ГАЗОПОРШНЕВОЙ ДВИГАТЕЛЬ С ТУРБОНАДДУВОМ

Полезная модель относится к области техники машиностроения, а конкретнее к газопоршневым двигателям внутреннего сгорания с турбонаддувом.
Известен газопоршневой двигатель и способ подачи горючего газа в цилиндры двигателя, включающий крышки цилиндров, снабженные свечами зажигания газовоздушной смеси, газовоздушный ресивер, турбокомпрессор, работающий на выпускных газах газопоршневого двигателя, подводимых к сопловому аппарату турбины турбокомпрессора коллектором выпускных газов, трубопровод подвода газа к газопоршневому двигателю от емкости топливного газа, смеситель газа и наддувочного воздуха, электромагнитные клапаны газопроводов, электрически связанные с автоматизированным пультом управления режимами работы газопоршневого двигателя по заданным алгоритмам [Патент РФ №2319846, МПК: F02B 43/06, F02D 19/10, F02M 29/02, опуб.:20.03.2008, авторы Бондаренко Л.М. и др., «Способ подачи горючего газа в рабочие цилиндры газодизеля»].
Недостатком данного способа подачи топливного газа в рабочие цилиндры является то, что наблюдается высокий расход топлива и высокий выброс вредных веществ в атмосферу.
Известен газопоршневой двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом, включающий крышки цилиндров, снабженные свечами зажигания газовоздушной смеси, турбокомпрессор, приводимый выпускными газами газопоршневого двигателя, газовоздушный ресивер, трубопровод подвода газовоздушной смеси к газовоздушному ресиверу от емкости топливного газа через электромагнитный клапан и газовоздушный смеситель, коллектор выпускных газов, подводящий выпускные газы от крышек цилиндров к сопловому аппарату турбины турбокомпрессора, автоматизированный пульт управления режимами работы газопоршневого двигателя, на коллекторе выпускных газов газопоршневого двигателя перед сопловым аппаратом турбины турбокомпрессора установлены газовые форсунки с соплами, открытыми в газовый канал коллектора выпускных газов, и свеча зажигания газа, газовые форсунки соединены газопроводом с емкостью топливного газа, снабженным электромагнитным клапаном, турбокомпрессор газопоршневого двигателя снабжен датчиком частоты вращения ротора турбокомпрессора, причем электромагнитные клапаны, свеча зажигания газа и датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора электрически соединены с автоматизированным пультом управления режимами работы газопоршневого двигателя с турбонаддувом, в коллекторе выпускных газов перед соплами газовых форсунок установлен датчик содержания кислорода в выпускных газах, электрически соединенный с автоматизированным пультом управления режимами работы газопоршневого двигателя с турбонаддувом. [Патент РФ №2541624, МПК: F02B 43/06, F02B 37/20, F02D 23/00, опуб.: 20.02.2015 г., авторы Сазонов И.В. и др., «Газопоршневой двигатель с турбонаддувом».]
Недостатком газопоршневого двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом является так же высокий расход топлива и высокий выброс вредных веществ в атмосферу.
Данное техническое решение выбрано автором в качестве прототипа.
Техническим результатом изобретения является снижение расхода топлива и снижение выброса вредных веществ в атмосферу.
Технический результат достигается тем, что газопоршневой двигатель с турбонаддувом, включающий крышки цилиндров, снабженные свечами зажигания газовоздушной смеси, турбокомпрессор, приводимый выпускными газами газопоршневого двигателя, газовоздушный ресивер, трубопровод подвода газовоздушной смеси к газовоздушному ресиверу от емкости топливного газа через электромагнитный клапан и газовоздушный смеситель, коллектор выпускных газов, подводящий выпускные газы от крышек цилиндров к сопловому аппарату турбины турбокомпрессора, автоматизированный пульт управления с режимами работы газопоршневого двигателя, на коллекторе выпускных газов перед сопловым аппаратом турбины турбокомпрессора установлены газовые форсунки с соплами, открытыми в газовый канал коллектора выпускных газов, и свечи зажигания газа, газовые форсунки соединены газопроводом с емкостью топливного газа, с электромагнитным клапаном, турбокомпрессор газопоршневого двигателя снабжен датчиком частоты вращения ротора турбокомпрессора, причем все электромагнитные клапаны, свечи зажигания газа и датчик частоты вращения ротора турбокомпрессора электрически соединены с автоматизированным пультом управления режимами работы газопоршневого двигателя с турбонаддувом, в коллекторе выпускных газов перед соплом газовой форсунки установлен датчик содержания кислорода в выпускных газах, электрически соединенный с автоматизированным пультом управления режимами работы газопоршневого двигателя с турбонаддувом, согласно полезной модели, на каждой крышке цилиндра двигателя дополнительно установлены форкамеры со свечой зажигания газовоздушной смеси, выход из емкости топливного газа соединен через электромагнитный клапан с патрубками подвода топливного газа каждой форкамеры, причем электромагнитный клапан и свечи зажигания газовоздушной смеси форкамер электрически соединены с автоматизированным пультом управления режимами работы двигателя.
