Устройство для прогрева и запуска двигателя внутреннего сгорания Советский патент 1982 года по МПК F02N17/04 

Изобретение относится к двигателестроенио, в частности к устройствам для разогрева и запуска двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, преимущественно дизельгенераторов при низких температурах атмосферного воздуха.

Известны устройства для предпускового прогрева и запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с воздушным охлаждением, снабженного воздуховпускным коллектором, содержащие пусковой газотурбинный двигатель (ГТД) с выхлопным патрубком, распределитель для поочередного сообщения патрубка с коллектором и атмосферой, и газопровод между распределителем и коллектором, подключаемый к последнему посредством заслонки для их поочередного перекрытия, в известном; устройстве в качестве пускового ГТД использован наддувочный турбокомпрессор, дополненный камерой сгорания, размещенной в тракте между компрессором и турбиной, и гидромуфтой, соединенной с валами ГТД и ДВС. При работе известного устройства в режиме прогрева выхлопные газы из ГТД через распределитель, заслонку и впускной коллектор направляются в цилиндры ДВС и в кожух снаружи цилиндров, а запуск осуществляется путем наполнения гидромуфты маслом и постепенной раскрутки вала ДВС от вала ГТД. После запуска масло из гидромуфты сливают, отключают/подачу топлива в камеру сгорания, а распреде.питель и заслонку устанавливают в положения, обеспечиваюпше работу тур10бокомпрессора в режиме наддува ij .

Одним из недостатков известного устройства является низкая эффективность предпускового прогрева в случае его применения на двигателях с

15 жидкостным охлаждением. Это связано с невозможностью прогрева всей охлаждающей двигатель жидкости ввиду отсутствия ее принудительной циркуляции и, кроме того, относительно

20 малой поверхности(теплообмена.

Другой недостаток состоит в низкой эффективности процесса запуска ДВС, так как используекалй для запуска .одновальный ГТД с гидромуфтой имеет 25 неудовлетворительную тяговую характеристику, не обеспечивающую повышения крутящего момента при трогании и разгоне двигателя.

