Силовая установка Советский патент 1982 года по МПК F02B37/00 F02D23/00 

(5) СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

I

Изобретение относится к области машиностроения, а именно двигателестроению и, в частности, к силовым установкам с двигателем внутреннего сгорания и с регулируемым турбонаддувом.

Известны силовые установки, содержащие двигатель внутреннего сгорания, соединенный с потребителем нагрузки турбокомпрессор наддува и вспомогательный мотор, соединенный с последним и снабженный регулятором оборотов, к исполнительному механизму которого подключен блок задания, связанный с задатчиками параметров наддувочного воздуха, числа оборотов и положения органа дозирования подаЧи топлива, причем потребитель нагрузки снабжен датчиком изменения нагрузки по времени, подсоединенным к исполнительному ме ханизму регулятора оборотов вспомогательного мотора 1.

Однако такие силовые установки обладают ограниченными возможностями по улучшению воздухоснабжения двигателя на частичных нагрузках и на переходных режимах, особенно при применении в них высокофорсированного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом. В этом случае турбокомпрессор, рассчитанный на работу с высоким давлением наддува

10 и расходом воздуха резко ухудшает свои показатели на малых нагрузках и переходных режимах из-за большой инерционности ротора турбокомпрес- , сора и особенностей характеристик

ts агрегатов наддува.

Известны также силовые установки, содержащие двигатель внутреннего сгорания, соединенный с потребите20лем нагрузки и снабженный задатчиком режима работы, воздушным ресивером и выхлопным коллектором, вспомогательный мотор, турбокомпрессор

наддува, соединенный с последним и пбдключенный через напорный трубопровод к воздушному ресиверу, турбонагреватель, подключенный через разъединительную муфту к ротору турбокомпрессора и сообщенный с выхлопным коллектором и с ресивером при помощи газоподводящего и воздухонапорного каналов с запорными органами, сблокированными между собой и с разъединительной муфтой, и сопловые аппараты турбин, установленные на турбокомпрессоре и турбонагнетателе 21 .

В таких силовых установках применяются нерегулируемые агрегаты наддува на двигателе, сжатие наддувочного воздуха происходит в одной ступени нагнетателя и отсутствуют устройства, сигнализирующие о режиме работы двигателя и задающие требуемый режим регулирования воздухоснабжения. Все это не Позволяет обеспечить требуемый характер протекания внешней скоростной характеристики высокофорсированного комбинированного двигателя и ограничивает возможности форсировки двигателя.

Целью изобретения является улучшение воздухоснабжения и характеристик высокофорсированного комбинированного двигателя внутреннего сгорания при его применении в силовой установке транспортного средства.

Указанная цель достигается тем, что установка дополнительно снабжена датчиком изменения нагрузки по времени, установленным на потребителе нагрузки, датчиком действительного значения коэффициента избытка воздуха, эталонным блоком задания коэффициента избытка воздуха и блоком .сравнения сигналов от датчиков действительного значения и эталонного блока, напорный трубопровод подсоединен к всасывающему отверстию турбонагнетателя через перепускной с заслонкой, сопловые аппараты турбин выполнены регулируемыми и подключены к датчику изменения нагрузки по времени и к блоку сравнения сигналов, а запорные органы и заслоька подключены к задатчику режима работы.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемой силовой установки; на фиг. 2 - схема двигателя внутреннего сгорания с газовоздушными трактами турбокомпрессора и турбонагнетателя на фиг.З экспериментальная зависимость-характеристика топливного насоса 5 В 4 (пд, h/; на фиг. 4 - экспериментальная зависимость - 1 (., Пд) ; на фиг. 5 - зависимости тепловозного дизельгенератора ЗД70 мощ-. ностью 000 л,с.при 1000 об/мин с

o системами газотурби+нного наддува (ГНТ).

Пунктиром на фиг. 5 показана штатная система ГТН; знаком система ГТН, когда работает один турбокомпрессор, при этом регулирование сопловое (до мощности Ne$0,.5 NCHONI ); знаком система ГТН, когда работают последовательно оба компрессора и газ-поступает в параллельно установленные газовые турбины, при этом регулирование последних сопловое.

Силовая установка содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, потребитель 2 нагрузки (например, генератор тока), задатчик 3 режима работы (позиционер), воздушный ресивер Ц, выхлопной коллектор 5, вспомогательный мотор 6, турбокомпрессор 7 наддува, подключенный через напорный трубопровод 8 ,и охладитель 9 наддувочного воздуха к воздушному ресиверу f, турбонагреватель 10, подключенный через разъединительную муфту 11 к ротору 12 турбоJ компрессора 7 и сообщенный с выхлопным коллектором 5 через газоподводящий канал 13, а с ресивером k - через воздухонапорйый канал 1 t и охладитель 15 наддувочного воздуха,

0 Ьопловые аппараты 16 и 17 турбин турбокомпрессора 7 и турбонагнетателя 10. В газоподводящем канале 13 и в воздухонапорном канале 1 установлены запорные органы 18-20.

