Система для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания

Авторы патента:

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности, может использоваться в двигателях внутреннего сгорания с наддувом.

Система для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания содержит турбонагнетатель, имеющий компрессор с воздушной линией нагнетания, соединенной с камерой сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха, и приводную паровую турбину, в нижней части испарительного теплоаккумулирующего агрегата, расположенного в выпускном коллекторе, выполнены отверстия, в которые установлены форсунки, соединенные с водяным насосом. В систему дополнительно введены расходомер воздуха, который установлен на входе компрессора, устройство регулирования наддува, блок управления подачей топлива и блок управления подачей воды, который состоит из дозатора - распределителя отработавших газов, водяного насоса, конденсатора паров воды, расходомера воды, водяного бака, двух сменных бустерных емкостей, одна из которых теплоизолирована, дозатора - распределителя воды и испарительного теплоаккумулирующего агрегата.

Предлагаемая система для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания позволяет повысить эффективность работы двигателя за счет сокращения времени переходных и неустановившихся режимов на 5-10%, снизить время разгона ротора турбокомпрессора в 1,5-2 раза, тем самым снизить токсичность отработавших газов в 2-3 раза, особенно на переходных режимах, и снизить удельный расход топлива двигателя на 3-5%.

Известна автономная система питания газообразным топливом двигателя внутреннего сгорания, содержащая топливную емкость, заполненную жидким углеводородным топливом, соединенную с поверхностным пиролитическим реактором, имеющим топливную полость и полость, подключенную к линии отработавших газов двигателя. Топливная полость реактора соединена со смесителем воздуха и образовавшихся продуктов пиролиза, который, в свою очередь, подключен к камерам сгорания двигателя. На топливной линии связи реактора со смесителем установлен закалочно-испарительный агрегат, имеющий водяную паровую полость, а внутри реактора на входе в топливную полость расположен смеситель паров топлива и воды, выходе водяной паровой полости агрегата соединен с паровым входом смесителя паров топлива и воды, а внутри полости реактора подключенного к линии отработавших газов размещен окислительный катализатор, при этом система снабжена устройством для наддува двигателя. Автономная система питания газообразным топливом двигателя внутреннего сгорания снабжена устройством для наддува двигателя. Устройство для наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащее турбонагнетатель, имеющий компрессор с воздушной линией нагнетания, соединенной с камерой сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха, и приводную паровую турбину, вход которой соединен с выходом водяной паровой полости закалочно-испарительного агрегата, а выход со смесителем

паров топлива и водяного пара (патент РФ 2120556, кл. F02В 43/00; 37/00, опуб. 20.10.98 БИ 29 (2ч.) авторы Блюмкин Л.Б. и др. «Автономная система питания газообразным топливом двигателя внутреннего сгорания и устройство для наддува двигателя этой системы»).

Недостатком данной системы является повышенное дымное сгорание и высокий удельный расход топлива на режиме разгона вследствие недостатка воздуха, ухудшение приемистости силовой установки из-за значительной инерции подвижных частей турбины и компрессора, сужение рабочего диапазона частот.

Известно устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее турбонагнетатель, имеющий компрессор с воздушной линией нагнетания, соединенной с камерой сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха, и приводную паровую турбину, вход которой соединен с выходом водяной паровой полости закалочно-испарительного агрегата, а выход со смесителем паров топлива и водяного пара, в него введен испарительный теплоаккумулирующий агрегат, содержащий корпус, в котором жестко установлены цилиндрические трубы, внешние и внутренние, поверхность внутренних труб выполнена оребренной, при этом пространство между внутренними и внешними трубами заполнено теплоаккумулирующим материалом, например, из сплава алюминия и кремния, причем в нижней части испарительного теплоаккумулирующего агрегата выполнены отверстия, в которые установлены форсунки, соединенные с водяным насосом, вход паровой турбины соединен с выходом паровой полости испарительного теплоаккумулирующего агрегата посредством трубопроводов, соединенных между собой патрубком, при этом испарительный теплоаккумулирующий агрегат расположен в выпускном коллекторе. (патент РФ 2293872, кл. F02М 37/12; 25/022, опуб. 20.02.2007,

БИ 5 (3ч.), авторы Заяц Ю.А. и др. «Устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания»).

Недостатком этого устройства является дымное сгорание и увеличение эффективного удельного расхода топлива вследствие недостатка воздуха, ухудшения приемистости силовой установки на переходных и неустановившихся режимах.

Данное устройство выбрано авторами в качестве прототипа.

Техническим результатом изобретения является снижение токсичности, повышение эффективности работы двигателя внутреннего сгорания на переходных и неустановившихся режимах, за счет уменьшения времени разгона ротора турбокомпрессора.

Технический результат достигается тем, что в известное устройство для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащая турбонагнетатель, имеющий компрессор с воздушной линией нагнетания, соединенной с камерой сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха, и приводную паровую турбину, вход которой соединен с выходом водяной паровой полости закалочно-испарительного агрегата, один из выходов которого соединен с испарительным теплоаккумулирующим агрегатом и является вторым его входом, выход паровой турбины соединен со смесителем паров топлива и водяного пара, в нижней части испарительного теплоаккумулирующего агрегата выполнены отверстия, в которые установлены форсунки, соединенные с водяным насосом, вход паровой турбины соединен с первым выходом паровой полости испарительного теплоаккумулирующего агрегата посредством трубопроводов, соединенных между собой патрубком, при этом испарительный теплоаккумулирующий агрегат расположен в выпускном коллекторе, дополнительно введены расходомер воздуха, который установлен на входе компрессора, устройство регулирования наддува, блок управления подачей топлива и блок