Дополнительно установленные на каждой крышке цилиндра двигателя форкамеры со свечами зажигания и регулируемая подача газа в форкамеры из емкости с топливным газом через электромагнитный клапан позволяет повысить полноту сгорания газовоздушной смеси в цилиндрах двигателя, снизить расход топлива и снизить выброс веществ в атмосферу.
На фиг. 1 схематично показан газопоршневой двигатель с турбонаддувом.
Газопоршневой двигатель с турбонаддувом 1 содержащий крышки цилиндров 2 (на черт.не показаны), на каждой из которых установлена форкамера 3, в которой установлена свеча зажигания 4 газовоздушной смеси, газовоздушный ресивер 5, соединенный с соответствующими каналами крышек цилиндров 2 патрубками 6, газопровод 7, соединен с соответствующими каналами форкамер 3 патрубками 8. Газовоздушный ресивер 5 соединен с газовоздушным смесителем 9, который сообщен с воздушным нагнетательным патрубком турбокомпрессора 10, приводимого выпускными газами газопоршневого двигателя 1, и через электромагнитный клапан 11 соединен с емкостью топливного газа 12. Газопровод 7 соединен через электромагнитный клапан 13 с емкостью топливного газа 12. Электромагнитные клапаны 11, 13 электрически связаны проводами 14, 15 с автоматизированным пультом управления режимами работы 16 газопоршневого двигателя 1.
Коллектор выпускных газов 17 соединен выпускными патрубками 18 с крышками цилиндров 2 и соединен с корпусом соплового аппарата турбины 19 турбокомпрессора 10. На участке коллектора выпускных газов 17 между выпускными патрубками 18 крышек цилиндров 2 газопоршневого двигателя 1 и корпусом соплового аппарата турбины 19 перед сопловым аппаратом турбины 19 турбокомпрессора 10 установлены газовые форсунки 20 с соплами, открытыми в газовый канал коллектора выпускных газов 17, и свеча зажигания газа 21. Газовые форсунки 20 соединены газопроводом 22, снабженным электромагнитным клапаном 23, с емкостью топливного газа 12. Свеча зажигания газа 21, электромагнитный клапан 23 и свечи зажигания газовоздушной смеси 4 в форкамерах 3 крышек цилиндров 2 газопоршневого двигателя 1 электрически соединены с автоматизированным пультом управления режимами работы 16 газопоршневого двигателя 1 проводами соответственно 24, 25 и 26. Турбокомпрессор 10 газопоршневого двигателя 1 снабжен датчиком частоты вращения ротора 27, электрически соединенным проводом 28 с автоматизированным пультом управления режимами работы 16 газопоршневого двигателя 1. В коллекторе выпускных газов 17 установлен датчик содержания кислорода в выпускных газах 29, электрически соединенный (на чертеже не показано) с автоматизированным пультом управления режимами работы 16 газопоршневого двигателя 1. Патрубок 30 соединен с турбокомпрессором 10. Патрубок 31 соединен с сопловым аппаратом турбины 19.
Газопоршневой двигатель с турбонаддувом работает следующим образом.
