Подробное описание

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРД РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Увеличение мощности двигателя внутреннего сгорания за счет турбины

ПАТЕНТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Содержания и порядок проведения

Сергиев Посад

Сергиево - Посадский филиал Московского государственного университета приборостроения и информатики

Университет приборостроения и информатики

РЕФЕРАТ

Тема:

Увеличение мощности двигателя внутреннего сгорания за счет турбины.

Студент

Сергиев Посад

Введение

Увеличение мощности двигателя внутреннего сгорания за счет турбины.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания обеспечивается устройством, содержащее турбину во впускной канал для воздушного потока и извлечения компрессора в выпускном канале газа. Если двигатель внутреннего сгорания автомобиля работает при нормальных условиях давление впускного коллектора значительно меньше, чем атмосферное давление, и поступающий воздух приводит в действие турбину, в свою очередь приведения в действие компрессора. Конструкция такова, что впускной воздух изоэнтропически расширена в то время как давление выхлопных газов уменьшается. Как следствие, энергия сжатия уменьшается, а общее рабочая температура внутреннего цикла сгорания снижается, в результате чего больше питание подается на данное количество топлива.

СОДЕРЖАНИЕ

Реферат стр.

Введение

Подробное описание

Краткое описание чертежей

Предпосылки создания изобретения

Краткая сущность изобретения

Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа с параллельным расположением нагнетателей, приводимых в движение выхлопными газами 5.1 Описание изобретения к патенту

Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа каналы для газов между выпускными устройствами двигателя и приводом нагнетателя, например резервуары.(Турбонаддувный двигатель внутреннего сгорания). 6.1 Описание изобретения к патенту

Двигатели с нагнетателями, приводимыми в действие, по меньшей мере в течение некоторого времени, энергией выхлопа с использованием нагнетателей или турбин с регулируемыми направляющими лопатками.(Способ управления двигателем с турбиной с изменяемой геометрией)

7.1 Описание изобретения к патенту

7.2 Формула изобретения

8. Выводы и рекомендации
9. Список литературы

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Обратимся сначала к рис. 1, на котором показано в верхней части чертежа посредством блока 10 обычного двигателя внутреннего сгорания, который может быть автомобильным. Устройство согласно настоящему изобретению показано ниже блока 10 и включает в себя средство в целом обозначенный стрелкой 11, включая турбины и впускной воздуховод для прохождения воздуха на входе полученные в впускное отверстие 12 к двигателю с выходом 13, как показано линией 14. Выход, обозначено стрелкой 15, в свою очередь, включает на выходе компрессор и соответствующий газ в выходное отверстие воздуховода для приема выпускного газа по линии 16 во входной порт 17 и исключение выхлопных газов из выпускного отверстия 18.

Также схематично показано на рис. 1 что представляет собой управляемый вручную средство 19 для регулирования входящего потока воздуха к турбине 11, чтобы тем самым регулировать скорость и дросселирование двигателя внутреннего сгорания 10.

Теперь со ссылкой на увеличенное поперечное сечение рис. 2, дополнительные детали изобретения будут очевидны. Обратимся сначала к левой части на фиг. 2, входное отверстие воздушной турбины на входе 11 обозначена позицией 20, и получает входной воздух через порт 12, который направляется плавно изогнутые внутренние воздуховоды поверхностей 21, чтобы пройти во входной кольцо турбины, через турбину и выходное кольцо на порт 13 для двигателя внутреннего сгорания, как показано на рис. 1. Впускной кольцо турбины имеет больший диаметр, чем выход кольцо турбины, как это видно из рис. 2.

На выходе устройства 15 показан 22 компрессор ускорения выхлопных газов, полученный из входа кольца в порт 17, это выхлопные газы, выходящие из компрессора на его кольцо. Внутри гладкие криволинейные поверхности 23 и 18 розетки. На входе кольцевого пространства для компрессора имеет меньший диаметр, чем диаметр выходного кольцевого пространства для компрессора, как также видно из рис. 2.

Общий вал 24 установлен на подшипниках 25 соединяет турбину 20 в компрессор 22, так что турбина 20 приводит в действие компрессор.

Внутреннее плавно изогнутые для воздуха и газоходы 21 и 23 соответственно представляют собой важные признаки настоящего изобретения, в котором они гарантируют максимальное или оптимальное изменение давления поперек турбины и компрессора соответственно.

