Комбінований двигун внутрішнього згоряння

Реферат: Комбінований двигун внутрішнього згоряння містить поршневу частину з впускним колектором, у якому розміщений охолоджувач надувального повітря, сполучену із силовою турбіною через редуктор, каскадний обмінник тиску, оснащений патрубком для відведення стисненого повітря, сполученим із вхідним пристроєм компресора, сполученого з колінчатим валом поршневої частини, дифузор компресора підключений до впускного колектора. Крім цього, компресор з'єднаний з колінчатим валом поршневої частини за допомогою електромагнітної муфти і редуктора, до якого підключена силова турбіна, а на ділянці між патрубком для відведення стисненого повітря і вхідним пристроєм компресора розміщений проміжний охолоджувач надувального повітря. UA 96816 U (12) UA 96816 U UA 96816 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області енергетичного машинобудування, зокрема, до комбінованих двигунів внутрішнього згоряння. Відомо комбінований двигун внутрішнього згоряння, що містить поршневу частину з впускними і випускними колекторами, підключеними до хвильового обмінника тиску відповідно магістраллю для відведення стисненого повітря і для підведення стискаючого середовища (див. О.І.Крайнюк, Ю.В.Сторчеус, В.П.Левчук, О.А.Данілейченко, А.О.Крайнюк Хвильові обмінники тиску в системах наддування двигунів внутрішнього згоряння. Монографія. - Луганськ: Вид-В "Ноулідж", 2013.-158 с). До істотних недоліків хвильових обмінників тиску відноситься чутливість до опору трактів низького тиску. Погіршення умов продування комірок ротора свіжим зарядом у свою чергу супроводжується зниженням ККД обмінника і комбінованого двигуна в цілому аж до втрати працездатності останнього. За прототип вибраний комбінований двигун внутрішнього згоряння (КДВЗ), що містить поршневу частину з впускним колектором, у якому розміщений охолоджувач наддувального повітря, сполучену з силовою турбіною через редуктор, каскадний обмінник тиску (КОТ), постачений патрубком для відведення стисненого повітря, сполучений із вхідним пристроєм компресора, сполученого з колінчатим валом поршневої частини, дифузор компресора підключений до впускного колектора. Надування двигуна здійснюється повітрям, стисненим у КОТ за рахунок використання енергії відпрацьованих газів, компресор здійснює циркуляцію робочого тіла у контурі високого тиску і очищення циліндрів двигуна від відпрацьованих газів, (див. ПатентиА №87623, МПК F 02 ВЗЗ/ОО, опубл. 10.02.2014, Бюл. № 3) Недоліками відомого двигуна є відносно високі витрати механічної енергії на привод компресора, як через здійснення їм достискування гарячого повітря, що нагнітається КОТ, так і через неможливість гнучкого регулювання частоти обертання компресора, внаслідок наявності із колінчатим валом жорсткого механічного зв'язку. Також має місце невисока щільність повітряного заряду, що надходить у поршневу частину двигуна, що обумовлено недостатньою ефективністю штатного охолоджувача надувального повітря. Технічним результатом корисної моделі, що заявляється, є зниження витрат механічної енергії на привод компресора попереднім охолодженням дотискуємого повітря, що одночасно забезпечує підвищення щільності надувального повітря, а також раціональне регулювання частоти обертання компресора за рахунок його підключення до колінчатого вала за допомогою електромуфти і редуктора, що, врешті-решт, дозволить підвищити ККД КДВЗ. Поставлене завдання досягається тим, що у комбінованому двигуні внутрішнього згоряння, що містить поршневу частину із впускним колектором, у якому розміщений охолоджувач надувального повітря, сполучену з силовою турбіною через редуктор, каскадний обмінник тиску, оснащений патрубком для відведення стисненого повітря, сполучений з вхідним пристроєм компресора, сполученого з колінчатим валом поршневої частини, дифузор компресора підключений до впускного колектора, відповідно до корисної моделі, компресор з'єднаний з колінчатим валом поршневої частини за допомогою електромагнітної муфти і редуктора, до якого підключена силова турбіна, а на ділянці між патрубком для відведення стисненого повітря і вхідним пристроєм компресора розміщений проміжний охолоджувач надувального повітря. Розміщення проміжного охолоджувача надувального повітря на ділянці між патрубком для відведення стисненого повітря і вхідним пристроєм компресора дозволить знизити роботу стиску повітря в ньому і, таким чином, зменшити витрати механічної енергії на привод компресора. Крім того, додаткове охолодження повітряного заряду забезпечить збільшення щільності надувального повітря. Сполучення компресора з колінчатим валом поршневої частини за допомогою електромагнітної муфти і редуктора, до якого підключена силова турбіна, дозволить, завдяки можливості регулювання частоти обертання компресора, знизити нераціональні витрати механічної енергії двигуна, що відводяться на привод компресора, і підвищити ККД КДВЗ. Сутність корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображений комбінований двигун внутрішнього згоряння, що містить каскадний обмінник тиску (КОТ) 1, що складається з ротора 2 з комірками 3 і корпуса 4 з магістраллю 5 для підведення стискаючого середовища, з патрубком 6 для відведення стисненого повітря, що містить проміжний охолоджувач 7 надувального повітря, з патрубком 8 для підведення повітря, постаченим продувним вентилятором 9, і з патрубком 10 для відведення газів низького тиску, а також поршневу частину 11, що містить випускний колектор 12, сполучений одночасно з магістраллю 5 для підведення стискаючого середовища і з силовою турбіною 13, сполученою з колінчатим валом 14 через редуктор 15 і електромуфту 16, а також впускний колектор 17, підключений через охолоджувач 18 надувального повітря до дифузора 19 компресора 20, вхідний пристрій 21 якого 1 UA 96816 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 підключено до патрубка 6 для відведення стисненого повітря. Ротор 2 КОТ 1 оснащений датчиком 22 частоти обертання, сполученим з блоком керування 23, з яким також сполучений датчик температури 24, розміщений у патрубку 10 для відведення газів низького тиску. Ротор 2, продувний вентилятор 9, компресор 20 і силова турбіна 13 підключені до редуктора 15 за допомогою електромуфт відповідно 25, 26, 27, 16, сполучених з блоком керування 23, з яким також сполучена заслінка 28, розміщена у газовпускному патрубку 29 силової турбіни 13. Комбінований двигун внутрішнього згоряння працює наступним чином. У результаті роботи КДВЗ атмосферне повітря нагнітається продувним вентилятором 9 у комірку 3 ротора 2 через патрубок 8 для підведення повітря, де в результаті робочого процесу КОТ 1 здійснюється його стиснення відпрацьованими газами поршневої частини 11 двигуна, які підводяться у комірки 3 ротора 2 через магістраль 5 для підведення стискаючого середовища, підключену до корпуса 4 КОТ 1. Віддавши значну частину потенційної енергії відпрацьовані гази через патрубок 10 для відведення газів низького тиску відводяться до атмосфери, а стиснене повітря направляється через патрубок 6 для відведення стисненого повітря, де попередньо прохолоджуються у проміжному охолоджувачі 7 надувального повітря, до вхідного пристрою 21 компресора 20, що приводиться в дію від редуктора 15 через електромуфту 27. У компресорі 20 повітря додатково стискується до тиску, необхідного для здійснення циркуляції робочих тіл у контурі високого тиску КОТ 1 і продування циліндрів поршневої частини 11 від відпрацьованих газів, і далі після охолодження у охолоджувачі 18, встановленому у дифузорі 19, надходить у впускний колектор 17 для наддування поршневої частини 11. Частина відпрацьованих газів з поршневої частини 11 через випускний колектор 12 відводиться у магістраль 5 для підведення стискаючого середовища і використовується як стискаючий газ у робочому циклі КОТ 1. Надлишкова частина відпрацьованих газів поршневої частини 11, щодо витрати, необхідної для стиску надувального повітря у КОТ 1, обмиваючи дросельну заслінку 28, встановлену у газовпускному патрубку 29, подається у силову турбіну 13, механічна робота якої передається за допомогою електромагнітної муфти 16 до редуктора 15. На режимах середніх і повних навантажень КДВЗ механічна енергія, передана редуктору 15, використовується для передачі на колінчатий вал 14, на привод ротора 2, продувного вентилятора 9 і компресора 20. Регулювання потужності на привод продувного вентилятора 9 при зміні режиму роботи двигуна здійснюється вмиканням-відключенням електоромуфти 26 по сигналу блока керування 23 залежно від температури, обумовленої датчиком температури 24. Зміна витрат потужності на привод ротора 2 при зміні режиму роботи двигуна здійснюється вмиканням-відключенням електромуфти 25 по сигналу блока керування 23, при цьому частота обертання ротора 2 контролюється датчиком 22. На режимах холостого ходу механічна енергія для привода продувного вентилятора 9, ротора 2 і компресора 20 відводиться від колінчатого вала 14 за допомогою редуктора 15, при цьому по сигналу блока керування 23 електромуфта 16 відключає силову турбіну 13 від редуктора 15, а заслінка 28 перекриває прохідний перетин газовпускного патрубка 29 силової турбіни 13. Застосування проміжного охолоджувача 7 дозволить знизити витрати механічної енергії на здійснення руху стисненого повітря у контурі високого тиску КОТ 1, а також збільшити кількість робочого тіла у циклі двигуна за рахунок підвищення щільності повітряного заряду на впуску, що сприятиме підвищенню потужності і показників ефективності КДВЗ у всьому діапазоні швидкісних і навантажувальних режимів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Комбінований двигун внутрішнього згоряння, що містить поршневу частину з впускним колектором, у якому розміщений охолоджувач надувального повітря, сполучену із силовою турбіною через редуктор, каскадний обмінник тиску, оснащений патрубком для відведення стисненого повітря, сполученим із вхідним пристроєм компресора, сполученого з колінчатим валом поршневої частини, дифузор компресора підключений до впускного колектора, який відрізняється тим, що компресор з'єднаний з колінчатим валом поршневої частини за допомогою електромагнітної муфти і редуктора, до якого підключена силова турбіна, а на ділянці між патрубком для відведення стисненого повітря і вхідним пристроєм компресора розміщений проміжний охолоджувач надувального повітря. 2 UA 96816 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3