УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА В КОМБИНИРОВАННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Полезная модель 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.
Из уровня техники известна система охлаждения наддувочного воздуха в комбинированных двигателях (патент РФ №119809, «Система охлаждения надувочного воздуха в комбинированных двигателях», МПК F02B 29/04, опубл. 27.08.2012), принятая за прототип и содержащая поршневой двигатель внутреннего сгорания с впускными и выпускным коллекторами, выхлопную трубу, на которой установлена газовая турбина, приводящая в действие компрессор. Компрессор соединен 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 позволяет только понижать температуру наддувочного воздуха (что приводит к увеличению коэффициента избытка воздуха несоответственно, повышению экономических и мощностных показателей), что необходимо при работе комбинированного двигателя на режимах больших нагрузок. При работе же комбинированных двигателей 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. Так 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 подается топливо. 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. Суммируя сказанное, можно тезисно констатировать, что недостатком прототипа являются: снижение экономических и мощностных показателей комбинированных двигателей, а также их надежности при работе на режимах малых нагрузок, а также на режиме холостого хода
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в обеспечения оптимальной температуры наддувочного воздуха при работе комбинированных двигателей на всех нагрузочных режимах, а также на режиме холостого хода и, как следствие, повышение надежности на всех указанных выше режимах, мощностных и экономических показателей.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха в комбинированных двигателях, содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания с впускными и выпускным коллекторами, выхлопную трубу, газовую турбину, компрессор, воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха, трубопровод, вихревую трубу Ранка, патрубок, температурный датчик, регулирующее устройство и управляющий дроссельный вентиль, причем дополнительно содержит трубопровод теплого воздуха, а на трубопроводах холодного и теплого воздуха установлены клапаны регулирования количества холодного воздуха и теплого воздуха.
Использование на выходе из трубы Ранка трубопроводов холодного и теплого воздуха с клапанами регулирования позволяет разделить поток воздуха, поступающего в нее, на теплый и холодный, благодаря чему под воздействием регулирующего устройства (связанного с температурным датчиком) на клапаны регулирования количества холодного воздуха и теплого воздуха в воздухо-воздушном охладителе наддувочного воздуха устанавливается оптимальная для каждого нагрузочного режима работы поршневого двигателя внутреннего сгорания температура наддувочного воздуха.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг. изображена принципиальная схема устройства для регулирования температуры наддувочного воздуха в комбинированных двигателях.
Предлагаемое устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха в комбинированных двигателях содержит поршневой двигатель внутреннего сгорания 1 с впускными 2 и выпускным коллекторами 3, выхлопной трубой 4, на которой установлена газовая турбина 5, приводящая в действие компрессор 6. Компрессор 6 соединен воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 7 трубопроводом 8 и с вихревой трубой Ранка 9 патрубком 10, выход из которой сообщается с воздухо-воздушным охладителем наддувочного воздуха 7 посредством трубопроводов холодного воздуха 11 и теплого воздуха 12, на которых установлены клапаны регулирования количества холодного воздуха 13 и теплого воздуха 14. На выходе из воздухо-воздушного охладителя наддувочного воздуха 7 установлен температурный датчик 15, связанный с регулирующим устройством 16, управляющим клапаном регулирования количества холодного воздуха 13, клапаном регулирования теплого воздуха 14 и дроссельным вентилем 17.
Предлагаемое устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха в комбинированных двигателях 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 8 подает его в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 17, откуда попадает в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1 через впускные коллекторы 2. Часть сжатого в компрессоре воздуха по патрубку 10 подается в вихревую трубу Ранка 9, разделяется в ней на два потока (холодный и теплый) и по трубопроводам холодного воздуха 11 и теплого воздуха 12 направляется в воздухо-воздушный охладитель наддувочного воздуха 7.
Установленный на выходе из охладителя наддувочного воздуха 7 датчик температуры 15 передает информацию на регулирующее устройство 16, которое воздействуя на клапаны регулирования количества холодного воздуха 13 и теплого воздуха 14, а также на управляющий дроссельный вентиль 17 обеспечивает такой режим работы вихревой трубы Ранка 9, который обеспечивает оптимальную температуру наддувочного воздух на входе в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 1.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха обеспечивает оптимальную температуру наддувочного воздуха при работе комбинированных двигателей на всех нагрузочных режимах, а также на режиме холостого хода и, как следствие, повышение их экономических, мощностных показателей и надежности при работе на всех нагрузочных режимах, а также на режиме холостого хода.