Сергиево - Посадский филиал Московского государственного университета приборостроения и информатики Университет приборостроения и информатики реферат

Тема:

Увеличение мощности двигателя внутреннего сгорания за счет турбины.

Студент

Сергиев Посад

2013

Введение

Увеличение мощности двигателя внутреннего сгорания за счет турбины.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания обеспечивается устройством, содержащее турбину во впускной канал для воздушного потока и извлечения компрессора в выпускном канале газа. Если двигатель внутреннего сгорания автомобиля работает при нормальных условиях давление впускного коллектора значительно меньше, чем атмосферное давление, и поступающий воздух приводит в действие турбину, в свою очередь приведения в действие компрессора. Конструкция такова, что впускной воздух изоэнтропически расширена в то время как давление выхлопных газов уменьшается. Как следствие, энергия сжатия уменьшается, а общее рабочая температура внутреннего цикла сгорания снижается, в результате чего больше питание подается на данное количество топлива.

Содержание

Реферат стр.

Введение

1.Подробное описание

2.Краткое описание чертежей

3.Предпосылки создания изобретения

4.Краткая сущность изобретения

5. Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа с параллельным расположением нагнетателей, приводимых в движение выхлопными газами 5.1 Описание изобретения к патенту

6. Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа каналы для газов между выпускными устройствами двигателя и приводом нагнетателя, например резервуары.(Турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания). 6.1 Описание изобретения к патенту

7. Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа с использованием нагнетателей или турбин с регулируемыми направляющими лопатками.(Способ управления двигателем с турбиной с изменяемой геометрией)

7.1 Описание изобретения к патенту

7.2 Формула изобретения

8. Выводы и рекомендации 9. Список литературы

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Обратимся сначала к рис. 1, на котором показано в верхней части чертежа посредством блока 10 обычного двигателя внутреннего сгорания, который может быть автомобильным. Устройство согласно настоящему изобретению показано ниже блока 10 и включает в себя средство в целом обозначенный стрелкой 11, включая турбины и впускной воздуховод для прохождения воздуха на входе полученные в впускное отверстие 12 к двигателю с выходом 13, как показано линией 14. Выход, обозначено стрелкой 15, в свою очередь, включает на выходе компрессор и соответствующий газ в выходное отверстие воздуховода для приема выпускного газа по линии 16 во входной порт 17 и исключение выхлопных газов из выпускного отверстия 18.

Также схематично показано на рис. 1 что представляет собой управляемый вручную средство 19 для регулирования входящего потока воздуха к турбине 11, чтобы тем самым регулировать скорость и дросселирование двигателя внутреннего сгорания 10.

Теперь со ссылкой на увеличенное поперечное сечение рис. 2, дополнительные детали изобретения будут очевидны. Обратимся сначала к левой части на фиг. 2, входное отверстие воздушной турбины на входе 11 обозначена позицией 20, и получает входной воздух через порт 12, который направляется плавно изогнутые внутренние воздуховоды поверхностей 21, чтобы пройти во входной кольцо турбины, через турбину и выходное кольцо на порт 13 для двигателя внутреннего сгорания, как показано на рис. 1. Впускной кольцо турбины имеет больший диаметр, чем выход кольцо турбины, как это видно из рис. 2.

На выходе устройства 15 показан 22 компрессор ускорения выхлопных газов, полученный из входа кольца в порт 17, это выхлопные газы, выходящие из компрессора на его кольцо. Внутри гладкие криволинейные поверхности 23 и 18 розетки . На входе кольцевого пространства для компрессора имеет меньший диаметр, чем диаметр выходного кольцевого пространства для компрессора, как также видно из рис. 2.

Общий вал 24 установлен на подшипниках 25 соединяет турбину 20 в компрессор 22, так что турбина 20 приводит в действие компрессор.

Внутреннее плавно изогнутые для воздуха и газоходы 21 и 23 соответственно представляют собой важные признаки настоящего изобретения, в котором они гарантируют максимальное или оптимальное изменение давления поперек турбины и компрессора соответственно.

Как кратко упоминалось прежде, скорость и дросселирование двигателя внутреннего сгорания может быть осуществлено путем регулирования входящего потока воздуха к турбине 20. Этое осуществляется в соответствии с настоящим изобретением посредством множества поворотных лопаток шаг показан на 26 на рис. 2 на входе в турбину 20, путем изменения шага лопастей из открытого в закрытое положение. На рис. 2, лопасти 26 показаны в полностью открытом положении. Вращение этих лопастей на 90 закрытом положении.

Для того чтобы вручную управлять высотой положение лопастей одновременно, каждая лопатка установлена ​​с возможностью вращения на валу, например, вал 27 показано в верхней части рис. 2 на лопасти 26. Вал 27, в свою очередь приводится во вращение соответственно 28 приводится в действие рычаг 29 шарнирно прикреплен к кольцу 30. Следует понимать, что все другие лопатки аналогичным образом имеют валы 27 соединенные подобным путем ссылки 28 и рычаги 29 в разнесенных по окружности точками на кольце 30.

Ссылаясь конкретно на вид спереди кольцевой структуры 30, как показано на рис. 3, некоторые из различных звеньев 28 и рычаги 29 для лопастей валы 27 показаны расположенные по окружности на кольце 30.

Кольцо 30 поддерживается извне роликовыми подшипниками 31 с возможностью вращения вокруг центральной оси, к плоскости чертежа на рис. 3. Только небольшое вращательное движение кольца 30 необходимо варьировать шаг всех лопастей одновременно.

Такое небольшое вращение в соответствии с конкретным примером, проиллюстрированным на рис. 3 передается на рычаги 32 и 33 шарнирно прикреплен к диаметрально противоположным точкам на кольце 30 и проходящую вниз на противоположных концах рычаг 34 поворачивается в центре 35. Приводной рычаг 36 в свою очередь соединен на определенном расстоянии от точки поворота 35 для рычага 34, так что вниз или вверх перемещение звена 36 будет качать рычаг 34 и, следовательно, вызывать небольшое вращение кольца 30 в одном направлении, либо с другой стороны.

Следует понимать, что шаг каждой из лопатки будет изменен на равные количества одновременно с вышеизложенным механизмом. Другие эквивалентные средства для обеспечения возможности ручного управления шагом лопастей одновременно могут быть использованы.

Обращаясь теперь к рис. 4 показана энтальпии-энтропии диаграмма показывает несколько идеализированные посредством твердой линии графика 37 эксплуатационных характеристик двигателя внутреннего сгорания без турбины и компрессора аппарат по настоящему изобретению.

В большинстве автомобилей при обычных условиях, двигатель внутреннего сгорания работает на коллектор давлением около 2,27 кг на квадратный дюйм. Давление во впускном коллекторе снижается в дросселе карбюратора. Падение давления на входе происходит при постоянной энтальпии и почти изотермически. Эта особенность показана сплошной линией часть 38а на участке 37 на рис. 4.

Происходит изэнтропическое сжатие обозначено линией 38b. Сжигание топливовоздушной смеси в цилиндре обозначено линией 39 и изэнтропической расширение указанном 40. Изэнтропическое расширения состоит из двух сегментов: P является мощность и С есть сила, которая используется для сжатия.

По-прежнему ссылаясь на энтальпию-энтропии схеме на рис. 4, на которой накладывается рабочая характеристика модифицированного двигателя внутреннего сгорания с использованием турбины и устройства компрессора согласно этому изобретению, причем последний участок указан пунктирной линией графика 41.

Турбина и компрессор могут быть использованы на стандартном двигателе внутреннего сгорания, однако дальнейшее повышение эффективности может быть реализовано, когда другие модификации выполнены. На рис. 1 показано необязательным добавление топлива и воды в инжектор нагревателя 10a и конденсатор 10b. Конденсатор 10b в основном оребрением который размещен в выхлопной трубе между двигателем и входом компрессора 17. Конденсатор выхлопных газов охлаждается и нагревает масло, которое проходит в нагреватель инжектор 10a. Равные части бензина и воды закачиваются в 113 кг на квадратный дюйм давления на нагреватель инжектора 10а. В нагревателе инжектор 10a бензин и вода испаряют нагретое масло из конденсатора 10b. Они затем дополнительно нагреваются теплом от двигателя головы, где они вводят непосредственно в цилиндр 15 смесь бензина пар добавляет давление к части сжатия двигателя цикла, как показано на 42b на рис. 4.

В новой энтропии схему 41, вход воздуха изэнтропически расширено на турбине дроссельной более полную часть для впуска воздуха цикла, как показано на Ta. Сжатие воздуха в двигатель внутреннего сгорания обозначен позицией 42а. Дополнительное давление затем получают, когда паров бензина вводится как показано на 42b. Горение смеси воздуха, топлива и пара обозначен позицией 43 и изэнтропическое расширение на 44. Мощность P 'значительно больше, чем у стандартного P двигателя и работы сжатия C' меньше, чем необходимо для стандартным двигателем С. конденсатор части цикла обозначен позицией 45 и сжатия при Tb. Мощности для привода Tb получается из Мощности турбины на Ta.

Как видно из рис. 4 видно, что цикл сгорания происходит при более низкой температуре, чем цикл сгорания изображено сплошной линии графика 37. Кроме того, из-за снижения давления выхлопных газов обратно в результате конденсатор и компрессор в выпускном канале, конечная температура выхлопных газов из внутреннего цикла сгорания снижается. Кроме того,на изэнтропической части расширения энергетического цикла 44 указано значительно больше времени, чем 41 участка для 37 и работа сжатия C 'меньше по 41.

По существу, цикл Отто изменяется так, что внутренний цикл сгорания имеет более низкую температуру выхлопных газов, чем было бы в случае отсутствия турбины и компрессора по данному изобретению.

Кроме того конденсатор не только помогает вернуть тепло, но имеет дополнительное преимущество управления выбросами. Стандартный катализатор не будет работать с нагнетанием пара, так как температура выхлопных газов снижается, и для каталитических нейтрализаторов нужны высокие температуры выхлопных газов. Использование конденсатора, однако, приведет к тому, что пар конденсируется и в этом процессе будет солюбилизировать НС, СО, NOx, и SOx продуктов выхлопного газа. Резервуар для загрязненного конденсата может быть очищен, когда машина заполнена газом и водой.

В правой части рис. 4, здесь изображено размеры Р и Р 'соответствующих частей расширения обычном цикле 37 и модифицированный цикл 41. Общим результатом является увеличение мощности для заданного количества топлива, другими словами, повышение эффективности.

Как упоминалось прежде, различные лопатки 26 показано на рис. 2 можно регулировать с помощью механизма с рис. 3 закрытым положением, в котором они по существу по касательной к турбине 20 в полностью открытое положение, в котором они в радиальной линии с турбиной. Эта регулировка лопастей регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания и таким образом служит для управления скоростью и дросселированием двигателя.

Если впрыск топлива не используется, то поток воздуха во впуск турбины выходит из модифицированного карбюратора. Впуск воздуха, как описано, приводит в действие компрессор посредством вала 24.

Если способ и устройство по данному изобретению использовать со стационарной постоянной скорости двигателя внутреннего сгорания, поворотных лопаток шаг не будет иметь важного значения. Тем не менее, в случае автомобильного двигателя надлежащее ручное управление скоростью и дросселя желательно и, следовательно, в этих последних вариантах осуществления регулирования шага лопастей предоставляется.

Как можно понять из всего вышеизложенного следует, что настоящее изобретение в некоторой степени имитирует высотные условия. Тем не менее, точное моделирование в высокогорных условиях не происходит из-за неэффективности на входе турбины. Кроме того, отработанный охладитель не охладить отработавший до температуры на входе, и компрессор не снижает давление выхлопных газов, что и давление на входе двигателя. Таким образом, двигатель не теряет часть эффективности при дроссельный, по сравнению с работой на больших высотах, так как температура на входе выше, а давление выхлопных газов выше, чем то, что было бы при сопоставимой высоте. Эти потери, однако, намного меньше, чем они были бы, если клапан дроссельной были использованы.

Кроме того, следует понимать, что настоящее изобретение использует дросселирование означает, что не приводит к увеличению загрязнения или износа двигателя или к неудобствам. Двигатель уменьшает загрязнения согласно настоящему изобретению, поскольку процесс сгорания является более полной и общей температуры цикла уменьшается падение температуры на входе. Кроме того, двигатель сжигает меньше топлива, что создает меньше загрязнения. Износ двигателя уменьшается, поскольку там меньше нагара и двигатель получает меньше внутренней загрузки для данной выходной мощности. Дросселирующего устройства по данному изобретению также получает очень малый износ, поскольку уровни нагрузки и температуры значительно меньше, чем те, испытываемые турбонагнетатель .

