on the pressure level in the channel 13 and the ratio of the flow sections of the windows of the channels 11 and 13, i.e. increases with increasing values of the latter.

В процессе дальнейшего вращени  ротора 8 эта же  чейка 9 подключаетс  к окну выпускного канала 12. Образующа с  при этом волна разрежени  распростран етс  кIn the process of further rotation of the rotor 8, the same cell 9 is connected to the window of the outlet channel 12. The resulting vacuum wave propagates to

5 правому концу  чейки. За фронтом пр мой волны разрежени  устанавливаетс  примерно атмосферное давление ( при условии незначительной величины гидравлического сопротивлени  выпускно0 re тракта низкого давлени ). При отражении этой волны разрежени  от правой торцовой стенки корпуса 10 формируетс  обратна  волна разрежени , распростран юща с  к левому концу  чейки. За фронтом обратной5 right end of the cell. Approximately atmospheric pressure is established behind the front of the direct rarefaction wave (provided that the hydraulic resistance of the outlet of the low pressure path is insignificant). When this rarefaction wave is reflected from the right end wall of the housing 10, a backpressure rarefaction wave propagates towards the left end of the cell. Behind the reverse front

5 волны разрежени  устанавливаетс  давление ниже атмосферного. При этрм скорость потока за фронтом этой волны практически отсутствует. К моменту достижени  обратной волны разрежени  левого конца5, a rarefaction wave is set to below atmospheric pressure. For etrm, the flow velocity behind the front of this wave is practically absent. By the time the reverse wave reaches the rarefaction of the left end

0  чейка 9 выходит из сопр жени  с окном канала 12. Ввиду отсутстви  скорости потока за фронтом обратной волны разрежени  волна уплотнени  после отключени   чейки 9 не возникает. Поэтому в  чейке устанавли5 ваетс  промежуточное давление ниже атмосферного .0, the cell 9 leaves the interface with the window of the channel 12. In view of the absence of the flow velocity behind the front of the backpressure of the rarefaction wave, a compaction wave does not occur after turning off the cell 9. Therefore, an intermediate pressure below the atmospheric pressure is set in the cell.

В общем случае величина обратной волны разрежени , а следовательно, и промежуточное давление зависит от величиныIn the general case, the magnitude of the reverse rarefaction wave, and consequently, the intermediate pressure depends on the magnitude

0 пр мой волны разрежени , котора , в свою очередь, зависит от остаточного давлени  в  чейке в период отключени  ее от окон каналов 11 и 13.0 direct rarefaction wave, which, in turn, depends on the residual pressure in the cell during its disconnection from the windows of channels 11 and 13.

Таким образом, с увеличением давле5 ни  газов перед силовой турбиной или. уменьшением проходного сечени  окна канала 13 промежуточное давление в  чейке снижаетс , что способствует снижению противодавлени  выпуску газов из турбины 4 турбокомпрессора.Thus, with an increase in the pressure of gases before the power turbine or. By decreasing the flow area of the port window 13, the intermediate pressure in the cell is reduced, which contributes to reducing the counter-pressure to the release of gases from the turbine 4 of the turbocharger.

Таким образом, выполнение преобразовател  энергии отработавших газов в виде трансформатора давлени  позвол ет повысить КПД комбинированного двигател  как за счет вторичного использовани  энергии отработавших газов в силовой турбине или дл  повышени  мощности газовой турбины турбокомпрессора, так и за счет повышение теплоперепада, срабатывающего в рабочем колесе газовой турбины привода компрессора наддува из-за снижени  противодавлени  выхлопу. Thus, performing an exhaust gas energy converter in the form of a pressure transformer improves the efficiency of the combined engine, either by re-using the energy of the exhaust gases in a power turbine or to increase the power of a gas turbine of a turbocharger, or by increasing the thermal gradient triggered in the gas turbine impeller drive a boost compressor due to lower exhaust backpressure.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и   1. Комбинированный двигатель внутреннего сгорани , содержащий турбину привода компрессора наддува, поцкиючеМ- ную впускным патрубком к магистрали выпуска отработавших газов из цилиндров, и волновой преобразователь энергии, подключенный газовпускным каналом к выхлопному патрубку турбины привода компрессора, отличающийс  тем, что,Formula 1. Combined internal combustion engine containing a turbocharger drive of the supercharger compressor, a single inlet to the exhaust gas line from the cylinders, and a wave energy converter connected to the gas inlet a channel to the exhaust port of the compressor drive turbine, characterized in that

