УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Российский патент 2002 года по МПК F02B29/04 F01P3/22 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к устройствам охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Известны устройства охлаждения ДВС, позволяющие регулировать температуру наддувочного воздуха на всех режимах работы двигателя как в летнее, так и в зимнее время года [1, 2].

Существенным недостатком известных устройств охлаждения является то, что устройства обладают небольшой точностью регулирования в связи с большой инерционностью элементов устройства.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является "Устройство для регулирования воздухоснабжения" [3, стр. 104] . Устройство содержит компрессор, распределитель, "холодный" теплообменник, омываемый забортной водой, "горячий" теплообменник, в который подается горячая пресная вода из внутреннего контура системы охлаждения. В зависимости от внешних условий и режима работы двигателя распределитель направляет на теплообменники разное количество воздуха, чем обеспечивается оптимизация его температуры перед поступлением в двигатель.

Недостатком данного прототипа является возможность конденсации охлажденного воздуха при частичных нагрузках, что отрицательно сказывается на технико-экономических показателях двигателя [4] . При охлаждении влажного воздуха до точки росы конденсируется влага, которая затем поступает в цилиндры двигателя вместе с воздухом. Удельный расход воздуха в современных дизелях составляет 8,5-9,5 кг/(кВт•ч), поэтому в цилиндр, например, мощностью 1300 кВт в каждом рабочем цикле при определенных внешних условиях может попадать до 25 г воды [4].

При работе дизеля на режиме полной нагрузки такое количество воды сразу же испаряется и проходит весь выпускной тракт. Однако на частичных нагрузках наличие конденсата в наддувочном воздухе приводит к кислотной коррозии стенок втулки цилиндра и поршневых колец, особенно при работе на топливе, содержащем 1% серы.

Заявляемое изобретение решает задачу создания устройства для подачи наддувочного воздуха в двигатель на всех режимах его работы, с помощью которого возможно осуществлять подогрев воздуха до 60-80^oС при работе дизеля на долевых нагрузках и охлаждение наддувочного воздуха в пределах 50-40^oС при работе на номинальном и близких к номинальному режимах. Техническим результатом, достигаемым при этом, является повышение эффективности работы двигателя путем предотвращения конденсации влаги в теплообменнике и поддержания температуры наддувочного воздуха выше точки росы на долевых нагрузках работы двигателя.

Этот технический результат достигается тем, что заявляемое устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, содержащее канал подачи наддувочного воздуха в двигатель, турбокомпрессор, связанный с распределителем воздуха, соединенным двумя каналами с двигателем через теплообменники, один из которых предназначен для охлаждения наддувочного воздуха и присоединен к каналам подвода и отвода забортной воды, а другой - для его подогрева и подсоединен к источнику подогрева, а третьим каналом распределитель соединен с каналом подачи наддувочного воздуха в двигатель, дополнительно снабжено электрическим психрометром и его датчиком, установленными на канале подачи наддувочного воздуха в двигатель, электромагнитным клапаном, установленным на канале подачи забортной воды и электрическим исполнительным механизмом, подключенным к распределителю наддувочного воздуха и электрически связанным с электронным блоком управления.

На чертеже представлена схема устройства для подачи наддувочного воздуха. Схема содержит двигатель 1, "горячий" теплообменник 2, "холодный" теплообменник 3, каналы подачи воздуха 4, 5, 6, 15, 21, распределитель 7, электрический исполнительный механизм 8, электрический психрометр 9 (например, ИВТМ - 7МК, ИВГ - 1МК), датчик психрометра 10, датчик нагрузки двигателя 11, датчик температуры наддувочного воздуха 12, электромагнитный клапан 13, турбокомпрессор 14, электронный блок управления 16, каналы подвода и отвода источника подогрева (например, внутренний контур системы охлаждения) 17, 18, каналы подвода и отвода забортной воды 19, 20.

Электрический психрометр 9 установлен на канале подачи наддувочного воздуха 15 в двигатель 1 и через датчик 10 передает информацию о содержании влаги в наддувочном воздухе в электронный блок управления 16.

Электромагнитный клапан 13 установлен на канале 19 забортной воды и электрически связан с электронным блоком управления и предназначен для регулирования количества воды, направляемой на "холодный" теплообменник 3.

"Горячий" теплообменник 2 установлен на канале 4, к нему подключены каналы подвода и отвода источника подогрева 17, 18. На долевых нагрузках и холостом ходу работы двигателя наддувочный воздух по каналу 4 проходит через теплообменник 2, где за счет теплообмена с горячим источником тепла подогревается до 60-80^oС и по каналу 15 поступает в двигатель 1. При увеличении нагрузки, когда температура наддувочного воздуха становится T_над.в.≥60^oС, т.е. не требуется подогрев и охлаждение, наддувочный воздух проходит по каналам 6, 15 непосредственно в двигатель.

"Холодный" теплообменник 3 установлен на канале 5, к нему подключены каналы подвода и отвода забортной воды 19, 20. При увеличении нагрузок двигателя выше долевых и холостых наддувочный воздух по каналу 5 поступает в "холодный" теплообменник 3 и в результате теплообмена с забортной водой охлаждается до 50-40^oС и направляется по каналу 15 в двигатель 1. Для исключения охлаждения наддувочного воздуха на долевых нагрузках до точки росы уменьшают количество поступления забортной воды в "холодный" теплообменник 3 с помощью электромагнитного клапана 13 от сигнала с блока управления.