Как кратко упоминалось прежде, скорость и дросселирование двигателя внутреннего сгорания может быть осуществлено путем регулирования входящего потока воздуха к турбине 20. Этое осуществляется в соответствии с настоящим изобретением посредством множества поворотных лопаток шаг показан на 26 на рис. 2 на входе в турбину 20, путем изменения шага лопастей из открытого в закрытое положение. На рис. 2, лопасти 26 показаны в полностью открытом положении. Вращение этих лопастей на 90 закрытом положении.

Для того чтобы вручную управлять высотой положение лопастей одновременно, каждая лопатка установлена ​​с возможностью вращения на валу, например, вал 27 показано в верхней части рис. 2 на лопасти 26. Вал 27, в свою очередь приводится во вращение соответственно 28 приводится в действие рычаг 29 шарнирно прикреплен к кольцу 30. Следует понимать, что все другие лопатки аналогичным образом имеют валы 27 соединенные подобным путем ссылки 28 и рычаги 29 в разнесенных по окружности точками на кольце 30.

Ссылаясь конкретно на вид спереди кольцевой структуры 30, как показано на рис. 3, некоторые из различных звеньев 28 и рычаги 29 для лопастей валы 27 показаны расположенные по окружности на кольце 30.

Кольцо 30 поддерживается извне роликовыми подшипниками 31 с возможностью вращения вокруг центральной оси, к плоскости чертежа на рис. 3. Только небольшое вращательное движение кольца 30 необходимо варьировать шаг всех лопастей одновременно.

Такое небольшое вращение в соответствии с конкретным примером, проиллюстрированным на рис. 3 передается на рычаги 32 и 33 шарнирно прикреплен к диаметрально противоположным точкам на кольце 30 и проходящую вниз на противоположных концах рычаг 34 поворачивается в центре 35. Приводной рычаг 36 в свою очередь соединен на определенном расстоянии от точки поворота 35 для рычага 34, так что вниз или вверх перемещение звена 36 будет качать рычаг 34 и, следовательно, вызывать небольшое вращение кольца 30 в одном направлении, либо с другой стороны.

Следует понимать, что шаг каждой из лопатки будет изменен на равные количества одновременно с вышеизложенным механизмом. Другие эквивалентные средства для обеспечения возможности ручного управления шагом лопастей одновременно могут быть использованы.

Обращаясь теперь к рис. 4 показана энтальпии-энтропии диаграмма показывает несколько идеализированные посредством твердой линии графика 37 эксплуатационных характеристик двигателя внутреннего сгорания без турбины и компрессора аппарат по настоящему изобретению.

В большинстве автомобилей при обычных условиях, двигатель внутреннего сгорания работает на коллектор давлением около 2,27 кг на квадратный дюйм. Давление во впускном коллекторе снижается в дросселе карбюратора. Падение давления на входе происходит при постоянной энтальпии и почти изотермически. Эта особенность показана сплошной линией часть 38а на участке 37 на рис. 4.

Происходит изэнтропическое сжатие обозначено линией 38b. Сжигание топливовоздушной смеси в цилиндре обозначено линией 39 и изэнтропической расширение указанном 40. Изэнтропическое расширения состоит из двух сегментов: P является мощность и С есть сила, которая используется для сжатия.

По-прежнему ссылаясь на энтальпию-энтропии схеме на рис. 4, на которой накладывается рабочая характеристика модифицированного двигателя внутреннего сгорания с использованием турбины и устройства компрессора согласно этому изобретению, причем последний участок указан пунктирной линией графика 41.

Турбина и компрессор могут быть использованы на стандартном двигателе внутреннего сгорания, однако дальнейшее повышение эффективности может быть реализовано, когда другие модификации выполнены. На рис. 1 показано необязательным добавление топлива и воды в инжектор нагревателя 10a и конденсатор 10b. Конденсатор 10b в основном оребрением который размещен в выхлопной трубе между двигателем и входом компрессора 17. Конденсатор выхлопных газов охлаждается и нагревает масло, которое проходит в нагреватель инжектор 10a. Равные части бензина и воды закачиваются в 113 кг на квадратный дюйм давления на нагреватель инжектора 10а. В нагревателе инжектор 10a бензин и вода испаряют нагретое масло из конденсатора 10b. Они затем дополнительно нагреваются теплом от двигателя головы, где они вводят непосредственно в цилиндр 15 смесь бензина пар добавляет давление к части сжатия двигателя цикла, как показано на 42b на рис. 4.