с целью улучшени  эффективных показателей , волновой преобразователь энергии выполнен в.виде трансформатора давлени  отработавших газов с двум  выпускными каналами: первым - дл  выпуска газов пониженного давлени  и вторым - дл  выпуска газов повышенного давлени , а двигатель снабжен потребителем энергии газов повышенного давлени , причем первый выпускной канал трансформатора давлени  сообщен с атмосферой, а второй подключен к потребителю энергии газов.In order to improve the effective performance, the wave energy converter is made in the form of an exhaust gas pressure transformer with two exhaust channels: the first is for releasing low-pressure gases and the second is for releasing high-pressure gases, and the engine is equipped with a consumer of high-pressure gases, The pressure transformer channel is in communication with the atmosphere, and the second is connected to the energy consumer of the gases.

2.Двигатель по п. 1, отличающийс  тем, что потребитель энергии газов повышейного давлени  кинематически св зан с коленчатым валом и выполнен в виде силовой турбины.2. An engine according to Claim 1, characterized in that the energy consumer of the boost gas is kinematically connected with the crankshaft and is designed as a power turbine.

3.Двигатель по п. 1, от л и ч а ю щ и и с   тем, что потребитель энергии газов повышейного давлени  выполнен заодно с турбиной привода компрессора наддува в виде газовой турбины.3. The engine according to claim 1, in accordance with the fact that the energy consumer of gases of overpressure is made integral with the turbine of the drive of the boost compressor in the form of a gas turbine.

ЛL

JJ

Claims (3)

• Формула изобретения• Claim 1. Комбинированный двигатель внутреннего сгорания, содержащий турбину 15 привода компрессора наддува, подключенную впускным патрубком к магистрали выпуска отработавших газов из цилиндров, и волновой преобразователь энергии, под- * ключенный газовпускным каналом к вы- 20 хлопному патрубку турбины привода компрессора, отличающийся тем, что, с целью улучшения эффективных показателей, волновой преобразователь энергии выполнен в.виде трансформатора давления отработавших газов с двумя выпускными каналами: первым - для выпуска газов пониженного давления и вторым - для выпуска газов повышенного давления, а двигатель снабжен потребителем энергии газов повышенного давления, причем первый выпускной канал трансформатора давления сообщен с атмосферой, а второй подключен к потребителю энергии газов.1. A combined internal combustion engine comprising a turbocharger 15 for a compressor compressor, connected by an inlet pipe to the exhaust pipe from the cylinders, and a wave energy converter connected * by the gas inlet to the exhaust pipe 20 of the compressor drive turbine, characterized in that , in order to improve effective performance, the wave energy converter is made in the form of an exhaust gas pressure transformer with two exhaust channels: the first - for lowering gas emissions and a second pressure - for the production of high-pressure gases, and the engine is provided with a user of high pressure gas energy, wherein the first pressure outlet channel is connected transformer with the atmosphere, and the second is connected to the gas energy consumer. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что потребитель энергии газов повышенного давления кинематически связан с коленчатым валом и выполнен в виде силовой турбины.2. The engine according to claim 1, characterized in that the energy consumer of high pressure gases is kinematically connected with the crankshaft and is made in the form of a power turbine. 3. Двигатель по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что потребитель энергии газов повышенного давления выполнен заодно с турбиной привода компрессора наддува в виде газовой турбины.3. The engine according to claim 1, with the fact that the energy consumer of high pressure gases is made integral with the turbine of the pressurization compressor drive in the form of a gas turbine.