ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ ОБМЕННИК ДАВЛЕНИЯ (КОМПРЕССОР).

Изобретение относится к области двигателестроения.

Известен механический нагнетатель воздуха для двигателя внутреннего сгорания, в котором вал компрессора связан с коленчатым валом двигателя посредством ременной передачи и производительность которого находится в пропорциональной зависимости от числа оборотов последнего. Недостатком данного устройства является повышенный расход топлива, требуемый для его привода.

Существует газодинамический нагнетатель воздуха, т.н. турбокомпрессор, содержащий корпус, вал с двумя крыльчатками, две улитки, использующий для создания повышенного давления во впускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания энергию отработавших газов. Недостатками механизма являются сложность изготовления и обслуживания, замедленный отклик на нажатие педали акселератора.

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является волновой обменник давления Comprex Brown Boveri, содержащий корпус, вал, связанный с коленчатым валом двигателя посредством приводного ремня, ротор с аксиальными каналами, два штуцера подвода-отвода воздуха и два штуцера подвода-отвода отработавших газов, в котором нагнетение воздуха в цилиндры двигателя обеспечивается посредством взаимодействия отработавших газов и воздуха в каналах ротора. Недостатком устройства является узкий рабочий диапазон вследствие ограниченной оптимальной частоты колебаний газов в каналах ротора.

Целью изобретения является улучшение тяго-мощностных параметров двигателя, повышение его КПД.

На фиг.1 изображена схема интеграции газодинамического обменника давления во впускную и выпускную системы двигателя.

На фиг.2 изображён собственно газодинамический обменник давления (распределительное устройство) воздуха (разрез по продольной оси).

В корпусе (1) газодинамич. обменника давления с возможностью вращения установлен вал (2) с приводным шкивом (3), жёстко связанными с ним ротором-отсекателем (4) и распределительным ротором (5), рампа отсекателя (6) с двумя воздушными штуцерами (7, 8) и камерами (9), главная рампа (10) с двумя газовыми (11) и двумя воздушными (13) штуцерами и четырьмя каналами (15), верхняя рампа (16) с каналами (17), воздушной и газовой камерами, буферная камера (23), теплообменник (20) со штуцерами (21, 22) системы охлаждения. Роторы имеют диаметрально расположенные окна (25, 27). Воздушными и газовыми магистралями устройство соединено с впускным и выпускным коллекторами, в которых установлены диффузор и заслонки, регулирующие объём направляемых к устройству воздушных и газовых потоков и управляющие таким образом степенью наддува. Наличие двух роторов и контуров позволяет часть такта впуска наполнять воздухом обычным способом (атмосферным). Наддув выполняется перемещением предварительно нагнетённого в буферную камеру устройства воздуха в изолированный от атмосферы в течение второй части такта впуска коллектор под действием отработавших газов (фиг 2).

Газодинамический обменник давления (компрессор) работает следующим образом.

При положении воздушной 28 и газовой 30 заслонок как показано на фиг.1 впускной 29 и выпускной 31 коллекторы закрыты для прямого прохождения через них воздуха и отработанных газов. Воздушный поток направляется по основным 32 и дополнительным 33 магистралям к распределительному устройству 1, отработанные газы направляются по магистралям 34. Диффузор 35 создаёт перепад давления в газовых магистралях 34. Посредством приводного ремня 36 от ведущего шкива коленвала приводится во вращение вал 2 распределительного устройства.
Распределительное устройство (далее устройство) 1 работает следующим образом (фиг.2). Диаметрально расположенные окна 25 ротора-отсекателя 4 через каналы 26 в определённый (точка отсчёта) момент времени соединяют входную и выходную дополнительные 33 воздушные магистрали. Воздух из основной входной воздушной магистрали в обход буферной камеры 23 направляется в основную выходную воздушную магистраль и далее во впускной коллектор 29. Часть такта всасывания цилиндр наполняется воздухом обычным способом под действием разряжения, создаваемого при движении поршня вниз.
В данном варианте этот процесс длится четверть периода вращения ротора (половину такта всасывания). Одновременно с этим при аналогичном положении распределительного ротора 5 через окна 27 распределительного ротора 5 выходная газовая магистраль через штуцер 11, камеры 15 и штуцер 13 соединяется с входной воздушной магистралью. За счёт разряжения, образующегося за газовой заслонкой 30 и диффузором 35, в течение одной восьмой периода, пока осуществляется связь противоположных каналов через окна ротора, в буферную камеру 23 поступает воздух. Длина и сечение каналов подбирается таким образом, чтобы при оптимальном давлении газов и оптимальных оборотах коленчатого вала двигателя и ротора 5 буферная камера полностью бы наполнялась воздухом, а попадание воздуха в выходную газовую магистраль было исключено. При увеличении оборотов ротора уменьшается время соединения каналов, но одновременно растёт перепад давлений отработавших газов во входной и выходной газовых магистралях. Расход воздуха через буферную камеру должен колебаться в ту или иную сторону вокруг оптимального значения. В течение следующей восьмой части периода вращения ротора происходит переключение каналов устройства.
Ротор-отсекатель 4 на протяжении следующей четверти периода вращения отсекает дополнительные воздушные магистрали 33 и, таким образом, закрывает впускной коллектор 29 для доступа атмосферного воздуха. Во второй половине такта впуска осуществляется нагнетение воздуха из буферной камеры 23 устройства давлением отработавших газов. Её объём подбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимый избыток воздуха по отношению к объёму цилиндра, т.е. устанавливается параметр давления наддува. В это время в течение третьей восьмой периода окна распределительного ротора 5 соединяют входную газовую магистраль через штуцер 12, камеры 15, штуцер 14 с выходной основной воздушной магистралью. Воздух, собранный в буферной камере 23, под давлением газов, образовавшимся перед диффузором 35, вытесняется во впускной коллектор 29, в котором вследствие этого создаётся необходимое давление наддува. В течение четвёртой восьмой периода происходит переключение каналов. Далее цикл повторяется, схема работы устройства аналогична вышеописанной.

Достоинство предлагаемого устройства заключается в низкой потребляемой мощности на привод, высокой степени отклика на нажатие педали акселератора, возможности точной настройки степени наддува в широком диапазоне работы.

*   *   *