|
| Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные | Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения | Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела |   |
| Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки) | |||
Навигация: => | На главную/ Рынок технологий / Актуальные изобретения и модели / Назад / |
|
ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2088768
ДВУХТОПЛИВНЫЙ ГАЗОБЕНЗИНОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ГАЗОТУРБИННЫМ
НАДДУВОМ
Имя заявителя: Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий
Имя изобретателя: Жабин В.М.
Имя патентообладателя: Всероссийский научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1994.08.03
Использование: изобретение относится к двигателестроению, а более конкретно - к двухтопливным двигателям внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, используемым, преимущественно на автомобилях. Сущность изобретения: между воздушным фильтром 18 и газовым переходником-смесителем 6 карбюратора 15 установлено воздушное распределительное устройство 19, выполненное в виде пустотелой проставки с размещенными по оси в его внутренней полости автоматическим обратным клапаном 20 с седлом 21, разделяющим внутреннюю полость проставки на две, сообщающиеся между собой полости 22 и 23. Распределительное устройство 19 снабжено воздушными патрубками 24 и 25, предназначенными для сообщения внутренних полостей 22 и 23 с турбокомпрессором. Кроме того, воздушное распределительное устройство 19 дополнительно снабжено пневматической системой управления, выполненной в виде цилиндра 26 с расположенным в нем поршнем 27, кинематически связанным с тарелкой автоматического клапана 20 штоком 28. Двигатель оснащен турбокомпрессором 29, содержащим в свою очередь газовую турбину 30, приводимую отработавшими газами и компрессор 31 для подачи сжатого воздуха в двигатель 32. Газовая турбина 30 своим газоприемным патрубком подключена к выпускному коллектору 33 двигателя 32 и для выпуска отработавших газов в атмосферу снабжена выпускным патрубком 34. Компрессор 31 своим воздухоприемным патрубком через всасывающий трубопровод 35 сообщен с воздушным патрубком 24, а воздухонапорным патрубком компрессора 31 через нагнетательный трубопровод 36 сообщен с воздушным патрубком 25 воздушного распределительного устройства 19. Выпускной коллектор 33 снабжен обводным трубопроводом 37 с перепускным органом 38. Надпоршневое пространство пневматического цилиндра 26 сообщено с всасывающим патрубком компрессора 31 трубопроводом малого сечения 39 с регулировочным винтом 40. Нагревательный воздушный трубопровод 36 сообщен с одной стороны через балансировочную трубку 41 с наддиафрагменной полостью первой ступени, с другой - через балансировочную трубку 42 - с наддиафрагменной полостью второй ступени газового редуктора 5.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к двигателестроению, а более конкретно к двухтопливным двигателям внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, используемым преимущественно на автомобилях.
Известны двигатели внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом,содержащие поршневой двигатель внутреннего сгорания с установленной в выпускном трубопроводе газовой турбиной турбокомпрессора, рабочее колесо которой установлено на одном валу с ротором центробежного нагнетателя, расположенного во впускном трубопроводе (Двигатели внутреннего сгорания. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А.С. Орлина, М. Машиностроение, 1970, с. 7-8).
При наддуве плотность воздуха повышается и, следовательно, увеличивается количество свежего заряда, поступившего в цилиндр при впуске, по сравнению с зарядом воздуха в том же двигателе без наддува.
Однако карбюраторные бензиновые двигатели с газотурбинным наддувом обладают рядом недостатков.
Эти недостатки заключаются в том,что вместе с повышением давления наддува возрастают давление и температура смеси в конце сжатия, вследствие чего сгорание смеси легко приобретает детонационный характер. С целью избежания детонации приходится или понижать степень сжатия карбюраторного двигателя, или использовать более дорогой бензин с повышенным октановым числом.