В новой энтропии схему 41, вход воздуха изэнтропически расширено на турбине дроссельной более полную часть для впуска воздуха цикла, как показано на Ta. Сжатие воздуха в двигатель внутреннего сгорания обозначен позицией 42а. Дополнительное давление затем получают, когда паров бензина вводится как показано на 42b. Горение смеси воздуха, топлива и пара обозначен позицией 43 и изэнтропическое расширение на 44. Мощность P 'значительно больше, чем у стандартного P двигателя и работы сжатия C' меньше, чем необходимо для стандартным двигателем С. конденсатор части цикла обозначен позицией 45 и сжатия при Tb. Мощности для привода Tb получается из Мощности турбины на Ta.

Как видно из рис. 4 видно, что цикл сгорания происходит при более низкой температуре, чем цикл сгорания изображено сплошной линии графика 37. Кроме того, из-за снижения давления выхлопных газов обратно в результате конденсатор и компрессор в выпускном канале, конечная температура выхлопных газов из внутреннего цикла сгорания снижается. Кроме того,на изэнтропической части расширения энергетического цикла 44 указано значительно больше времени, чем 41 участка для 37 и работа сжатия C 'меньше по 41.

По существу, цикл Отто изменяется так, что внутренний цикл сгорания имеет более низкую температуру выхлопных газов, чем было бы в случае отсутствия турбины и компрессора по данному изобретению.

Кроме того конденсатор не только помогает вернуть тепло, но имеет дополнительное преимущество управления выбросами. Стандартный катализатор не будет работать с нагнетанием пара, так как температура выхлопных газов снижается, и для каталитических нейтрализаторов нужны высокие температуры выхлопных газов. Использование конденсатора, однако, приведет к тому, что пар конденсируется и в этом процессе будет солюбилизировать НС, СО, NOx, и SOx продуктов выхлопного газа. Резервуар для загрязненного конденсата может быть очищен, когда машина заполнена газом и водой.

В правой части рис. 4, здесь изображено размеры Р и Р 'соответствующих частей расширения обычном цикле 37 и модифицированный цикл 41. Общим результатом является увеличение мощности для заданного количества топлива, другими словами, повышение эффективности.

Как упоминалось прежде, различные лопатки 26 показано на рис. 2 можно регулировать с помощью механизма с рис. 3 закрытым положением, в котором они по существу по касательной к турбине 20 в полностью открытое положение, в котором они в радиальной линии с турбиной. Эта регулировка лопастей регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания и таким образом служит для управления скоростью и дросселированием двигателя.

Если впрыск топлива не используется, то поток воздуха во впуск турбины выходит из модифицированного карбюратора. Впуск воздуха, как описано, приводит в действие компрессор посредством вала 24.

Если способ и устройство по данному изобретению использовать со стационарной постоянной скорости двигателя внутреннего сгорания, поворотных лопаток шаг не будет иметь важного значения. Тем не менее, в случае автомобильного двигателя надлежащее ручное управление скоростью и дросселя желательно и, следовательно, в этих последних вариантах осуществления регулирования шага лопастей предоставляется.

Как можно понять из всего вышеизложенного следует, что настоящее изобретение в некоторой степени имитирует высотные условия. Тем не менее, точное моделирование в высокогорных условиях не происходит из-за неэффективности на входе турбины. Кроме того, отработанный охладитель не охладить отработавший до температуры на входе, и компрессор не снижает давление выхлопных газов, что и давление на входе двигателя. Таким образом, двигатель не теряет часть эффективности при дроссельный, по сравнению с работой на больших высотах, так как температура на входе выше, а давление выхлопных газов выше, чем то, что было бы при сопоставимой высоте. Эти потери, однако, намного меньше, чем они были бы, если клапан дроссельной были использованы.

Кроме того, следует понимать, что настоящее изобретение использует дросселирование означает, что не приводит к увеличению загрязнения или износа двигателя или к неудобствам. Двигатель уменьшает загрязнения согласно настоящему изобретению, поскольку процесс сгорания является более полной и общей температуры цикла уменьшается падение температуры на входе. Кроме того, двигатель сжигает меньше топлива, что создает меньше загрязнения. Износ двигателя уменьшается, поскольку там меньше нагара и двигатель получает меньше внутренней загрузки для данной выходной мощности. Дросселирующего устройства по данному изобретению также получает очень малый износ, поскольку уровни нагрузки и температуры значительно меньше, чем те, испытываемые турбонагнетатель.

Дросселирующее устройство по данному изобретению обеспечивает более эффективный цикл двигателей и не приводит к увеличению загрязнений, не увеличивает износ двигателя и не вызывает неудобств.

Из всего вышеизложенного должно быть очевидно, что настоящее изобретение относится к способу и структуру для повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания.