SU1719694A1 - Двигатель внутреннего сгорани - Google Patents

Abstract

Изобретение позвол ет повысить эффективность двигател  внутреннего сгорани 1 . Двигатель внутреннего сгорани  содержит собственно двигатель, состо щий из силового агрегата 1, выхлопного коллектора 2, коленчатого вала 3 и прочих известных элементов (системы подачи топлива, смазки, вентил ции и т.п.), а также замкнутый утилизационный контур, заправленный рабочим телом - сжиженным газом, например углекислотой, одновременно  вл ющимс  охладителем (вместо обычного охладител  типа Тосол), состо щий из последовательно соединенных магистрал ми турбины 4, ротор которой через редуктор 5 кинематически св зан с коленчатым валом 3, емкости сбора газожидкостной фазы рабочего тела 6, компрессора 7 с электромотором 8, обратного клапана 9,-емкости- теплообменника 10, размещенного на выхлопном коллекторе 2, трактов охлаждени  блока и головки цилиндров 11, теплообменных трактов картера 12. электромагнитных клапанов 13 и 17. При этом ротор турбины 4 кинематически соединен с валом компрессора 7 через редуктор 14, вал компрессора соединен с валами электромотора 8 и редуктора 14 экранированными электромагнитными муфтами 15 и 16 соответственно. Электроклапаны 13,17 и электромотор 8 электрически запитаны от аккумул торной батареи. Магистраль 18 соедин ет компрессор 7 с емкостью-теплообменником 10. магистраль 19 теплообменные магистрали картера 12 с турбиной 4 через злектроклапан 13. В предложенной конструкции сжиженный газ, работа  по замкнутому газодинамическому циклу с фазовыми превращени ми, жидкость - пар - жидкость,  вл етс  одновременно охладителем двигател , Рабочим телом турбины  вл етс  жидкостна  фаза охладител , Положительный эффект предложенного двигател  состоит в повышении экономичности за счет утилизации тепловых потерь. 1 ил. (Л

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , а именно к устройствам, преобразующим тепловую энергию сгорани  топлива в

механическую, и может быть использовано на транспортных средствах (с карбюраторными двигател ми или дизел ми) и на различных силовых установках (компрессорах, генераторах электрического тока и т.п.).

Известен комбинированный ДВС, ког торый содержит турбокомпрессор наддува , вход турбины которого подключен к выхлопному коллектору, а выход- к выходной магистрали и контур высокотемпературного охлаждени  с паросепаратором, снабженным пароотвод щей магистралью , подключенной к входу турбины турбокомпрессора .

Анализ теплового баланса известных типов двигателей, свидетельствует о том, что например, дл  карбюраторных двигателей полезна  дол  тепловой энергии сгораемого топлива составл ет 23-32%, теплоотвод в систему охлаждени  и смазки двигател  20-35%, потери тепла с выхлопными газами 30-55%. Как следует из приведенных величин, основна  дол  тепловой энергии передаетс  в систему охлаждени  и смазки и в выхлопные газы, т.е. полезно не используетс .

Цель изобретени  - повышение экономичности .

Указанна  цель достигаетс  тем, что двигатель внутреннего сгорани  снабжен компрессором подачи теплоносител , дополнительным редукто ром, электромотором, двум  экранированными электромагнитными муфтами, двум  отсечными электромагнитными клапанами и об-, ратным клапаном, причем компрессор установлен в замкнутом контуре циркул ции теплоносител  между емкостью сбора , теплоносител  и обратным клапаном, вал компрессора кинематически св зан через дополнительный редуктор и первую электромагнитную муфту с ротором утилизационной турбины и подключен через вторую электромагнитную муфту к электромотору, ёмкость сбора теплоносител  снабжена отводным патрубком с установленным в нем первым отсечным электромагнитным клапаном , второй отсечной электромагнитный клапан размещен на входе в утилизационную турбину, а электромагнитные клапаны и электромотор подключены к аккумул торной батарее.