Распределитель 7 с помощью исполнительного механизма 8 работает как трехпозиционный регулятор в зависимости от нагрузки и температуры наддувочного воздуха может занимать три режима:
1. Режим 1. Открыт "горячий" канал 4, закрыты каналы 5, 6.

2. Режим 2. Открыт "номинальный" канал 6, закрыты каналы 4, 5.

3. Режим 3. Открыт "холодный" канал 5, закрыты каналы 4, 6.

Устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха дизеля работает следующим образом.

После запуска двигателя 1 из турбокомпрессора 14 наддувочный воздух поступает в двигатель следующим образом. В электронный блок управления 16 поступает информация от датчиков температуры 12, датчика психрометра 10 и датчика нагрузки двигателя 11. В зависимости от нагрузки двигателя и температуры наддувочного воздуха устройство позволяет поддерживать требуемую его температуру на всех режимах работы двигателя. При этом:
1. Если температура наддувочного воздуха при работе двигателя на долевых нагрузках и холостом ходу, например Т_н.в.≤60^oС, электронный блок 16 подает сигнал на исполнительный механизм 8, который поворачивает распределитель 7 в положение "Режим 1". Тогда наддувочный воздух из турбокомпрессора 13 по каналу 21 через распределитель 7 и по каналу 4 поступает в "горячий" теплообменник 2, где подогревается до номинального значения и направляется по каналу 15 в двигатель 1.

2. Если при изменении нагрузки двигателя температура наддувочного воздуха становится номинальной, электронный блок 16 подает новый сигнал на исполнительный механизм 8, который поворачивает распределитель 7 в положение "Режим 2" и наддувочный воздух из турбокомпрессора 14 по каналу 21 через распределитель 7 и по каналам 6, 15 поступает в двигатель 1.

3. Если при изменении нагрузки двигателя до номинального значения и выше температура наддувочного воздуха становится выше номинальной, то электронный блок 16 подает сигнал на исполнительный механизм 8, который поворачивает распределитель 7 в положение "Режим 3". Тогда наддувочный воздух из турбокомпрессора 14 по каналу 21 через распределитель 7 по каналу 5 поступает в "холодный" теплообменник 3, где охлаждается до номинальной температуры, например до 40^oС и по каналу 15 направляется в двигатель 1.

При глубоком охлаждении наддувочного воздуха на долевых нагрузках до точки росы при его высокой влажности датчик психрометра 10 подает сигнал в электронный блок управления 16, а последний подает сигнал на электромагнитный клапан 13, который срабатывает и уменьшает подачу забортной воды в "холодный" теплообменник 3, что приводит к увеличению температуры наддувочного воздуха до номинального значения, т.е. температура наддувочного воздуха становится выше точки росы.

Таким образом, предлагаемое устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха позволяет поддерживать номинальную температуру на всех режимах работы двигателя, что позволяет увеличивать технико-экономические показатели двигателя.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 992765 по заявке 3329741/25-06, кл. F 01 p 3/22.

2. Авторское свидетельство СССР 676743 по заявке 2531651/25-06, кл. F 01 p 3/20.

3. Судовые двигатели внутреннего сгорания: Учебник /Ю.Я.Фомин, А.И.Горбань, А.И.Лукин и др. - Л.: Судостроение, 1989. - 344 с.: ил.

4. Вешкельский С.А. Справочник судового дизелиста. Вопросы и ответы. - Л.: Судостроение, 1990. - 368 с.: ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к системам охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя путем предотвращения конденсации влаги в теплообменнике и поддержания температуры наддувочного воздуха выше точки росы на частичных нагрузках работы двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит турбокомпрессор, подающий воздух через распределитель с тремя каналами подачи наддувочного воздуха в двигатель. Два канала соединены с двигателем через теплообменники, при этом один из них предназначен для охлаждения наддувочного воздуха и присоединен к каналам подвода и отвода забортной воды, а другой - для его подогрева и подсоединен к источнику подогрева. Согласно изобретению устройство дополнительно снабжено электрическим психрометром и его датчиком, установленными на канале подачи наддувочного воздуха в двигатель, а также электромагнитным клапаном, установленным на канале подачи забортной воды и электрическим исполнительным механизмом, подключенным к распределителю наддувочного воздуха и электрически связанным с электронным блоком управления. 1 ил.

Устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха, подаваемого в двигатель внутреннего сгорания, содержащее канал подачи наддувочного воздуха в двигатель, турбокомпрессор, связанный с распределителем воздуха, соединенным двумя каналами с двигателем через теплообменники, один из которых предназначен для охлаждения наддувочного воздуха и присоединен к каналам подвода и отвода забортной воды, а другой - для его подогрева и подсоединен к источнику подогрева, а третьим каналом распределитель соединен с каналом подачи наддувочного воздуха в двигатель, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено электрическим психрометром и его датчиком, установленными на канале подачи наддувочного воздуха в двигатель, электромагнитным клапаном, установленным на канале подачи забортной воды, и электрическим исполнительным механизмом, подключенным к распределителю наддувочного воздуха и электрически связанным с электронным блоком управления.