Дросселирующее устройство по данному изобретению обеспечивает более эффективный цикл двигателей и не приводит к увеличению загрязнений, не увеличивает износ двигателя и не вызывает неудобств.

Из всего вышеизложенного должно быть очевидно, что настоящее изобретение относится к способу и структуру для повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для лучшего понимания изобретения, а также дополнительные признаки и преимущества будут иметься со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Рис. 1 показан перспективный вид устройства согласно изобретению показана работа с модифицированным двигателем внутреннего сгорания, показана в виде блок;

Рис. 2 представлено увеличенное поперечное сечение с определенными компонентами сплошными линиями аппарата, принятые в направлении, указанными стрелками 2 - 2 рис. 1;

Рис. 3 представляет собой схематический вид, частично в поперечном разрезе одного типа управления дроссельной заслонки смотреть в направлении стрелок 3 - 3 на рис. 1;

Рис. 4 представляет собой энтальпию-энтропии схему внутреннего цикла сгорания показывающий рабочие характеристики двигателя внутреннего сгорания с и без турбины и компрессора аппарата.

Настоящее изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания и более конкретно к способу и устройству для дросселирования двигателя таким образом, чтобы повысить эффективность двигателя.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Четыре цикла Отто двигателя был изначально задушен, задерживая опережение зажигания, однако, этот метод очень неэффективен и был заменен методом сегодняшнего использования дроссельной заслонки карбюратора. На начальном развитие автомобиля, двигатель имел низкую степень сжатия и маломощным, по сравнению с весом транспортного средства.

Во время последующей эволюции автомобиля, двигатели стали более мощными по отношению к весу автомобиля, и автомобиль стал более обтекаемым так что меньше работы требуется для приведения в движение заданной массы. При большей мощности к весу, автомобиль теперь имел способность очень быстро ускоряться и обеспечить необходимое управление в условиях дорожного движения.

Развитие автомобилей сегодня с мощностью на единицу массы создали условия, когда двигатель был задушен выдавать только от десять до двадцати процентов от его полной мощности, когда плавание на 90 км/ч. Во время круизных условиях, когда двигатель задушен до пятнадцати процентов от полной мощности, КПД двигателя падает с тридцати процентов до половины.

Присущая неэффективности метода сегодняшнего автомобильного двигатели в крейсерских условиях была признана многими учеными и привело к ряду решений.

Первый метод заключается в замене автомобильных двигателей на дизельные двигатели, которые более эффективны при частичной нагрузке. Это решение не было приемлемым, однако, большинство автомобильного парка не может быть преобразовано в использование дизельного топлива. Кроме того, существуют характерные проблемы с дизельными двигателями, такие как загрязнение, стоимость и отсутствием мощности.

Другой метод используется, чтобы уменьшить объем двигателя и установить турбонагнетатель, чтобы обеспечить дополнительную мощности при полной нагрузке. Этот метод не был с готовностью принят, прежде всего из-за отставания времени, необходимого для достижения полной мощности и / или проблемы износа турбины.

Тем не менее другие методы повышения эффективности частичной нагрузки должны были использовать системы, которые используют турбины для двигателей нижнего цикла, такие как Ранкин паровой двигатель, который работает на температуре выхлопных газов. Эти методы оказались весьма не приемлемыми из-за малой относительной выгоды по сравнению с затратами и проблемы технического обслуживания.

Существует метод который использует электромагнитные клапаны для управления потребление синхронизации. Этот метод также производит грубую работу двигателя, которая производит износ двигателя.

Наиболее популярные методы использования двигателя с перерывами на полную мощность и использовать накопленную энергию при частичной нагрузке. Маховики и переменные передач были использованы некоторыми исследователями, в то время как другие использовали для хранения батарей Engery которая питает небольшой электрический двигатель. Тем не менее другие исследователи использовали второй меньший двигатель, как на мотоцикле, прикрепленный к задней части автомобиля для питания автомобиля во время крейсерских условиях. Эти методы добились резкого улучшения в эффективности работы автомобиля при работе двигателя на тридцать процентов эффективности, а не пятнадцать процентов в крейсерском условиях.

Все известные методы, предлагаемые, однако, оказывают существенное ограничение в том, что срок службы двигателя уменьшается. Стоимость компромисс этих методов оправдана, однако, потому что экономия топлива перевешивает увеличение стоимости и неудобства.

