Устройство для повышения эффективности агрегата наддува силовой установки танка Российский патент 2025 года по МПК F02B37/10 F02D23/00 

Изобретение относится к агрегатам турбонаддува двигателей внутреннего сгорания и позволяет повысить их эффективность.

Известна система (Патент на полезную модель RU № 201108 МПК F02B 37/18, F02B 37/18, опубликовано 27/11/2020), содержащая двигатель внутреннего сгорания с впускным и выпускным коллекторами, заслонку отвода отработавших газов, канал отвода отработавших газов, приводной турбокомпрессор, состоящий из турбины, компрессора и механизма размыкания вала турбокомпрессора, выполненного в виде обгонной муфты, электронный блок управления, электрогенератор, накопитель электрической энергии, электродвигатель, редуктор, обгонную муфту, механическую передачу, датчик частоты вращения коленчатого вала и датчик положения.

Недостатками данной системы является температурная чувствительность электродвигателя, необходимость установки на военные гусеничные машины аккумуляторных батарей большей емкости, либо дополнительной аккумуляторной батареи, проблема энергобезопасности из-за высоких пусковых токов.

Известна система (Патент на полезную модель RU №101093 МПК F02B 37/04, F02B 37/14, опубликовано 10.01.2011), содержащая двигатель внутреннего сгорания, турбину, компрессор, воздушный фильтр, соединенный через воздуховод с компрессором, глушитель, соединенный через выпускной трубопровод с турбиной, перепускной клапан канала отработавших газов, ресивер отработавших газов, в котором происходит аккумулирование энергии отработавших газов, перепускной клапан ресивера, односторонний клапан, установленный в перепускном канале сжатых газов с ресивера на турбину и блок управления перепускными клапанами.

Недостатком данной системы является наличие в ее составе ресивера отработавших газов достаточно большого объема. Силовая установка с данной системой имеет низкие показатели по габаритной мощности, вследствие чего затруднено ее применение на военных гусеничных машинах.

Из изученных аналогов в качестве прототипа принято устройство для разгона ротора турбокомпрессора силовой установки танка (Патент на изобретение RU № 2784830 МПК F02B 37/10, F02D 23/00, опубликовано 30/11/2022), содержащее турбину, приводимый ею компрессор, вал, вращающийся на подшипниках и с установленными на нем и жёстко закрепленными шпоночным соединением колесами турбины, компрессора и турбиной Пельтона, герметичный корпус гидравлического привода, винтовым соединением жестко и герметично соединённый с корпусом турбины и корпусом компрессора, форсунки, установленные по периметру герметичного корпуса, крепящиеся в нем резьбовым соединением, соединенные между собой масляным каналом, регулировочную заслонку, крепящуюся винтами к герметичному корпусу и выполненную с возможностью управления от электронного блока управления по сигналу от датчика положения педали акселератора и датчика частоты вращения коленчатого вала, сливное устройство, винтовым соединением жестко крепящееся в нижней части герметичного корпуса.

Недостатком данной конструкции является низкая эффективность, обусловленная:

- увеличением момента инерции вала вследствие наличия жесткой связи между турбиной Пельтона и валом турбокомпрессора;

- инерционностью процесса подачи масла на лопатки турбины Пельтона (запаздыванием момента начала формирования струи форсункой относительно момента воздействия на исполнительный механизм - регулировочную заслонку). Данный эффект вызван тем, что на заполнение масляного канала, соединяющего между собой регулировочную заслонку и форсунку, требуется определенное время и, в конечном итоге, это приводит к недостаточно быстрому увеличению скорости вращения турбины.

Техническим результатом заявляемого предложения является повышение эффективности работы турбокомпрессора за счет снижения момента инерции вала при установившемся режиме, а также устранения инерционности процесса подачи рабочей жидкости на лопатки турбины Пельтона при режиме разгона.

Предложение поясняется чертежами, где на фиг. 1 и 2 изображена принципиальная схема устройства для повышения эффективности агрегата наддува силовой установки танка.

Предлагаемое устройство для повышения эффективности агрегата наддува силовой установки танка содержит: турбину 1, приводимый ею компрессор 2, вал 3, вращающийся на подшипнике 4 и с установленными на нем и жёстко закрепленными колесом турбины 1, колесом компрессора 2 и обгонной муфтой 5, турбину Пельтона 6, установленную на обгонной муфте 5, герметичный корпус 7 гидравлического привода с выполненной в нем полостью 8, полноструйные форсунки 9 с электромагнитным клапаном, установленные по периметру герметичного корпуса 7 (см. фиг. 2), соединенные гидравлическими трубками с полостью 8 и выполненные с возможностью управления от электронного блока управления 10 по сигналу от датчика положения педали акселератора 11 и датчика частоты вращения коленчатого вала 12, сливное устройство 13, выполненное в нижней части герметичного корпуса 7, бак 14 рабочей жидкости, соединенный гидравлической трубкой со сливным устройством 13, насос высокого давления 15, соединенный гидравлическими трубками с баком 14 и полостью 8, редукционный клапан 16, крепящийся винтовым соединением в герметичном корпусе 7 гидравлического привода.

