комбинированный двигатель внутреннего сгорания

Формула изобретения

КОМБИНИРОВАННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащий блок управления, газотурбинный двигатель с основной и свободной ступенями турбины, компрессор, соединенный всасывающим коллектором с двигателем внутреннего сгорания и воздушным трубопроводом с камерой сгорания газотурбинного двигателя, подключенной основным газопроводом к тракту основной ступени турбины и дополнительным газопроводом к двигателю внутреннего сгорания, по меньшей мере два регулятора проходного сечения, соединенных с блоком управления и установленных один во всасывающем коллекторе, а другой в основном газопроводе, причем всасывающий коллектор выполнен с патрубком подвода атмосферного воздуха, отличающийся тем, что он снабжен обратным клапаном, установленным в патрубке подвода атмосферного воздуха, и электромеханическим клапаном, размещенным на выходе из ступеней турбины и подключенным к блоку управления, причем последний выполнен электронным, а регуляторы проходного сечения электромеханическими.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к двигателестроению, в частности к комбинированным двигателям внутреннего сгорания (КДВС).

Известен КДВС с системой наддува "Гипербар", содержащий турбокомпрессор, пусковой электродвигатель, охладитель наддувочного воздуха, перепускной клапан, топливный насос, регулятор подачи перепускного воздуха, камеры перемешивания выпускных газов и обводного воздуха, камеры сгорания ДВС и устройства для зажигания и контроля пламени.

Однако в известном КДВС решается задача поддержания необходимого входного давления воздуха в цилиндры КДВС независимо от режима работы поршневой части. Наблюдается несоответствие расхода топлива и воздуха, в результате чего наблюдается значительное содержание СО_х, О_х, сажи в выхлопных газах, особенно на подъемах. Отсутствуют режим форсажа.

Известен также дизель с газотурбинным наддувом, содержащий блок управления газотурбинный двигатель (ГТД) с основной и свободной ступенями турбины и компрессор, соединенный посредством всасывающего коллектора с двигателем внутреннего сгорания и воздушным трубопроводом с камерой сгорания ГТД, подключенной основным газопроводом к тракту турбины и дополнительным газопроводом к ДВС, регуляторы проходного сечения, соединенные с блоком управления и установленные один во всасывающем коллекторе, а другой в основном газопроводе, причем всасывающий коллектор выполнен с патрубком подвода атмосферного воздуха.

В известном дизеле регуляторы проходного сечения выполнены в виде заслонок, каждая из которых одновременно имеет два положения: "закрыто" и "открыто", промежуточного положения нет. Такое выполнение регуляторов не обеспечивает стехиометрического соотношения расхода топлива и воздуха в камерах сгорания ДВС, что приводит к значительному дымлению.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в доработке известных дизелей под введенный в их систему электронный блок управления, что позволяет обеспечить стехиометрический состав смеси на всех режимах работы КДВС, использовать ГТД для форсирования ДВС и снизить содержание вредных примесей в выхлопных газах.

Технический результат выражается в том, что за счет введения электронного блока управления ГТД участвуют в работе ДВС на всех его режимах.

Указанный выше результат достигается тем, что КДВС, содержащий блок управления, ГТД с основной и свободной ступенями турбины, компрессор, соединенный всасывающим коллектором с двигателем внутреннего сгорания и воздушным трубопроводом с камерой сгорания ГТД, подключенной основным газопроводом к тракту турбины и дополнительным газопроводом к ДВС, регуляторы проходного сечения, соединенные с блоком управления и установленные один во всасывающем коллекторе, а другой в основном газопроводе, причем всасывающий коллектор выполнен с патрубком подвода атмосферного воздуха, снабжен обратным клапаном, установленным в патрубке подвода атмосферного воздуха и электромеханическим клапаном, размещенным на выходе из ступеней турбины и подключенным к блоку управления, причем последний выполнен электронным, а регуляторы электромеханическими с переменной площадью проходного сечения.

На чертеже представлена схема КДВС, продольный разрез.

КДВС содержит ГТД с основной 1 и свободной 2 ступенями турбины, компрессор 3, соединенный всасывающим коллектором 4 с ДВС 5 и воздушным трубопроводом 6 с камерой 7 сгорания ГТД, подключенной основным газопроводом 8 к тракту турбины и дополнительным газопроводом 9 к ДВС, регуляторы 10 проходного сечения, подключенные к блоку управления и установленные один во всасывающем коллекторе 4, а другой в основном газопроводе 8, причем всасывающий коллектор 4 выполнен с патрубком 11 подвода атмосферного воздуха. КДВС снабжен обратным клапаном 12, установленным в патрубке 11 и электромеханическим клапаном 13, размещенным на выходе из ступеней турбины, каждый из регуляторов 10 выполнен электромеханическим с переменной площадью проходного сечения, а блок управления 14 электронным.

Для прогрева воды на режиме запуска КДВС снабжен теплообменником 15.

В положении, изображенном на чертеже электрический сигнал на регуляторы 10 и клапан 13 отсутствует. Воздух через регулятор 10 поступает в камеру 7 сгорания ГТД и в ДВС через обратный клапан 12. Выхлопные газы из ДВС через регулятор 10 выбрасываются в атмосферу. Газы из камеры 7 сгорания ГТД через регулятор 10 поступают на обе ступени турбины, а через электромеханический клапан 13 и теплообменник 15 в атмосферу. В данном режиме осуществляется подогрев и запуск ДВС.

При максимальном электрическом сигнале, вырабатываемом электронным блоком 14 регуляторы 10 и клапан 13 находятся в другом крайнем положении. Этот режим соответствует турбонаддуву ДВС в стационарном режиме. Газ из ДВС поступает на турбину компрессора 3 и на выхлоп. Свободная ступень 2 турбины отключена клапаном 13. Компрессор 3 нагнетает воздух во всасывающий коллектор 4 ДВС.

При любом частичном электрическом сигнале на регуляторах 10 и максимальном на клапане 3, которые воспроизводятся в электронном блоке 14 по заданному алгоритму, осуществляются регулируемые форсированные режимы. При этом воздух из компрессора поступает в камеру 7 сгорания ГТД и всасывающий коллектор 4 ДВС, а на турбину из камеры 7 сгорания ГТД и ДВС поступают газы, которые смешиваются в регуляторе 10. В этом случае можно регулировать мощность ДВС вне зависимости от режимов работы ДВС за счет ГТД и осуществлять дополнительный воздушный заряд в цилиндрах ДВС, что позволяет улучшить процессы сгорания и форсировать ДВС при необходимости.

При частичных режимах обратный клапан 12 автоматически разъединяет компрессор с атмосферой.

Такое выполнение КДВС позволяет обеспечить стехиометрический расход воздуха и тем самым снизить содержание вредных веществ в выхлопных газах и кроме того, обеспечить режим форсажа при необходимости.