5 Силовая установка содержит также датчик 21 изменения нагрузки по времени, установленный на потребителе 2 нагрузки, датчик 22 действительного значения коэффициента избытка

0 воздуха, эталонный блок 23 задания коэффициента избытка воздуха и блок 2Ц сравнения сигналов от датчика 22 действительного значения коэффициента избытка воздуха и эталонного блока 23. Напорный трубопровод 8 подсоединен к всасывающему отверстию 25 турбонагнетателя 10 через перепускной канал 2б, в котором установлена заслонка 27. Сопло вые аппараты 1б и 1 турбин выполнены регулируемыми и подключены к датчику 21 изменения нагрузкипо времени и к блоку сравнения сигналов через усилитель 28 и исполнительный механизм 29. Запорные органы 10-20 сблокированы между собой и с разъединительной муфтой -а также вместе с заслонкой 27 подключены к задатчику 3 режима работы через исполнительные механизмы 30-33. Работой вспомогательн го мотора управляет также исполнительный механизм 3, который снабж реле времени (не показано) и подсоединен также к задатчику 3 режим работы. Охладители -9 и 15 наддувоч ного воздуха выполнены состоящими из ряда секций, установленных в одном корпусе, и соединены воздушным ресивером k с цилиндрами 35 двигателя 7. Датчик 22 действительного значе ния коэффициента избытка воздуха подключен через делитель Зб к датч ку 37 давления наддувочного воздух и датчику 38 температуры наддувочного воздуха, установленными в напорном трубопроводе В, а также через функциональный преобразователь 39 к измерителю 40 частоты вращени коленчатого вала двигателя 1 и к регулятору 41 частоты вращения. Сигнал, выходящий из делителя З и поступающий в датчик 22, характеризует мгновенное значение весового заряда воздуха Ga, поступающе го в цилиндры 35 двигателя 1. В датчик 22 поступает также электрический сигнал от функционального преобразователя 39, характеризующий мгновенное значение цикловой подачи топлива ц. В функциональны преобразователь 39 заложена в мате матической форме характеристика топливного насоса данного конкретного двигателя (фиг. 3) В (пд, Ир, где 64 - часовой расход топлива; Пд - частота вращения коленчатого вала двигателя; hp - ход рейки топливного насоса. Таким образом, в датчик 22 поступают два сигнала, один из них пропорционален мгновенному значени весового заряда воздуха, а другой мгновенному.значению цикловой подачи топлива. В датчике 22 эти два сигнала преобразуются в сигнал, поступающий в блок 2 сравнения, пропорциональный мгновенному действительному значению коэффициента избытка воздуха с(цна цикл, В эталонном блоке задания коэффициента избытка воздуха вырабатывается сигнал, пропорциональный значению оптимального коэффициента избытка воздуха Р котором индикаторный КПД r)j двигателя 1 имеет максимальное Значение. Для этого в память, программного устройства, находящегося в эталонном блоке 23 заложена характеристика (фиг. k) двигателя li 1(пя,и.), определяющая для каждого скоростного режима двигателя 1, то значение , при котором индикаторный КПД ) имеет максимальное значение. В эталонный блок 23 поступает сигнал от задатчика 3 режима работы. Сигнал от блока 24 сравнения сигналов поступает в усилитель 28, в который поступает также сигнал от датчика 21, пропорциональный величине производной нагрузки NH по времени т : -| . Силовая установка работает следуЮ1цим образом. При запуске двигателя задатчик 3 режима работы (позиционер) устанавливается в такое положение,при котором вырабатывается сигнал для установки в определенное положение различных устройств двигателя 1. Запорный орган 18 устанавливается в положение, при котором все отработавшие газы поступают в турбокомпрессор 7 наддува. Заслонка 27 устанавливается в положение, при котором воздух из турбокомпрессора 7 поступает в трубопровод 8. Запорный орган 20 открыт, а орган 19 закрыт, что позволяет наддувочному воздуху поступать в охладители 9 и S, предотвращая поступление воздуха в воздухонапорный канал 1Ц, Муфта 11 разъединена. Вспомогательный мотор 6 включен и раскручивает ротор 12 турбокомпрессора 7. Включается подача топлива, двигатель запускается и отработавшие газы начинают поступать в выхлопной коллектор БИВ турбину турбокомпрессора 7. В период запуска двигателя 1 з датчик 3 режима работы не управляет работой программного устройства эталонного блока 23,

После запуска двигателя и перевода зада т чика 3 режима работы рукоятки позиционера на рабочие режимы под нагрузкой, программное устройство эталонного блока 33 получает информацию о задаваемом скоростном и мощностном режиме. Прикалкдом изменении положения задатчика 3 (перевод рукоятки позиционера) с режима 1eныueй мощности на режим большей мощности исполнительный механизм З с реле времени включает вспомогательный мотор 6, обеспечива этим подкрутку турбокомпрессора 7, увеличение давления наддува и улучшение протекания рабочего процесса в цилиндрах 35 двигателя 1.