В случае, если двигатель Отто был использован в разработке самолетов, исследователи построили испытательные стенды для проверки работы двигателя в условиях полета. Основной причиной для выполнения этих испытаний являлось определение мощность на заданной высоте и разработать методы от обледенения карбюратора. Эти тесты, разработанаяе электроэнергия-топливо потока данных для пилотов, чтобы они могли оценить дальность полета и скорости движения. Примером такого испытательного стенда в швейцарских Пат. Номер 199229.

В настоящее время большинство самолетов с двигателями Отто имеют инструкцию по эксплуатации, которая показывает мощность и расход топлива для данных условий высоты. Эти графики обычно показывают условия эксплуатации до 25 000 футов потолок для большинства винтовых самолетов является 25000 футов, после чего плотность воздуха составляет около половины, что на уровне моря. На этой высоте, двигатель может производить только половину мощности, доступной на уровне моря. В этих условиях, самолет двигатель работает при той же эффективности, как на уровне моря и диаграммы расхода топлива показали, что расход топлива на милю является одинаковым, независимо от высоты. Причина не существует явного различия в том, что эффективность задушенного двигателя начинает уменьшаться на половине.

Пилоты реактивных самолетов сегодня не ограничиваются в 25000 футов . Потому что самолеты не винтовые и имеют больше мощности. Пропеллер ограничен по высоте, потому что, как воздух становится тоньше, оборотов в минуту от винта не может быть увеличен (I Маха окружная скорость предела). Угол атаки винта, следовательно, увеличилось до ближайшем состояние стенд на потолок.

С появлением реактивных самолетов, многие пилоты теперь летают до 41000 футов У этих пилотов есть инструкции, которая показывают расход топлива на милю пути. Существует единное соглашение между этими пилотами, чтобы добраться до высоты быстро и остаться на высоте с целью экономии топлива. Вверх они летят примерно двадцать пять процентов от полной мощности на уровне моря. Существует общее заблуждение среди этих пилотов, почему они получают меньше расход топлива на высоте. Большинство считают, что воздух тоньше и поэтому сопротивление уменьшается. В действительности, подъемной силы и аэродинамического качества постоянная для данного угла атаки и скорость увеличивается с уменьшением плотности воздуха.

Это не очевидно для большинства пилотов реактивных самолетов, что, в самом деле, когда реактивный двигатель работает в более разряженном воздухе соотношение топливо-воздух может поддерживать высокая температура горения. Если же самолет должен уменьшить его высоту , работают на двадцать пять процентов от полной мощности, то реактивный двигатель должен быть запущен с большим соотношением воздух-топливо, и это снижает температуру сгорания и КПД двигателя.

Использование высоты или снижения плотности воздуха, следовательно, очень эффективный способ дросселирования реактивного двигателя. То же самое справедливо для дизельного двигателя, в этом случае температура сгорания можно поддерживать во время дросселирования, чем снижение температуры за счет уменьшения топливо-воздух соотношении.

Это не очевидно, однако, что двигатель Отто, может быть эффективно дросселирован одним и тем же способом. В двигателе Отто, топливо-воздух коэффициент остается постоянным так же как и температура горения. В двигателе Отто, неэффективность удушения с дроссельной заслонкой вызвано явное увеличение температуры на входе и явное увеличение обратного давления.

Если двигатель Отто функционирует на 41000 футов, он получит воздуха на входе 1/5 давление уровнем моря и при температуре -60 и выхлопных атмосферу 1/5 давление уровня моря. Мощности в двигателе Отто будет около двадцати пяти процентов от полной мощности на уровне моря.

Если же двигатель, работающий на 41000 футов были иметь входе температуру поднимают до 100 давление на уровне моря, эффективность двигателя будет значительно сокращены. Из этого явления, я поэтому вывод, что двигатель Отто также может быть очень эффективно дросселируют при использовании высоты или снижения плотности воздуха.

КРАТКАЯ СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

С учетом вышесказанного, настоящее изобретение обеспечивает способ дросселирования двигателей внутреннего сгорания с использованием турбины на входе в двигатель, который приводит в действие компрессор выхлопными газами двигателя и охлаждает перед компрессором, в котором двигатель и дросселирование производит меньше, чем полная мощность, потому что он, скорее всего работает на большей высоте.

