Двигатель внутреннего сгорания с наддувом Советский патент 1989 года по МПК F02B37/12 

ел

Изобретение позволяет повысить КПД двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Вал турбокомпрессора (ТК) 4 связан с обратимой гидравлической машиной 10, выпускной трубопровод 14 которой подключен к гидромотору 15 и выполнен с установленным в нем переключающим клапаном 30. К впускному трубопроводу 12 обратимой машины 10 через обратный клапан 29 подключен вспомогательный насос 27 с электромотором 26. Если ДВС 1 выполнен в виде мощного двухтактного дизеля, то при запуске, разгоне и на режимах с нагрузкой ниже ъ50% мощности блок управления 21 включает насос 27, переводит машину 10 на работу в режиме гидравлического двигателя и переводит клапан 30 в положение, при котором трубопровод 14 сообщается с каналом слива 31. Мощность гидравлического двигателя регулируется блоком управления 21. В зависимости от заданного давления наддува и/или частоты вращения вала двигателя при мощности выше ъ50% номинальной производится перевод машины 10 на работу в режиме насоса, отключение вспомогательного насоса 27 и перевод клапана 30 в положение, позволяющее использовать гидромотор 15. Машина 10 потребляет избыточную энергию турбины ТК и передает ее гидромотору, а тот одному из потребителей-электрогенератору, двигателю внутреннего сгорания или вспомогательному агрегату систем охлаждения и смазки. Блок управления, который может быть снабжен микропроцессором, согласовывает потребляемую мощность с параметрами двигателя. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

26

сн

3151

через обратный клапан 29 подключен вспомогательный насос 27 с электромотором 26. Если две 1 выполнен в виде мощного двухтактного дизеля, то при запуске, разгоне и на режимах с нагрузкой ниже 50% мощности блок 21 управления включает насос 27, переводит машину 10 на работу в ре;киме гидравлического двигател/i и переводит ,клапан 30 в положение, при котором трубопровод 14 сообщается с каналом 31 слива. Мощность гидравлического двигателя регулируется блоком 21 управления. В зависимости от заданного давления наддува и/или частоты вращения вала двигателя при мощности выше

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с наддувом по- средством турбокомпрессора-.

Цель изобретения - повышение КПД двигателя.

На фиг.1 приведена схема двигателя, турбокомпрессора и устройства для преобразования избыточной энергии отработавших газов; на фиг.2 - схема связи гидромотора с валом двигателя; на фиг.З - схема связи гидромотора с двигателем и схема подключения управляемой муфты к блоку управления, вариант; на фиг.4 - схема одновременной связи гидромотора с двигателем и гене ратором; на фиг.З - схема связи гид- роматора с одним из вспомогательных агрегатов систем охлаждения и смазки.

Двигатель 1 внутреннего сгорания, в частности мощный дизельный двига- тель, выполнен с газовыпускным 2 и наддувочным 3 коллекторами. К двигателю подсоединен турбокомпрессор 4, турбина 5 которого работает на отработавших газах двигателя и подключе- на к газовыпускному коллектору 2, а компрессор 6 подключен к надцувочно- му коллектору 3. Турбинное и компрессорное рабочие колеса расположены на общем валу 7, который не связан с при водным валом 8 двигателя.

Турбокомпрессор 4, работающий на отработавших газах, имеет столь высокий КПД, что энергия отработавших газов может оказаться больше той, кото- рая нужна дпя подачи в двигатель такого количества воздуха, которое необ- .ходимо для обеспечения оптимального коээфициента избытка воздуха по мень6

50% номинальной производится перевод машины 10 на работу в режиме насоса, отключение вспомогательного насоса 27

и перевод клапана 30 в положение, позволяющее использовать гидромотор 15. Машина 10 потребляет избыточную энергию турбины ТК и передает ее гидро- мотору, а тот одному из потребителей - электрогенератору, двигателю

внутреннего сгорания или вспомогательному агрегату систем охлаждения и смазки. Блок управления может быть снабжен микропроцессором, который согласовывает потребляемую мощность с параметрами двигателя. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

шей мере в верхнем диапазоне нагрузки; эта энергия может быть преобразована в механическую энергию при помощи соответствующего устройства.