После включения в работу программного устройства эталонного блока 23 оно выдает сигнал, пропорциональный заданному оптимальному значению коэффициента избытка воздуха опт, который, поступая на вход блока 24 сравнения, сравнивается с сигналом, поступающим от датчика 22, пропорциональным значению действительного коэффициента избытка воздуха в цилиндрах двигателя «,ц.я . Этот сигнал формируется датчиком 22 по сигналам, пропорциональным весовому заряду Ga и цикловой подачи топлива q,-.

Сигнал ошибки с блока 2Ц сравнения сигнала поступает на один из входов усилителя 28, который вместе с исполнительным механизмом 29 образуют следящее устройство, управляющее сопловыми аппаратами 16 и 17. По сигналу ошибки сопловые аппараты 16 и 17 устанавливаются в положение, обеспечивающее равенство значения опт Яц .

При изменении положения задатчика 3 режима работь. (при переводе позиционера ) на увеличение цикловой подачи топлива .з орный орган 18 занимает положение, при котором газы поступают в газовые турбины турбокомпрессора 7 и турбонагнетателя 10 муфта 11 соединена, воздух из турбокомпрессора 7 поступаетчерез перепускной канал 26 на вход компрессора турбонагнетателя 10 При этом заслонка 27 занимает положение (показано штриховыми линиями) , предотвращающее перетекание воздуха По напорному трубопроводу 8 на вход в охладитель 9. Из турбонагнетателя 10 воздух поступает в

охладители 9 и 15, а из них - в воздушный ресивер k двигателя 1 , при этом запорный орган 19 открыт, а орган 20 закрыт.

При резком увеличении нагрузки

на двигатель датчик 21 изменения нагрузки по времени, соединенный с усилителем 28,- независимо от сигнала, поступающего от блока 2k сравнения сигналов, управляет рабо-,

той исполнительного механизма 29, увеличивая, как быстродействие системы, так и ее интенсивность.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволит улучшить

воздухоснабжение и характеристики двигателя внутренного сгорания при установке его в силовой установке транспортного средства. Это обеспечивается применением датчиков, следящих за измерением нагрузки и выдающих сигнал на исполнительные механизмы регулируемых сопловых аппаратов турбин, а также запорных органов и заслонки при переходе на двухступенчатый наддув.

Формула изобретения

Силовая установка, содержащая

двигатель внутреннего сгорания, соединенный с потребителем нагрузки и снабженный воздушным ресивером, выхлопным коллектором и задатчиком

режима работы, вспомогательный мотор, турбокомпрессор наддува, соединенный с последним и подключенный через напорный трубопровод к воздушному ресиверу, турбонагнетатель, подключенный через разъединительную муфту к ротору турбокомпрессора и сообщенный с выхлопным коллектором и с ресивером при помощи газоподводящего и воздухонапорного каналов ,с запорными органами, сблокированными между собой и с разъединительной муфтой, и сопловые аппараты турбин, установленные в турбокомпрессоре и турбонагнетателе отличающаяся тем, что,

с целью улучшения воздухоснабжения и характеристик двигателя, она дополнительно снабжена датчиком изменения нагрузки по времени, установленным на потребителе.нагрузки, датчиком действительного значения коэффициента избытка воздуха, эталонным блоком задания коэффициента избытка воздуха и блоком сравнения сигналов от датчика действительного значения и эталонного блока, напорный трубопровод турбокомпрессора подсоединен через перепускной канал с заслонкой к всасывающему отверстию турбонагнетателя, сопловые аппараты турбин выполнены регулируемыми и подключены к датчику изменения нагрузки по времени и к блоку сравнения сигналов, а запорные органы и заслонка подключены к задатчику режима работы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

(прототип).

/Я

S

N

f5

ai

H(MM)- ход (Ifunu otn упоре .3

//////Z 1.1 и 1.3 It 1.5 1,6 1.7 1,8 1,9 Фиг. 2.0 1.1 2.2 /,J

4l I

«

W-,

fti