Более конкретно, в соответствии с основным способом настоящего изобретения, воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания изэнтропически расширена. Назад выпускного давления газа, в свою очередь, уменьшается. Эти шаги изменяют цикла Отто таким образом, чтобы отражать уменьшение энергии сжатия и нижнюю общую температуру работы внутреннего цикла сгорания. Результатом является увеличение общего расширения изэнтропическом или мощность для заданного количества топлива.

Способ дополнительно предусматривает изменения потока воздуха на входе в изэнтропически быть расширена, чтобы таким образом контролировать скорость и дросселирование двигателя.

В предпочтительном варианте осуществления способа, турбина работает на входе воздуха через соответствующий воздуховод проходящий в двигателе внутреннего сгорания. Эта турбина в свою очередь, приводит на выходе компрессора газа выпускного канала, которая ускоряет выхлопные газы из двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительные признаки настоящего изобретения являются предоставление поворотных лопаток шаг на входе в турбину, чтобы тем самым обеспечить средство для управления скоростью и дросселирование двигателя внутреннего сгорания, и добавление воды инжектора и конденсатором.

Из вышеизложенного следует иметь в виду, что основной задачей настоящего изобретения является создание эффективного способа дросселирования автомобильного двигателя, который не увеличивает износ двигателя, не вызывают загрязнение или неудобства для водителя.

Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа с параллельным расположением нагнетателей, приводимых в движение выхлопными газами. Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания с турбонаддувом. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит впускные и выпускные коллекторы, по меньшей мере, одну пару турбокомпрессоров и глушитель. Согласно изобретению, турбокомпрессоры соосно расположены турбинными сторонами друг к другу с возможностью противоположного вращения рабочих колес турбин и настроены на режим максимального крутящего момента двигателя, а выходы газов из турбин взаимно соединены трубопроводом, причем в середине трубопровода образован кольцевой зазор для истечения газов в глушитель. При работе двигателя на режимах, близких к номинальному, вследствие такого расположения турбин уменьшается работа, производимая на турбинах, и, соответственно, уменьшается производительность компрессоров. Это позволяет предотвратить падение мощности двигателя из-за перегрузок в цилиндропоршневой группе. ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к двигателестроению, в частности турбонаддувным двигателям внутреннего сгорания автотракторного назначения.

Известен турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания [1, 2], состоящий из двигателя внутреннего сгорания, турбокомпрессоров, впускного и выпускного коллекторов. В отличие от турбонаддувных двигателей внутреннего сгорания, работающих в одном заданном режиме (судовых двигателей, двигателей для электроустановок, где настройку турбокомпрессоров производят на этот режим), для турбонаддувных двигателей внутреннего сгорания автотракторного назначения, работающих в широком диапазоне рабочих режимов, настройку расходных характеристик турбокомпрессоров производят на максимальный расход, т.е. на режим номинальной мощности. В случае, если настройку турбокомпрессоров произвести на частичный режим или на режим максимального крутящего момента, то при работе двигателя на режиме номинальной мощности увеличенный расход газов не успевает истекать через проходные сечения турбин, что приводит к повышению давления в газовоздушном тракте, увеличению нагрузок на цилиндропоршневую группу и падению мощности двигателя.

Следовательно, при работе турбонаддувного двигателя внутреннего сгорания, в котором настройка турбокомпрессоров произведена на режим номинальной мощности, из-за недостаточного воздухообеспечения на частичных режимах увеличивается удельный эффективный расход топлива, повышаются токсичность выбросов и дымление, а режим максимального крутящего момента смещается в сторону высоких частот вращения коленчатого вала, что ухудшает эксплуатационные характеристики двигателя. Таким образом, видна недостаточная эффективность применения турбонаддува.

Целью изобретения является повышение эффективности турбонаддува.

Сущность изобретения заключается в следующем. Турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания, содержащий собственно двигатель внутреннего сгорания, впускные и выпускные коллекторы, по меньшей мере, одну пару турбокомпрессоров и глушитель, в котором, согласно изобретению, турбокомпрессоры соосно расположены турбинными сторонами друг к другу с возможностью противоположного вращения рабочих колес турбин и настроены на режим максимального крутящего момента двигателя, выходы газов из турбин взаимно соединены с трубопроводом, причем в середине трубопровода образован кольцевой зазор для истечения газов в глушитель.