При работе газопоршневого двигателя 1 на режиме постоянной мощности, сигнал от автоматизированного пульта управления режимами работы 16 по проводу 15 открывает электромагнитный клапан 13, топливный газ из емкости топливного газа 12 под давлением проходит через открытый электромагнитный клапан 13, через газопровод 7 и патрубки 8 на такте сжатия газ поступает через впускные клапана каждой форкамеры 3, воспламеняется свечой зажигания 4 в конце такта сжатия. Свеча зажигания 4 соединена проводом 26 по которому проходит электрический импульс от автоматизированного пульта управления режимами работы 16 в конце такта сжатия. Сигнал от автоматизированного пульта управления режимами работы 16 по проводу 14 открывает электромагнитный клапан 11. Топливный газ из емкости топливного газа 12 под давлением проходит через открытый электромагнитный клапан 11 и смешивается в газовоздушном смесителе 9 с наддувочным воздухом, подаваемым турбокомпрессором 10 в газовоздушный смеситель 9, воздух из атмосферы поступает в турбокомпрессор 10 через патрубок 30. Газовоздушная смесь поступает по газовоздушному ресиверу 5 и патрубкам 6 в камеры сгорания крышек цилиндров 2, где воспламеняется от продуктов сгорания форкамеры, выбрасываемые через сопла, чем осуществляется быстрое, надежное и полное сгорание газовоздушной смеси в камерах сгорания крышек цилиндров 2.
Давление газов в цилиндрах газопоршневого двигателя 1 преобразуется в работу вращения коленчатого вала газопоршневого двигателя. Выпускные газы выходят через патрубки 18 в коллектор выпускных газов 17, поступают через сопловой аппарат на лопатки турбины 19 турбокомпрессора 10, приводят во вращение ротор турбокомпрессора 10 и выбрасываются в атмосферу через патрубок 31, чем осуществляется турбонаддув газопоршневого двигателя 1.
В начале перехода газопоршневого двигателя 1 на режим с более высокой мощностью, чем мощность на исходном режиме работы, в соответствии с заданным алгоритмом работы автоматизированного пульта управления режимами работы 16 газопоршневого двигателя 1 по проводам 25 подают сигнал на открытие электромагнитного клапана 23, и дополнительное количество топливного газа из емкости топливного газа 12 под давлением через газопровод 22 поступает к газовым форсункам 20 и далее через газовые сопла газовых форсунок 20 - в коллектор выпускных газов 17 перед сопловым аппаратом турбины 19 турбокомпрессора 10, электрический импульс от автоматизированного пульта управления режимами работы 16 по проводу 24 подается на свечу зажигания 21, газ воспламеняется вследствие работы свечи зажигания 21 и контакта с выпускными газами, содержащими остаточный кислород, смесь сгорает расширяясь на рабочих лопатках турбины 19, отработавшие газы выбрасываются в атмосферу через патрубок 31. Сгорание дополнительного количества топливного газа, поданного газовыми форсунками 20 в полость коллектора выпускных газов 17 перед сопловым аппаратом турбины 19 турбокомпрессора 10, повышает температуру и энергию газового потока, воздействующего на рабочие лопатки турбины 19 турбокомпрессора 10, ускоряет разгон ротора турбокомпрессора 10 и повышает давление наддувочного воздуха, подаваемого турбокомпрессором 10 в газовоздушный смеситель 9, газовоздушный коллектор 5 и далее по патрубкам 6 в цилиндры газопоршневого двигателя 1, вследствие чего продолжительность переходного процесса повышения мощности газопоршневого двигателя 1 сокращается. В результате ускоренного повышения частоты вращения ротора турбокомпрессора 10 до заданной величины и соответствующего повышения давления наддувочного воздуха газопоршневой двигатель 1 выходит на режим повышенной мощности за меньшее время.
По сигналу датчика частоты вращения ротора 27 турбокомпрессора 10 о достижении заданной частоты вращения ротора, передаваемому по проводу 28 на автоматизированный пульт управления режимами работы 16 газопоршневого двигателя 1, электромагнитный клапан 23 автоматически закрывают, подача дополнительного газового топлива через газопровод 22, форсунки 20 в коллектор выпускных газов 17 прекращается и газопоршневой двигатель 1 продолжает работать на установившемся режиме повышенной мощности.
Датчик содержания кислорода в выпускных газах 29, установленный в коллекторе выпускных газов 17 и электрически соединенный с автоматизированным пультом управления режимами работы 16 газопоршневого двигателя с турбонаддувом, блокирует открытие электромагнитного клапана 23 в случае недостатка кислорода в выпускных газах, поступающих по коллектору выпускных газов 17 на сопловой аппарат турбины 19 турбокомпрессора 10, и тем предотвращает попадание топливного газа в атмосферу и ухудшение экологических качеств газопоршневого двигателя. При каждом повышении мощности газопоршневого двигателя 1 вышеприведенные процессы повторяются.
Предполагаемый газопоршневой двигатель с турбонаддувом позволяет достичь снижения расхода топлива на 5-10%, снижения выброса продуктов сгорания в атмосферу на 10-20%, повышения экономичности.