С валом 7 турбокомпрессора 4 через редуктор 9 кинематически связана обратимая гидравлическая машина 10, сообщенная с резервуаром 11 для масла через впускной трубопровод 12, снабженный обратным клапаном 13, который пропускает масло только в направлении всасывания. Выпускной трубопровод 14 этой машины подключен к гидромотору 15. который сообщен своим сливом 16 с резервуаром 11. Гидромотор 15 может отдавать свою мощность потребителю.

На фиг. 1 показан пример, в котором единственным потребителем мощности является электрогенератор 17 Гидромотор в этом случае выполнен быстроходным.

На фиг.2 показан тихоходный гидромотор. Он связан с валом 8 двигате - ля 1 через управляемую муфту 18 и упругую муфту 19 гашения крутильных колебаний. Муфта 18 выполнена обгонной.

На фиг.З показан быстроходный гидромотор, который связан с валом двигателя через редуктор 20 и подключенную к блоку 21 управления управляемую муфту 22. В этом варианте муфта 22 также Может быть выполнена обгонной.

На фиг.4 показана схема связ11 электрогенератора с валом двигателя через редуктор 23 и с быстроходным гидромотором через муфту 22. Электро515

генератор 24 выполнен быстроходным. В этом случае, в зависимости от мощности гидромотора, либо уменьшается мощность двигателя 1, затрачиваемая на привод электрогенератора 2А, либо избыточная мощность гидромотора передается к валу 8 двигателя через включенную муфту 22. Между валом 8 двигателя и редуктором 23 установлена упругая муфта 19.

На фиг.5 в качестве потребителя мощности гидромотора показан агрегат 25, являющийся одним из вспомогательных агрегатов систем охлаждения и смазки, например, насос, вентилятор и т.п. В случае необходимости между этим агрегатом и гидромотором может быть установлен редуктор.

Во всех случаях, независимо от типа потребителя мощности, вьфабатывае- мой гидромотором 15, избыточная энергия отработавших газов преобразуется в механическую при нагрузках двигателя, превышающих 50% номинальной мощности.

Блок 21 управления содержит управляющее устройство, образованное ЭВМ, в частности микропроцессором, и регулирует передачу мощности от гидромотора на основе действительных значений рабочих параметров, измеряемых датчиками, такими как давление наддува Р. и/или температура отработавших газов Сд, и/или заданная величина наполнения Fg.

Одновременно перечисленные элементы позволяют использовать энергию двигателя внутреннего сгорания на режимах пуска и ускорения для разгона турбокомпрессора 4, в частности, если под двигателем подразумевается мощ- ньй двухтактовый дизель. Для этого предусмотрены дополнительные элементы, приводимые в действие, на тех режимах работы двигателя, на которых энергии отработавших газов недостаточно. Электромотор 26 привода вспомогательного насоса 27 связан с блоком 21 управления. Насос всасывает масло из резервуара 11 и подает через трубопровод 28 во впускной трубопровод 12 обратимой машины. В трубопроводе 28 установлен обратный клапан 29, пропускающий масло только в направлении впускного трубопровода. Переключающий клапан 30 выполнен с электрическим приводом, установлен в выпускном трубопроводе 14 обратимой ма6

ПИНЫ и снабжен каналом 31 слива. При перемещении переключающего клапана прерывается связь обратимой машины 10с гидромотором 15 и масло из трубопровода 14 сливается в резервуар по каналу 31 слива. Управление перемещением переключающего клапана осуществляется одновременно с включением электромотора 26, соответствует продолжительности включения электромотора н производится по параметрам Р и/или Fg и сигналу датчика частоты вращения приводного вала двигателя п . Блок 21 управления связан также с датчиком 32 давления масла во впускном трубопроводе 12 и датчиком 33 давления масла в выпускном трубопроводе.

Турбокомпрессор 4 выполнен с таким высоким КПД, что когда мощность двигателя превышает приблизительно 50% номинальной, турбина развивает известную мощность.

При более низких нагрузках и в тех случаях,когда не требуется дополнительный привод турбокомпрессора, производительность обратимой гидравлической машины с помощью блока управления устанавливается на нуль, т.е. подача устанавливается на минимальное значение. Для этого переключающий клапан перемещается в положение, при котором трубопровод 14 сообщается с каналом 31 слива. Обратимая ма- шина не эксплуатируется.