При втором варианте исполнения в трубопроводе установлена подвижная втулка с возможностью перекрытая кольцевого зазора.

На фиг.1 представлена схема турбонаддувного двигателя, на фиг.2 - схема взаимодействия двух турбин при работе турбонаддувного двигателя внутреннего сгорания, на фиг.3 - схема установки подвижной втулки.

Турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания содержит двигатель внутреннего сгорания 1 (фиг.1), впускные 2 и выпускные 3 коллекторы, турбокомпрессоры 4 и 5 и глушитель 6. Турбокомпрессоры 4 и 5 соосно расположены турбинными сторонами друг к другу с возможностью противоположного вращения рабочих колес 7 и 8 (фиг.2) турбин 9 и 10 и настроены на режим максимального крутящего момента двигателя 1. Выходы газов из турбин 9 и 10 взаимно соединены трубопроводом 11, причем в середине трубопровода 11 образован кольцевой зазор 12 для истечения газов в глушитель 6.

При втором варианте исполнения в трубопроводе 11 установлена подвижная втулка 13 (фиг.3) с возможностью перекрытия кольцевого зазора 12.

Турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом.

При работе двигателя 1 на частичных режимах и на режиме максимального крутящего момента турбокомпрессоры 4 и 5 обеспечивают двигатель 1 необходимым количеством воздуха, так как настроены на режим максимального крутящего момента. При этом проходные сечения трубопровода 11 и кольцевого зазора 12 позволяют потокам отработавших газов, вытекающих из турбин 9 и 10, не вступая в контакт друг с другом, истекать в глушитель 6.

При работе двигателя 1 на режимах, близких к номинальному, расход газов через турбины 9 и 10 увеличивается, следовательно, высокоскоростные газы, вытекающие из турбин 9 и 10, не успевают истекать через кольцевой зазор 12 и вступают в контакт друг с другом. При этом потоки газов, вытекающие из турбин 9 и 10, давят друг на друга силой F, равной произведению массы потока на ускорение при торможении. Появление силы F на пути следования потока приводит к повышению статической составляющей Р₂ полного давления за турбинами 9 и 10 и согласно уравнению [3] уменьшается адиабатная работа турбины L_ТS. Каждый из потоков из-за вращательного истечения из турбин 9 и 10 обладает некоторым вращательным моментом М_вр. Наличие вращательного момента M_вр на пути следования потока газов, направленного в противоположную сторону вращения потока, приводит к отклонению направления абсолютной скорости с₂ истечения газов из турбин 9 и 10 в обратную сторону вращения рабочих колес 7 и 8, т.е. увеличивается тангенциальная составляющая c_2u абсолютной скорости с₂ и согласно уравнению [3] L_u=u₁c_1u-u₂c_2u уменьшается работа турбины на окружности колеса L_u. Все это в конечном счете приводит к уменьшению производимой работы на турбинах 9 и 10 соответственно производительности компрессоров 14 и 15 (фиг.1). Компрессоры 14 и 15 уже не будут закачивать лишнее количество воздуха в двигатель 1, приводящее к увеличению нагрузок на цилиндропоршневую группу и падению мощности двигателя 1.

При втором варианте исполнения на частичных режимах работы двигателя 1 и на режиме максимального крутящего момента подвижная втулка 13 не перекрывает кольцевой зазор 12, а на номинальном режиме работы двигателя 1 подвижная втулка 13 перекрывает кольцевой зазор 12 с вышеописанным эффектом. Следовательно, при применении изобретения повышается эффективность турбонаддува двигателя внутреннего сгорания.

Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа каналы для газов между выпускными устройствами двигателя и приводом нагнетателя, например резервуары. Турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания. Изобретение относится к двигателестроению, в частности к выпускным системам двигателей внутреннего сгорания. Изобретение позволяет повысить к. п.д. турбины турбокомпрессора. Турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания содержит два выпускных клапана на каждый цилиндр, выпускные трубопроводы, соединяющие выпускные клапаны с турбиной турбокомпрессора. Выпускные трубопроводы для вышеуказанных двух выпускных клапанов выполнены разной длины. 2 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к двигателестроению, в частности турбонаддувным двигателям внутреннего сгорания.