На чертеже представлена схема устройства . .Двигатель внутреннего сгорани  содержит собственно двигатель, состо щий из силового агрегата 1, выхлопного коллектора 2, коленчатого вала 3 и других элементов (системы подачи топлива, смазки, вентил ции и т.п.), а также замкнутый контур, заправленный рабочим телом - сжиженным газом, например углекислотой, одновременно  вл ющимс  охладителем (вместо обычного

охладител  типа Тосол), состо щий из по- v следовательно соединенных магистрал ми турбины 4,.ротор которой через редуктор 5 кинематически св зан с- коленчатым валом

3, емкости 6 сбора газожидкостной фазы рабочего тела, компрессора 7 с электромотором 8, обратного клапана 9, емкости-теп- лообменника 10, размещенного на выхлопном коллекторе 2, трактов 12 картера , электромагнитных клапанов 13 и 1.4. При этом ротор турбины 4 кинематически соединен с валом компрессора 7 через редуктор 15, вал компрессора1 соединен с валами ч электромотора 8 и редуктора 15 экранированными электромагнитными муфтами 16 и 17 соответственно.Электроклапаны 13 и 14 и электромотор 8 электрически запитаны от аккумул торной батареи. Магистраль 18 соедин ет

компрессор 7 с емкостью-теплообменни- ; ком 10, магистраль 19 - теплообменные магистрали 12 картера с турбиной 4 через электроклапан 13.

Двигатель работает следующим образом .

Перед началом работы замкнутый контур от обратного клапана 9 до отсечного электроклапана 13 (т.е. без турбины 4. емкости 6 и компрессора 7) заправлен сжиженным газом, например углекислотой, с определенным коэффициентом заполнени . Давление в заправленной части контура определ етс  только температурой

рабочего тела (дл  углекислоты давление насыщенных паров составл ет 40 кгс/см при 5°С и 73 кгс/см2 при 30°С). Электроклапаны 13 и 17 закрыты, вал компрессора разъединен с валами электромотора 8 и редуктора

15.

Запуск двигател  производ т подачей электрического напр жени  на электроклапан 13 и электромагнитную муфту 17. В результате открыти  электроклапана 13 на

лопатках турбины по вл етс  перепад давлений (давление перед турбиной соответствует давлению насыщенных паров, на выходе турбины равно- атмосферному), рабочее тело на выходе из лопаток турбины

при внезапном расширении газифицируетс  и истекает в емкость 6.- Ротор турбины передает крут щий момент коленчатому валу 3 через редуктор 5.. При срабатывании электромагнитной муфты 1в крут щий мо5 мент от ротора турбины передаетс  также валу компрессора 7 через редуктор 15. На выходе из турбины в емкости 6 происходит сбор газожидкостной фазы рабочего тела, которую компрессор 7 сжимает и подает в емкость-теплообменник 10. При сжатии рабочего тела на выходе .из компрессора происходит его конденсаци , что существенно уменьшает потребл емую мощность на валу компрессора по сравнению с мощностью турбины 4. (в замкнутом контуре расход и давление рабочего тела дл  турбины и компрессора одинаковы)..

При включении зажигани  (дл  карбюраторных двигателей) одновременно запускаетс  и силовой агрегат двигател , дл  дизел  одновременность запуска силового агрегата обеспечиваетс  автоматически при сжатии воздушно-топливной смеси в цилиндрах.

В результате расширени  .и сжижени  рабочего тела на выходе из турбины существенно снижаетс  его температура (на экспериментальной турбине при испытани х на углекислоте температура на выходе из турбины понижалась до-78°С), котора  восстанавливаетс  после сжати  на выходе из компрессора и дальнейшего нагрева в емкости-теплообменнике 10, в трактах охлаждени  блока цилиндров 11 и теплообменных трактах 12 картера.

Количество и расход охладител  - сжиженного газа рассчитывают таким образом, чтобы обеспечить надежное охлаждение двигател  и работу турбины на жидкостной фазе рабочего тела, котора  поступает на лопатки турбины, добавл   энергию коленчатому валу 3 через редуктор 5. Замкнутый утилизационный контур работает непрерывно . Оптимальный тепловой режим работы двигател  возможно установить регулированием расхода рабочего тела на турбину.