Вспомогательный насос 27 используется на мощном двухтактовом дизеле на режимах ускорения и пуска, когда не хватает энергии отработавших газов. Для этого во время пуска этого дизеля происходят следующие .процессы. Прежде всего посредством соответствующей команды от блока 21 управления приводится во вращение насос 27, нагнетающий масло по трубопроводу 12 в обратимую гидравлическую машину 10. Переключающий клапан 30 находится в положении, в котором трубопровод 14 подключен не к гидромотору 15. а сообщен с ка- налом 31 слива, в результате чего масло, нагнетаемое насосом 27, возвращается в резервуар 11. Кроме того, посредством блока 21 управления объ- ем обратимой машины устанавливается для эксплуатации ее в режиме двигателя с мощностью, зависящей от давления масла в трубопроводе 12, регистрируемого датчиком 32. Блок управления согласовывает давление масла в соответствии с величиной мощности, требуемой для вращения турбокомпрессора в режиме пуска двигателя 1. Как только турбокомпрессор А разгонится до требуемой частоты вращения, производят пуск мощного двухтактового дизеля любым известным способом с управляемой подачей сжатого воздуха.

Пуск четырехтактного дизеля может

быть осуществлен и без выполнения перечисленных операций. У мощного двухтактного дизеля обратимая машина продолжает работать в режиме двигателя примерно до 40% номинальной мощности. С увеличением мощности повьша- ется частота вращения турбокомпрессора и уменьшается объемный расход через машину 10, работающую, в режиме двигателя. Для регулирования расхода давление, зарегистрированное датчиком 32, преобразовывается в электрический сигнал, который сравнивается в блоке 21 управления с заданным значением. По разнице между измеренным и заданньм значениями производится изменение объема гидравлической машины. 10.

Как только мощность двигателя 1 внутреннего сгорания превысит примерно 50% номинальной мощности, выключают вспомогательный насос и перемещают управляющий клапан по команде от блока управления в зависимости давления наддува, соответствующего этой мощности и/или от частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания. Поток масла из обратимой машины 10 направляется в гидромотор 15 Обратимая машина начинает работать в режиме насоса. В тех случаях, когда оимеется управляемая муфта 22, она включается по сигналу блока 21 управления. В случае, если эта муфта выполнена обгонной, в виде муфты 18, она включается при соответствующем рассогласовании частот вращения вала гидромотора и вала двигателя. Вне зависимости от этого блок управления устанавливает такую объемную подачу машины 10 (в режиме насоса), чтобы давление, зарегистрированное датчиком 33, достигло заданного значения. Соответственно давлению наддува Р и/или температуре отработавших газов Т( и/или заданной величине наполнени F-. При этом значении давление в трубопроводе 14 устанавливается таким, чтобы каждой рабочей точке работы

двигателя с мощностью вьш1е приблизительно 50% номинальной избыточная мощность турбины 5 отбиралась обратимой машиной 10 в качестве насоса и передавалась гидромотору 15, который, в свою очередь, передавал бы ее подключенным потребителям: электрогенератору 17, приводному валу 8 двигателя внутреннего сгорания, одновременно приводному валу 8 двигателя внутреннего сгорания и электрогенератору 24 или агрегату 25.

Все указанные процессы меняются на обратные при уменьшении мощности двигателя внутреннего сгорания, например, из диапазона полной нагрузки в диапазон частичных нагрузок.

20 Формула изобретения

5

0

5

0

5

0

5

15

переключающим клапаном и датчиком дав- ления, дополнительно связан с датчиками температуры отработавших газов наполнения и частоты вращения и подсоединен к выключателю электромотора привода вспомогательного насоса, а ний подключен входом к резервуару и

к апаГ-е Г Д полнительньй обратный клапан - к впускному трубопроводу обратимой гидравлической машины.

и ущ.авляемую муфты и последняя под- coeipiHeHa к блоку управления.

Фиг. 2

6610

электрогенератор дополнительно кинематически связан с приводным валом двигателя через передачу с муфтой гашения крутильных колебаний.

Фие.З