УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ГЛУБИНЫ ОХЛАЖДЕНИЯ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА КОМБИНИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для повышения экономических, мощностных показателей комбинированных двигателей и их надежности при работе на всех нагрузочных режимах, а также на режиме холостого хода за счет оптимизации температуры наддувочного воздуха.
Известна система охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях (RU 119809, опубл. 27.08.2012), содержащая поршневой двигатель внутреннего сгорания с впускными и выпускным коллекторами, выхлопную трубу, на которой установлена газовая турбина, приводящая в действие компрессор. Компрессор соединен с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха трубопроводом и с вихревой трубой Ранка патрубком, выход из которой сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха посредством трубопровода холодного воздуха. На выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха установлен температурный датчик, связанный с регулирующим устройством, управляющим дроссельным вентилем.
Недостатком этой системы являются то, что она не позволяет обеспечивать регулирование температуры наддувочного воздуха, в зависимости от всех возможных режимов работы комбинированного двигателя. Так при работе комбинированного двигателя на режимах малых нагрузок и холостого хода существенно изменяются условия организации и протекания рабочего процесса: появляется нестабильность топливоподачи в последовательно протекающих циклах, ухудшается распыл топлива, снижается температура рабочего тела в цилиндре и поверхностей деталей, образующих внутрицилиндровое пространство. Например, при работе двигателя ЯМЗ-238 на холостом ходу по сравнению с работой на полной нагрузке почти в два раза (на 45,8%) падает давление впрыскивания топлива [Арсентьев Е.С. Обеспечение работы дизельного двигателя на холостом ходу методом выключения цилиндров / Е.С. Арсентьев и др. // Науч.-техн. сб. НИИИ МО - №4. - Бронницы, 1980. - С. 22-29.], что приводит к уменьшению цикловой подачи топлива, на 32,5% снижается температура среды, в которую топливо подается. В результате увеличивается неполнота его сгорания, растет продолжительность периода задержки воспламенения, что приводит к повышению «жесткости» работы двигателя, процесс сгорания в целом удлиняется, что ухудшает эффективность теплоиспользования и приводит к заметному повышению удельного эффективного расхода топлива. Со снижением температуры рабочего тела, понижается температура носка распылителя форсунки и деталей, образующих внутрицилиндровое пространство. В этих условиях происходит интенсивное накопление «низкотемпературных» отложений, в основе своей представляющих вторичные нефтяные смолы. Продукты уплотнения смол - асфальтены, набухая в масле, формируют на металлических поверхностях лаковые пленки. Последние задерживают на себе любые твердые частички. Особенно подвержены накоплению смолистых отложений канавки поршня. Отложения, образующиеся на выпускных клапанах, могут привести к их неправильной посадке на седло и в результате этого - к утечке рабочего тела. В условиях низкой температуры окружающего воздуха указанные выше проблемы работы двигателей на частичных нагрузках и холостом ходу особенно обостряются. Из выше сказанного следует, что недостатком известной системы является снижение экономических и мощностных показателей комбинированных двигателей, а также их надежности при работе на режимах малых нагрузок, а также на режиме холостого хода.
Система охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях по патенту RU 119809 является наиболее близкой к предлагаемому в заявке устройству по технической сущности и принята за прототип.
Задачей предложения является обеспечение оптимальной температуры наддувочного воздуха при работе комбинированных двигателей в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, а также на режиме холостого хода и, как следствие, повышение их экономических, мощностных показателей и надежности при работе на указанных выше режимах.
Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство регулирования глубины охлаждения наддувочного воздуха комбинированного двигателя содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания с расположенными в нем впускными и выпускными коллекторами, выпускные коллекторы соединены с выхлопной трубой, на которой установлена газовая турбина, приводящая в действие компрессор, компрессор соединен с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха трубопроводом и с вихревой трубой Ранка с дроссельным вентилем патрубком, выход из которой сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха посредством трубопровода холодного воздуха, температурный датчик, расположенный на впускном коллекторе после охладителя, соединен с дроссельным вентилем через регулирующее устройство. Перед входом сжатого в компрессоре воздуха в вихревую трубу Ранка на патрубке установлен дроссель-редуктор, обеспечивающий регулирование давления, поступающего в нее сжатого воздуха. При искусственном уменьшении давления сжатого воздуха перед сопловым вводом снижается расход сжатого воздуха и перепад давлений в камере разделения вихревой трубы Ранка, что приводит к изменению температуры и расхода охлажденного воздуха на выходе из вихревой трубы Ранка (Суслов, А.Д. Вихревые аппараты [Текст] / А.Д. Суслов, С.В. Иванов, А.В. Мурашкин и др. М.: Машиностроение, 1985. 256 с.) обеспечивая потребную температуру наддувочного воздуха на входе в цилиндры двигателя.
Предложение поясняется рисунком (Фиг.), где изображена принципиальная схема устройства для регулирования глубины охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях.
Предлагаемое устройство регулирования глубины охлаждения наддувочного воздуха комбинированного двигателя содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания 1 с впускными 2 и выпускными 3 коллекторами, выхлопной трубой 4, на которой установлена газовая турбина 5, приводящая в действие компрессор 6. Компрессор 6 через патрубок 7 и дроссель-редуктор 8 соединен с вихревой трубой Ранка 9, имеющей дроссельный вентиль 10, а через трубопровод 11 с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 12. Вихревая труба Ранка 9 посредством трубопровода холодного воздуха 13 соединена с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 12.
На выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха 12 на впускном коллекторе после охладителя установлен температурный датчик 14, связанный с регулирующим устройством 15, дроссель-редуктором 8 и дроссельным вентилем 10.
Предлагаемое устройство регулирования глубины охлаждения наддувочного воздуха комбинированного двигателя работает следующим образом. Отработавшие газы поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 по выхлопной трубе 4 поступают в газовую турбину 5, которая приводит в действие компрессор 6. Компрессор 6 сжимает атмосферный воздух и по трубопроводу 11 подает его в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 12, откуда попадает в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 через впускные коллекторы 2. Часть сжатого в компрессоре воздуха по патрубку 7 подается в вихревую трубу Ранка 9, разделяется в ней на два потока (холодный и теплый) и по трубопроводу холодного воздуха 13 холодный поток направляется в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 12, а теплый выводится в атмосферу (на рисунке не показано).
Установленный на выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха 12 датчик температуры 14 передает информацию на регулирующее устройство 15, которое воздействуя на дроссель-редуктор 8 и дроссельный вентиль 10 обеспечивает такой режим работы вихревой трубы Ранка 9, который обеспечивает оптимальную температуру наддувочного воздуха на входе в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство регулирования глубины охлаждения наддувочного воздуха комбинированного двигателя обеспечивает оптимальную температуру наддувочного воздуха, повышает экономические, мощностные показатели и надежность при работе комбинированных двигателей на всех нагрузочных режимах, а также на режиме холостого хода.