Из известных двигателей внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату является двигатель внутреннего сгорания (Григорьев В.Г. Колубаев В.Д. Ерохов В.И. и др. Газобаллонные автомобили, 1989, с.37, рис.12),содержащий впускной трубопровод с закрепленными на нем последовательно карбюратором, переходником-смесителем с патрубками впуска воздуха и газа и воздушным фильтром, выпускной трубопровод для выпуска отработавших газов из выпускного коллектора в атмосферу, магистраль для подачи бензина в карбюратор, снабженную электромагнитным клапаном с топливным фильтром, магистраль подачи газа в переходник-смеситель, в которой последовательно установлены редуктор высокого давления, электромагнитный клапан с газовым фильтром и двухступенчатый редуктор низкого давления.
Однако известные двигатели внутреннего сгорания обладают рядом существенных недостатков. Эти недостатки заключаются в том, что перевод работы двигателя с бензина на сжатый природный газ (при неизменной степени сжатия) сопровождается понижением его максимальной мощности на 18 22% что влечет, в свою очередь, к снижению грузоподъемности автомобиля. Кроме того, снижение максимальной мощности газовых двигателей, работающих на сжатом природном газе, сопровождается ухудшением тяговодинамических и эксплуатационных характеристик автомобиля.
Для повышения мощностных и экономических показателей работы двигателя на частичных и полных нагрузках путем улучшения регулирования состава газовоздушной смеси предлагается двухтопливный газобензиновый двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, снабженный турбокомпрессором с всасывающим воздухонапорным и газоприемным патрубками, последний из которых сообщен с выпускным трубопроводом, снабженным органом перепуска выпускных газов с приводом управления, а между воздушным фильтром и переходником-смесителем установлено воздушное распределительное устройство в виде проставки, внутри которой соосно с ней размещен автоматический обратный клапан, разделяющий внутреннее пространство на две полости, одна из которых сообщена с воздушным фильтром и с всасывающим патрубком турбокомпрессора, а другая -с переходником-смесителем и, через нагнетательный трубопровод, с воздухонапорным патрубком турбокомпрессора, причем нагнетательный трубопровод сообщен с наддиафрагменными полостями первой и второй ступеней редуктора низкого давления, воздушное распределительное устройство дополнительно снабжено пневматической системой управления, выполненной в виде цилиндра с расположенным в нем поршнем, кинематически связанным с тарелкой автоматического клапана, надпоршневое цилиндровое пространство которого через трубопровод малого сечения сообщено с всасывающим патрубком турбокомпрессора, причем трубопровод малого сечения снабжен регулировочным винтом.
На чертеже схематично показано устройство двухтопливного газобензинового двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.
 | Двухтопливный газобензиновый двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом содержит магистральный вентиль 1, подогреватель газа 2, одноступенчатый редуктор высокого давления 3, электромагнитный клапан с газовым фильтром 4, двухступенчатый газовый редуктор низкого давления 5 и газовый переходник-смеситель 6, сообщенные между собой газовыми трубопроводами высокого давления 7, 8, 9 и 10 и трубропроводами низкого давления 11 и 12. Бензиновая система для подачи топлива в двигатель включает в себя топливный бак (не показан), бензонасос 13, электромагнитный клапан с бензиновым фильтром 14 и карбюратор 15, сообщенные между собой через бензопроводы 16 и 17. Между воздушным фильтром 18 и газовым переходником-смесителем 6 установлено воздушное распределительное устройство 19, выполненное в виде пустотелой проставки с размещенным по оси в ее внутренней полости автоматическим обратным клапаном 20 с седлом 21, разделяющим внутреннюю полость проставки на две, сообщающиеся между собой полости 22 и 23. Распределительное устройство 10 снабжено воздушными патрубками 24 и 25. Кроме того, воздушное распределительное устройство 19 дополнительно снабжено пневматической системой управления, выполненной в виде цилиндра 26 с расположенным в нем поршнем 27, кинематически связанным с тарелкой автоматического клапана 20 штоком 28. Двигатель оснащен турбокомпрессором 29, содержащим в свою очередь газовую турбину 30, приводимую отработавшими газами, и компрессор 31 для подачи сжатого воздуха в двигатель 32. Газовая турбина 30 своим газоприемным патрубком подключена к выпускному коллектору 33 двигателя 32 и для выпуска отработавших газов в атмосферу снабжена выпускным патрубком 34. |
Компрессор 31 своим воздухоприемным патрубком через всасывающий трубопровод 35 сообщен с воздушным патрубком 24, а воздухонапорным патрубком через нагнетательный трубопровод 36 сообщен с воздушным патрубком 25 воздушного распределительного устройства 19.