Известен турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания, содержащий два выпускных клапана на каждый цилиндр, выпускные трубопроводы, соединяющие выпускные клапаны с турбиной турбокомпрессора [1, 2].

Недостатком указанного турбонаддувного двигателя внутреннего сгорания [1, 2] является то, что при выпуске газов из цилиндров с неперекрывающимися фазами выпуска перед турбиной образуется поток газов с зонами повышенного и пониженного давления, что уменьшает к.п.д. турбины турбокомпрессора.

Целью изобретения является повышение к.п.д. турбины турбокомпрессора.

Сущность изобретения заключается в следующем. В турбонаддувном двигателе внутреннего сгорания, содержащего два выпускных клапана на каждый цилиндр, выпускные трубопроводы, соединяющие выпускные клапаны с турбиной турбокомпрессора, согласно изобретения, выпускные трубопроводы для вышеуказанных двух выпускных клапанов выполнены разной длины.

На фиг.1 представлена схема турбонаддувного двигателя внутреннего сгорания; на фиг.2 - диаграммы давления выпускных газов перед турбиной.

Турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания содержит два выпускных клапана 1 и 2 на каждый цилиндр 3, 4 и 5, выпускные трубопроводы 6 и 7 разной длины, соединяющие соответственно выпускные клапаны 1 и 2 с турбиной 8 турбокомпрессора.

Турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом. Выпускные газы из цилиндров 3, 4 и 5 истекают через одновременно открытые выпускные клапаны 1 и 2, образуя в выпускных трубопроводах 6 и 7 импульсы давления газов. В виду того, что трубопроводы 6 и 7 выполнены разной длины, импульсы давления газов, истекшие из выпускных клапанов 1 и 2, находятся в выпускных трубопроводах 6 и 7 разной продолжительности время. При работе турбонаддувного двигателя внутреннего сгорания на расчетном режиме импульсы давления газов из выпускного клапана 1 пребывают к турбине 8 между импульсами давления газов из выпускного клапана 2 и образуют перед турбиной 8 непрерывный поток газов повышенного давления, что повышает к.п.д. турбины 8 турбокомпрессора.

Турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания, содержащий два выпускных клапана на каждый цилиндр, выпускные трубопроводы, соединяющие выпускные клапаны с турбиной турбокомпрессора, отличающийся тем, что, с целью повышения к. п. д. турбины турбокомпрессора, выпускные трубопроводы для вышеуказанных двух выпускных клапанов выполнены разной длины.

Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа с использованием нагнетателей или турбин с регулируемыми направляющими лопатками.

Способ управления двигателем с турбиной с изменяемой геометрией

Изобретение относится к способу и системе управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС) автомобиля. Способ управления ДВС (101), содержащим турбонагнетатель с турбиной (103) с изменяемой геометрией (ТсИГ) и приводящим в движение автомобиль (10) с коробкой передач (105), заключается в обнаружении события, указывающего на то, что в ближайшем будущем, вероятно, произойдет переключение передач автомобиля (303), определении эффективного проходного сечения для ТсИГ, определении максимально допустимого закрытого положения для ТсИГ (301) и управлении ТсИГ (305). Максимально допустимое закрытое положение для ТсИГ определяется исходя из уже определенного эффективного проходного сечения. Управление ТсИГ (305) заключается в достижении максимально допустимого закрытого положения при обнаружении события, указывающего на вероятное переключение передач. Положения ТсИГ для различных эффективных проходных сечений могут сохраняться на карте. При этом максимально допустимое закрытое положение для ТсИГ определяется согласно карте. Возможно управление давлением выхлопных газов до достижения максимально допустимого давления без угрозы безопасности ТсИГ. Максимально допустимое закрытое положение ТсИГ может многократно обновляться во время переключения передач. Событием, указывающим на вероятное переключение передач, может являться сниженный потребляемый крутящий момент. Так же в изобретении представлены система управления ДВС (101), компьютерный программный продукт (ПО) для управления ДВС (101) и цифровой носитель информации (108). Цифровой носитель информации (108) содержит компьютерный программный продукт (110). Технический результат заключается в обеспечении быстрого переключения передач и в обеспечении быстрого снижения скорости ДВС во время переключения передач. 4 н. 18 з.п. ф-лы, 3 ил.