Предлагаемое устройство для повышения эффективности агрегата наддува силовой установки танка работает следующим образом.

Насос 15 высокого давления забирает рабочую жидкость из бака 14 и нагнетает в полость 8, которая обеспечивает необходимый запас рабочей жидкости под оптимальным давлением и является общей для всех полноструйных форсунок 9 с электромагнитным клапаном. Электронный блок управления 10 регулирует производительность насоса 15 высокого давления по мере расхода рабочей жидкости в полости 8 и управляет работой электромагнитного клапана форсунок 9.

При разгоне танка, механик-водитель воздействует на педаль подачи топлива (увеличивает подачу топлива), сигнал от датчика положения педали акселератора 11 и от датчика частоты вращения коленчатого вала 12 поступает на электронный блок управления 10. После обработки электронным блоком управления 10, сигнал поступает на исполнительный механизм - электромагнитный клапан полноструйной форсунки 9. По сигналу от блока управления клапан открывается и сопло форсунки формирует реактивную струю рабочей жидкости на ковши турбины Пельтона 6, которая через обгонную муфту 5 передает крутящий момент на вал 3, что способствует сокращению времени разгона компрессора 2 до номинальных оборотов, позволяет повысить эффективность турбокомпрессора.

При прекращении воздействия механика-водителя танка на педаль подачи топлива или при установившемся режиме работы двигателя электромагнитный клапан полноструйной форсунки 9 по сигналу от электронного блока управления 10 закрывается, подача рабочей жидкости на ковши турбины Пельтона 6 прекращается. Наличие обгонной муфты 5, обеспечивает снижение момента инерции вала 3 в случае, когда он начинает вращаться быстрее турбины Пельтона 6.

Слив рабочей жидкости из герметичного корпуса 7 в бак осуществляется с помощью сливного устройства 13.

Таким образом, потребная частота вращения ротора турбокомпрессора двигателя танка в режиме разгона обеспечивается за счет кинетической энергии рабочей жидкости, преобразованной во вращение в турбине Пельтона 6, закрепленной через обгонную муфту 5 на одном валу с колесами турбины 1 и компрессора 2.

По сравнению с прототипом предлагаемое устройство для повышения эффективности агрегата наддува силовой установки танка позволяет повысить эффективность работы турбокомпрессора за счет снижения момента инерции вала при установившемся режиме, а также устранения инерционности процесса подачи рабочей жидкости на лопатки турбины Пельтона при режиме разгона.

Изобретение может быть использовано в агрегатах турбонаддува двигателей внутреннего сгорания. Устройство для повышения эффективности агрегата наддува содержит турбину (1), приводимый ею компрессор (2) и герметичный корпус (7) гидравлического привода с турбиной (6) Пельтона. Устройство содержит форсунки (9), электронный блок (10) управления, датчик (11) положения педали акселератора, датчик (12) частоты вращения коленчатого вала и сливное устройство (13). Корпус (7) гидравлического привода установлен между турбиной (1) и компрессором (2). Между турбиной (6) Пельтона и валом (3) установлена обгонная муфта. В корпусе (7) гидравлического привода выполнена полость (8), гидравлически связанная с редукционным клапаном (16), баком (14), форсунками (9), насосом (15) высокого давления. Насос (15) высокого давления выполнен с возможностью управления электронным блоком (10) управления. Технический результат заключается в снижении момента инерции вала при установившемся режиме и в устранении инерционности процесса подачи рабочей жидкости на лопатки турбины Пельтона при режиме разгона. 2 ил.

Устройство для повышения эффективности агрегата наддува, содержащее турбину, приводимый ею компрессор, герметичный корпус гидравлического привода с турбиной Пельтона, установленный между турбиной и компрессором, форсунки, электронный блок управления, датчик положения педали акселератора, датчик частоты вращения коленчатого вала, сливное устройство, отличающееся тем, что между турбиной Пельтона и валом установлена обгонная муфта, в корпусе гидравлического привода выполнена полость, гидравлически связанная с редукционным клапаном, баком, форсунками, насосом высокого давления, выполненным с возможностью управления электронным блоком управления.