При работе утилизационного контура реализуетс  один из вариантов цикла Ре- нкина с полной конденсацией рабочего тела .

В качестве резервного варианта можно осуществить турбинный запуск включением электроклапанов 13 и 14, при этом незначительна  часть рабочего тела выбрасываетс  в окружающую среду. Этот вариант требует дозаправки системы через довольно значительное количество включений.

Выключение карбюраторных двигателей производ т выключением зажигани , а дизелей - одним из известных способов (включением декомпрессии, прекращением подачи топлива и т.п.). Одновременно подают команду на сн тие электрического напр жени  с электроклапана 13, в результате его ротор турбины 4 через некоторое врем  останавливаетс , снимают электрическое напр жение с электромагнитной муфты 17, что приводит к разъединению валов компрессора 7 и редуктора 15, При этом одновременно соедин ют валы компрессора 7 и электромотора 8 включением электромагнитной муфты 16. В течение некоторого времени приводимый электромотором 8 5 компрессор 7 продолжает нагнетать рабочее тело в емкость 10, одновременно отсасыва  его из емкости 6 и турбины 4 до качественного их опорожнени , после чего подают команду на выключение электромо10 тора 8 с одновременным рассоединением валов компрессора 7 и электромотора 8.

Таким образом, рабочее тело снова возвращаетс  в часть замкнутого контура, в которую было первоначально заправлено.

5 Двигатель готов к повторной работе с организацией турбинного запуска по описанной выше схеме.

Проведенные расчеты дл  охлаждени  углекислоты показывают, что добавочную

0 мощность получают за счет использовани  тепловых потерь, последн   составл ет существенную величину, в результате чего может быть уменьшен расход топлива (при обеспечении заданной мощности).

5 Таким образом, применение предложенного двигател  внутреннего сгорани  обеспечивает повышение экономичности за счет утилизации тепловых потерь и уменьшение вредного экологического воздейст0 ви  за счет уменьшени  количества выхлопных газов без изменени  мощности двигател ,

При этом исключаетс  перегрев двигател , образование накипи или окисление в

5 трактах охлаждени .-двигател  при использовании , например, инертной углекислоты, уменьшаетс  потребна  мощность аккуму- л торной батареи, по вл етс  возможность использовани  охладител  в качестве рабо0 чего тела пожаротушени  (при использовании углекислоты), используетс  турбинный запуск без потерь рабочего тела. .

Claims (1)

1. Формула изобретени  5 Двигатель внутреннего сгорани , содержащий блок цилиндров с картером, имеющим рубашку охлаждени , головку . цилиндров с полостью охлаждени , маги- .страль выпуска отработанных газов, ус- .0 тановленный в ней теплообменник, утилизационную турбину, ротор которой через редуктор кинематически св зан с коленчатым валом двигател , емкость сбора теплоносител  и по меньшей мере один об- 5 ратный клапан, установленный на входе в теплообменник, причем рубашка охлаждени  блока цилиндров, полость охлаждени  головки цилиндров, теплообменник, утилизационна  турбина,емкость сбора теплоносител  и обратный клапан соединены

   последовательно с образованием замкнутого контура циркул ци-и теплоносител , о т- личающийс  тем, что, с целью повышени  экономичности-, он снабжен компрессором подачи теплоносител , дополнительным редуктором,; электромотором , аккумул торной батареей, двум  экранированными электромагнитными муфтами и двум  отсечными электромагнитными клапанами, причем компрессор установлен в замкнутом контуре циркул ции теплоносител  между емкостью сбора теплоносител  и обратным клапаном, вал компрессора кинематически св зан через дополнительный редуктор и первую электромагнитную муфту с ротором утилизационной турбины и подключен через вторую электромагнитную муфту к электромотору,.емкость сбора теплоносител  снабжена отводным патрубком с установленным в нем первым отсечным клапаном, второй отсечной электромагнитный клапан размещен на входе в

   утилизационную турбину, обратный клапан выполнен электромагнитным и электромагнитные клапаны и электромотор подключены к аккумул торной батарее.

   А. J

   11

   W