Цель изобретения - повышение эф30фективности прогрева и запуска при низких температурах двигателей внутреннего сгорания с жидкостным охлаждением, в особенности ДВС с наддувом и промежуточным охлаждением наддувоч ного воздуха в специальном воздухоох ладителе . Поставленная цель .достигается тем что в газопроводе размещен газовый водонагреватель, снабженный электроприводным насосом и сообщенный с сис темой охлаждения ДВС через обратный клапан, а пусковой ГТД снабжен свободной турбиной и соединенным с ее валом вспомогательным электрогенератором, выполненным с подвижным контактом, связанным с распределителем и обеспечивающим переключение питани электропривода насоса и силового генератора, причем распределитель и за слонка соединены кинематической, связью для синхронного их перемещения. Кроме того, для ускорения прогрева путем дополнительного увеличения поверхности теплообмена в охладителе наддувочного воздуха размещены трубопроводы системы охлаждения ДВС, а заслонка установлена перед охладителем. На фиг.1 дана схема устройства для прогрева и запуска двигателя внутреннего сгорания} на фиг.2 - схема управления устройства для прогрева и запуска ДВС. Устройство содержит пусковой ГТД предназначенный для прогрева и запус ка ДВС 2, соединенного с силовым эле трогенератором 3 и снабженного возду ховпускным коллектором 4 с установленными в нем наддувочным компрессором 5 и охладителем 6 наддувочного воздуха. Пусковой ГТД 1 содержит сво бодную турбину 7, выхлопной па.трубок 8, который сообщен с коллектором 4 при помощи газопровода 9, сообщаемого с коллектором 4 посредством заслонки 10 для их поочередного перекры тия. Между патрубком 8 и газопроводо 9 установлен распределитель 11 для поочередного сообщения патрубка 8 с коллектором 4 и атмосферой. В газопроводе 9 помещен газожидкостной теп лообменник 12, сообщенный с трубопро водами 13 системы охлаждения ДВС при помощи электроприводнрго насоса 14 и обратного клапана 15, С валом свободной турбины 7 соединен вспомогательный электрогенератор 16, поочередно подключаемый к электроприводу насоса 14 и к силовом электрогенератору 3 посредством подвижного контакта 17, связанного с ра пределителем 11 и заслонкой 10, например/ кинематической связью, обеспечивающей их синхронное перемещение Пусковой ГТД 1 содержит турбокомпрессор 18 (фиг,2),соединенный г эп&к тростартером 19 через обгонную муфту 20 , и топливный насос 21 для подачи топлива в камеру 22 сгорания. Регулирование производительности насоса 21 осуществляется рукояткой 23, а его отключение - краном 24, управляемым, например, от регулятора 25, соединенного с валом ДВС 2. Рукоятка 23 имеет два положения, одно из которых (I) соответствует режиму прогрева ДВС, а другое (И ) режиму его запуска. Устройство содержит также электроаккумулятор 26 для пуска ГТД 1, подключаемый к электростартеру 19 кнопкой 27, привод распределителя 11, выполненный, например, в виде тягового Электромагнитного реле 28, и электрические цепи 29 - 31, снабженные полупроводниковыми вентилями 32 и разъединителем 33, связанным с рукояткой 23. Кроме того, в газопроводе 9 (фиг.1) установлены дроссель 34 для регулирования мощности свободной турбины 7 и кран 35 для перепуска выхлопных газов из теплообменника 12 непосредственно в атмосферу в случае использования предлагаемого устройства для прогрева четырехтактных ДВС, в которых отсутствует период одновременного открытия впускных и выпускных клапанов. Устройство работает следующим образом. Для осуществления режима предпускового- прогрева ДВС рукоятка 23 (фиг,2) устанавливается в положение 1. При этом разъединитель 33 замыкает контактные цепи 31, и ток от электроаккумулятора 26 подается на тяговое реле 28, которое перемещает распределитель 11 и связанные с ним заслонку 10 и контакт 17 в положения, обозначенные на чертежах сплошными линиями. Затем с помощью кнопки 27 включается в работу электростартер 19, от которого производится запуск ГТД 1. При работе устройства в режиме прогрева ток от вспомогательного электрогенератора 16, приводимого во вращение свободной турбиной 7, по цепи 31 подводится к тяговому реле 28, удерживая его в показанном на фиг,2 положении, и, кроме того, через контакт 17 по цепи 29 - к электроприводу насоса 14, который осуществляет циркуляцию охлаждающей жидкости через теплообменник 12 (фиг,1). Нагрев жидкости в теплообменнике 12 обеспечивается теплом поступающих в него из пускового ГТД 1 выхлопных газов, которые затем подводятся через впускной коллектор 4 в цилиндры ДВС 2, откуда отводятся в атмосферу. Для ускорения прогрева охлаждающей жидкости .поверхность теплообмена между жидкостью и газами может быть дополнительно увеличена за счет использования поверхности охладителя 6 наддувочного воздуха. Это достигается, во-первых, путем установки заслонки 10, предназначенной для подключения газопровода к коллектору 4 непосредственно перед охладителем 6, и, во-вторых, сообщением жидкостного контура охладителя с системой охлаждения двигателя (фиг.1). : Режим запуска ДВС обеспечивается путем перевода рукоятки 23 (фиг.2) в пуЬковое положение II . При этом увеличивается подача топлива в камеру 22 сгорания, и. разъединитель 33 размыкает цепь 31, вследствие чего тяго вое реле 28 обесточивается. Под действием возвратной пружины сердечник реле 28 перемещается влево, переставляя распределитель 11, заслонку 10 и контакт 17 в положения, обозначенные пунктиром. При этом выхлопные га зы пускового ГТД 1 из патрубка 8 направляются в атмосферу, минуя теплообменник 12 и ДВС 2, впускной коллек тор 4 сообщается с наддувочным компрессором 5, а ток вспомогательного электрогенератора 16 через контакт 1 и вентили 32 подводится к пусковым обмоткам силового электрогенератора 3, работающего при запуске ДВС в режиме электродвигателя. Благодаря уменьшению гидравлического сопротивления газовыпускного тракта ГТД 1 и увеличению подачи топ лива в его камеру 22, мощность вспомогательного электрогенератора 16 резко возрастает до величины, достаточной для раскрутки и запуска ДВС 2 После запуска и выхода ДВС на режим устойчивого холостого хода регулятор 25 (фиг.2) перекрывает кран 24, OTf ключая подачу топлива в пусковой ГТД 1, в результате чего последний останавливается. Предлагаемое устройство позволяет увеличить поверхность теплообмена пу тем использования добавочного теплообменника и поверхности воздухоохладителя, интенсифицировать процесс теплопередачи за счет введения принудительной циркуляции, охлаждающей жидкости и, кроме того, поднять крутящий момент на валу ДВС при его тро гании с места и разгона, т.е. повысить эффективность прогрева и запуска. Формула изобретения Устройство для прогрева и запуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) с жидкостной системой охлаждения, содержащее пусковой газотурбинный двигатель (ГТД) с выхлопным патрубком, в котором установлен распределитель для поочередного его сообщения с атмосферой и газовпускным коллектором ДВС, снабженным охладителем надцувошгог о воздуха, силовой электрогенератор, соединенныйс валом ДВС, и газопровод с заслонкой, размещенный между распределителем и коллектором ДВС, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности прогрева и запуска при низких температурах, в газопроводе размещен газовый водонагреватель, снабженный электроприводным насосом и сообщенный с системой охлаждения ДВС через обратный клапан, а пусковой ГТД снабжен свободной турбиной и соединенным с ее валом вспомогательным электрогенератором, выполненным с подвижным контактом, связанным с распределителем и обеспе чивающим переключение питания электропривода насоса и силового генератора, причем распределитель и заслонка соединены кинематической связью для синхронного их перемещения. 2. Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что в охладителе наддувочного воздуха размещены трубопроводы системы охлаждения ДВС, а заслонка установлена перед охладителем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 270393, кл. F 02JN 17/04, 1970.