Выпускной коллектор 33 снабжен обводным трубопроводом 37, оснащенным в свою очередь перепускным органом управления 38.
Надпоршневое пространство пневматического цилиндра 26 сообщено с всасывающим патрубком компрессора 31 трубопроводом малого сечения 39 с регулировочным винтом 40.
Нагнетательный воздушный трубопровод 36 сообщен с одной стороны через балансировочную трубку 41 с наддиафрагменной полостью первой ступени, а с другой через балансировочную трубку 42 с наддиафрагменной полостью второй ступени газового редуктора 5.
Магистральный вентиль 1 и бензиновый насос 13 через систему трубопроводов и запорной арматуры сообщены соответственно с газовыми баллонами и бензобаком (не показано).
РАБОТА ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
При работе на газообразном топливе сжатый природный газ из баллонов высокого давления (не показаны) через открытые расходный (не показан) и магистральный вентиль 1 и газовый трубопровод 7 поступает в подогреватель газа 2. Из подогревателя 2 подогретый газ через газовый трубопровод 8 поступает в одноступенчатый редуктор высокого давления 3, где давление газа понижается до 0,8-1,2 МПа. Подогретый газ, проходя через магистральный электромагнитный клапан с газовым фильтром 4, очищается от механических примесей и через газовый трубопровод 10 поступает в первую ступень двухступенчатого газового редуктора низкого давления 5, в котором давление понижается до 0,18-0,20 МПа. Затем газ из первой ступени поступает во вторую ступень редуктора, где его давление понижается до атмосферного.
В дальнейшем газ из второй ступени
редуктора низкого давления поступает в
дозирующее экономайзерное устройство,
обеспечивающее подачу необходимого
количества газа в газовоздушный переходник-смеситель
6 карбюратора 15, где смешивается с очищенным
сжатым воздухом, поступающим одновременно
из воздушного фильтра 18 через полость 22
воздушного распределительного устройства
19, всасывающий трубопровод 35, компрессор 31,
нагнетательный трубопровод 36 и нижнюю
полость 23, образуя горючую смесь. Обратный
воздушный клапан 20 при этом за счет
разностей давлений между полостями 22 и 23 
с одной стороны и за счет дополнительного
усилия на обратный клапан 20, оказываемого
вследствие разрежения, создаваемого во
всасывающем патрубке компрессора 31 и
передаваемого через приоткрытый
регулировочный винт 40 и трубопровод малого
сечения 39, и надпоршневое пространство
пневматического цилиндра 26, плотно прижат к
седлу 21. Поршень 27 в этот момент находится в
крайнем (на чертеже в верхнем) положении.
Площади поперечного сечения цилиндра 26 и
трубопровода малого сечения 39 подобраны
таким образом, что уже при малых нагрузках
работы двигателя, а, следовательно,
относительно невысоких частотах вращения
вала компрессора 31 в цилиндре 26 создается
разрежение, достаточное для удержания
тарелки клапана 20 в закрытом состоянии. С
помощью регулировочного винта 40
достигается необходимая чувствительность
работы пневматической системы управления.
Образовавшаяся горючая смесь в смесителе,
обладая повышенной плотностью по сравнению
со смесью газа с атмосферным воздухом в
двигателе без наддува, через диффузоры и
смесительные камеры карбюратора-смесителя
(не показано) направляется во впускной
трубопровод и распределяется по отдельным
цилиндрам двигателя. Смесь, поступая в
двигатель 32 под избыточным давлением,
компенсирует потерю мощности по сравнению
с мощностью двигателя при работе его на
бензовоздушной смеси.
