СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОХЛАДИТЕЛЕМ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано повышения эффективности работы системы охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха.
Известна система охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охладителем наддувочного воздуха (Двигатели внутреннего сгорания. Кн. 1. Теория рабочих процессов: Учебник для вузов / В.Н.Луканин и др. - 2-е изд. перераб. и доп.- М.: Высш. шк.., 2005. - 479 с, рис.6.4, а, с.276), содержащая: жидкостный радиатор двигателя, жидкостный насос, воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха, турбокомпрессор и вентилятор.
Недостатками этой системы являются:
- значительные затраты мощности на привод вентилятора, который приводится в действие от коленчатого вала двигателя, что уменьшает мощность, получаемую потребителям;
- большие размеры и масса жидкостного радиатора и воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха.
Сказанное обусловливает повышенный расход топлива на производство единицы полезной мощности, снимаемой с коленчатого вала двигателя для использования потребителем и значительный расход цветных металлов, из которых изготавливается жидкостный радиатор и воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха.
Данная система охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охладителем наддувочного воздуха является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является полное исключение затрат части мощности, развиваемой поршневым двигателем внутреннего сгорания, для привода вентилятоpa и, как следствие, снижение расхода топлива на производство единицы полезной мощности, снимаемой с коленчатого вала двигателя для использования потребителем, а также снижение температуры воздуха, используемого для охлаждения воздуха в воздухо-воздушном охладителе наддувочного воздуха и жидкости в жидкостном радиаторе, что позволит уменьшить размеры охладителя наддувочного воздуха и радиатора, а, следовательно, их габариты, массу и стоимость.
Решение поставленной задачи достигается тем, что часть воздуха после компрессора подается в трубу Ранка (Гупол А.Ф.. Эффект Ранка / А.Ф.Гупол // Успехи физических наук. - Т. 167. - №8. - С.665-687), где его температура понижается (принципиально возможно понижение температуры до 200 К) откуда охлажденный воздух направляется на обдув воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха и жидкостного радиатора.
Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком (фиг.1), где изображено принципиальное устройство предлагаемой системы охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охладителем наддувочного воздуха
Предлагаемая система охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охладителем наддувочного воздуха содержит: поршневой двигатель внутреннего сгорания 1, жидкостный радиатор 2, воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 3, жидкостный насос 4, турбокомпрессор 5, часть сжатого воздуха их которого по воздухопроводу 6 поступает на вход трубы Ранка 7, выход из которой оборудован кожухом 8.
Предлагаемая система охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охладителем наддувочного воздуха работает следующим образом.
Основная масса сжатого в турбокомпрессоре 5 и нагревшегося в результате этого воздуха поступает в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 3, пройдя через который охлаждается и направляется в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1. Другая часть сжатого в турбокомпрессоре 5 по воздухопроводу 6 поступает в трубу Ранка 7 (принцип действия которой описан в статье Гупол А.Ф.. Эффект Ранка / А.Ф.Гупол // Успехи физических наук. - Т. 167. - №8. -С.665-687). Охлажденный в трубе Ранка 6 воздух через кожух 8 поступает на обдув жидкостного радиатора 2.
Поскольку перепад температур теплого воздуха внутри воздуховоздушного охладителя наддувочного воздуха 3 и обдувающего его холодного воздуха существенно больше, чем при обдуве охладителя 3 атмосферным воздухом, поверхность охлаждения воздуховоздушного охладителя наддувочного воздуха 3 может быть существенно уменьшена при сохранении прежнего теплосъема (см. формулу (1)).
нв
вв
нв
нв
охл возд.
где Q - количество теплоты, отводимой от наддувочного воздуха 3 (теплосъем в охладителе наддувочного воздуха); k - коэффициент теплопередачи от наддувочного воздуха к охлаждающему воздуху; F - поверхность охлаждения наддувочного воздуха; Т - средняя температура наддувочного воздуха в охладителе наддувочного воздуха 3; Т - средняя температура воздуха, обдувающего охладитель наддувочного воздуха 3.
В свою очередь, поскольку перепад температур охлаждающей жидкости и обдувающего жидкостный радиатор 2 холодного воздуха существенно больше, чем при обдуве радиатора 2 атмосферным воздухом, поверхность охлаждения жидкостного радиатора 2 также может быть существенно уменьшена при сохранении прежнего теплосъема (см. формулу (2))
ож
ож
жр
охлж.
возд.
где Q - количество теплоты, отводимой от охлаждающей жидкости в жидкостном радиаторе 2 (теплосъем в жидкостном радиаторе); k - коэффициент теплопередачи от охлаждающей жидкости к воздуху; F - поверхность охлаждения радиатора 2; Т - средняя температура охлаждающей жидкости в жидкостном радиаторе 2; Т' - средняя температура воздуха, обдувающего жидкостный радиатор 2.
По сравнению с прототипом в предлагаемой системе охлаждения комбинированного двигателя с промежуточным охладителем наддувочного воздуха обеспечивается полное исключение затрат части мощности, развиваемой поршневым двигателем внутреннего сгорания для привода вентилятора (до 12-15% для систем охлаждения с воздухо-воздушным охлаждением наддувочного воздуха), и, как следствие, снижение расхода топлива на производство единицы полезной мощности, снимаемой с коленчатого вала двигателя для использования потребителем. Уменьшение охлаждаемых поверхностей жидкостного радиатора и воздуховоздушного охладителя наддувочного воздуха за счет снижения температуры воздуха, используемого для охлаждения в них жидкости и наддувочного воздуха, обеспечивает уменьшение их габаритов, массы и стоимости.