При работе двигателя выпускные газы, проходя по выпускному коллектору 33 и перепускному органу управления 38, вращают рабочее колесо газовой турбины 30, а вместе с ним и ротор компрессора 31, а удаляются выпускные газы в атмосферу через выпускной патрубок 34.
При увеличении нагрузки и, как следствие, увеличение давления наддувочного воздуха, последнее передается в наддиафрагменные полости высокого и низкого давления редуктора. Рост давления в наддиафраменных полостях высокого и низкого давления с одновременным разрежением в полости второй ступени редуктора низкого давления 5 сопровождается увеличением перепада давлений в полостях первой и второй ступеней редуктора, что приводит к возникновению исполнительных усилий на диафрагмы. Эти усилия действуют соответственно на диафрагмы и клапаны низкого и высокого давления. Степень открытия клапанов высокого и низкого давления увеличивается, что приводит к соответствующему увеличению расхода топливного газа через эти клапаны. Все это в целом приводит к росту расхода газа в соответствии с возросшим расходом воздуха через двигатель.
Дальнейшее возрастание нагрузки двигателя обуславливает увеличение давления наддувочного воздуха и, как следствие, увеличение степени открытия клапанов высокого и низкого давления соответственно первой и второй ступеней редуктора 5, что приводит к увеличению подачи газа в соответствии с возросшей нагрузкой двигателя.
При работе двигателя на газообразном топливе электромагнитный клапан 4 открыт. Перепускной орган управления 38 в выпускном коллекторе 33 установлен в положение для подачи выпускных газов в газовую турбину 30.
При работе двигателя на жидком топливе бензин из бензобака (не показан) бензиновым насосом 13 через бензопровод 16, открытый электромагнитный клапан 14 и бензопровод 17 подается в карбюратор 15, в который одновременно через воздушный фильтр 18, открытый обратный клапан 20 и нижнюю полость 23 поступает атмосферный воздух. Образовавшаяся топливовоздушная смесь в карбюраторе 15 через воздушные коллекторы (не показано) поступает в цилиндры двигателя. Турбокомпрессор 29 при этом не работает, так как в этом случае выпускной коллектор 33 через перепускной орган управления 38 и обводной трубопровод 37 сообщен с выпускным патрубком 34, минуя газоприемный патрубок газовой турбины 30.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Двухтопливный газобензиновый двигатель внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, содержащий впускной трубопровод с закрепленными на нем последовательно карбюратором, переходником-смесителем с патрубками впуска воздуха и газа и воздушным фильтром, выпускной трубопровод, магистраль подачи бензина в карбюратор, снабженную электромагнитным клапаном и топливным фильтром, магистраль подачи газа в переходник-смеситель, в которой последовательно установлены редуктор высокого давления, электромагнитный клапан с газовым фильтром и двухступенчатый редуктор низкого давления, отличающийся тем, что он снабжен турбокомпрессором с всасывающим, воздухонапорным и газоприемным патрубками, последний из которых сообщен с выпускным трубопроводом, снабженным органом перепуска выпускных газов с приводом управления, а между воздушным фильтром и переходником-смесителем установлено воздушное распределительное устройство в виде пустотелой проставки, внутри которой соосно с ней размещен автоматический обратный клапан, разделяющий внутреннее пространство проставки на две полости, одна из которых сообщена с воздушным фильтром и с всасывающим патрубком турбокомпрессора, а другая с переходником-смесителем и через нагнетательный трубопровод с воздухонапорным патрубком турбокомпрессора, причем нагнетательный трубопровод сообщен с наддиафрагменными полостями первой и второй ступеней редуктора низкого давления, а воздушное распределительное устройство дополнительно снабжено пневматической системой управления, выполненной в виде цилиндра с расположенным в нем поршнем, кинематически связанным с тарелкой автоматического клапана, надпоршневое цилиндрическое пространство которого через трубопровод малого сечения сообщено с всасывающим патрубком турбокомпрессора, причем трубопровод малого сечения снабжен регулировочным винтом.
Версия для печати
Дата публикации 26.12.2006гг
Created/Updated: 25.05.2018