управления подачей воды, который состоит из дозатора - распределителя отработавших газов, водяного насоса, конденсатора паров воды, расходомера воды, водяного бака, двух сменных бустерных емкостей одна из которых теплоизолирована, дозатора - распределителя воды и испарительного теплоаккумулирующего агрегата, первый выход которого является первым выходом блока управления подачей воды, а второй его выход через первый вход дозатора - распределителя отработавших газов соединен с конденсатором паров воды, выход которого соединен с теплоизолированной бустерной емкостью, вода из которой по переливным трубам поступает в бустерную емкость и водяной бак, из которого водяным насосом через расходомер и первый вход дозатора-распределителя воды подается на первый вход испарительного теплоаккумулирующего агрегата, второй выход дозатора - распределителя воды соединен с закалочно-испарительным агрегатом и является четвертым выходом блока управления подачей воды, первый выход дозатора-распределителя отработавших газов соединен с первым входом смесителя паров топлива и водяного пара блока управления подачей топлива и является третьим выходом блока управления подачей воды, блок управления подачей топлива, состоит из расходомера топлива, смесителя паров топлива и водяного пара и дозатора топлива, вход которого через расходомер топлива соединен со вторым входом смесителя паров топлива и водяного пара, первый вход которого соединен с дозатором - распределителем отработавших газов блока управления подачей воды и является первым входом блока управления подачей топлива, а выход смесителя паров топлива и водяного пара соединен с закалочно-испарительным агрегатом и является первым выходом блока управления подачей топлива, устройство регулирования наддува, которое состоит из модуля регистрации, модулей анализа, контроля и принятия решений, модуля управления и модуля индикации, и датчиков частоты вращения и

крутящего момента двигателя, входы которых являются первым и вторым входом устройства регулирования наддува, а их выходы соединены с первым и вторым входами модуля регистрации, выход которого, в свою очередь, через модуль анализа, модуль контроля и принятия решений, модуль управления соединен с модулем индикации, второй выход модуля управления соединен с дозатором блока управления подачей топлива, являясь вторым входом блока управления подачей топлива, со вторым входом дозатора - распределителя воды и вторым входом дозатора -распределителя отработавших газов блока управления подачей воды, входы которых являются вторым входом блока управления подачей воды, причем третий, четвертый и пятый входы модуля регистрации устройства регулирования наддува являются третьим, четвертым и пятым входом устройства регулирования наддува и соединены с расходомером воздуха, вторым выходом расходомера блока управления подачей топлива, являясь вторым выходом блока управления подачей топлива, и со вторым выходом расходомера блока управления подачей воды, являясь вторым выходом блока управления подачей воды.

Введение в систему устройства регулирования наддува позволяет повысить эффективность работы двигателя внутреннего сгорания за счет сокращения времени переходных и неустановившихся режимов, блока управления подачей воды позволяет снизить время разгона ротора турбокомпрессора, тем самым снизить токсичность отработавших газов, а введение блока управления подачей топлива - снизить удельный расход топлива двигателя.

На фиг.1 представлена система для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания.

Система для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания состоит из: двигатель внутреннего сгорания - 1, смеситель продуктов пиролиза и воздуха - 2, турбонагнетатель - 3,

компрессор - 4, расходомер воздуха - 5, приводная паровая турбина - 6, блок управления подачей топлива - 7, дозатор топлива - 8, расходомер топлива - 9, смеситель паров топлива и водяного пара - 10, блок управления подачей воды - 11, бак для воды - 12, теплоизолированная сменная бустерная емкость - 13, бустерная емкость - 14, расходомер воды - 15, водяной насос - 16, дозатор - распределитель воды - 17, испарительный теплоаккумулирующий агрегат - 18, закалочно-испарительный агрегат - 19, патрубок - 20, дозатор - распределитель отработавших газов - 21, конденсатор паров воды - 22, устройство регулирования наддува двигателя внутреннего сгорания - 23; датчик частоты вращения - 24, измеритель крутящего момента 25, модуль регистрации - 26, модуль анализа - 27, модуль контроля и принятия решений - 28, модуль управления - 29, модуль индикации - 30.

Система для регулирования давления наддува работает следующим образом. В процессе работы двигателя 1, отработавшие газы, проходя по выпускному коллектору испарительного теплоаккумулирующего агрегата 18, нагревают находящийся в нем теплоаккумулирующий материал, в котором при нагревании происходит накопление тепловой энергии. На режиме разгона водяной насос 16 подает воду через дозатор - распределитель воды 17 блока управления подачей воды 11, на закалочно - испарительный агрегат 19, соединенный со смесителем продуктов пиролиза и воздуха 2 и на форсунки испарительного теплоаккумулирующего агрегата 18. Вода нагревается и превращается в пар, образовавшийся пар через трубопроводы и соединительный патрубок 20 поступает на паровую турбину 6. В результате повышается давление на входе паровой турбины, что соответствует повышению мощности турбины и более быстрому разгону турбокомпрессора 3. Часть отработавших газов через дозатор - распределитель отработавших газов 21 поступает на смеситель паров топлива и воды 10 блока

регулирования подачей топлива 7 и на конденсатор паров воды 22, где из отработавших газов конденсируется вода, которая направляется в теплоизолированную сменную бустерную емкость 13, откуда по переливным трубам поступает сначала в сменные бустерные емкость 14 и в водяной бак 12. Вода из бустерных емкостей может быть использована в системе охлаждения двигателя или для санитарно - гигиенических нужд.

На переходных режимах модуль регистрации 26 блока регулирования наддува двигателя 23 получает информацию от датчиков частоты вращения 24 и крутящего момента 25, расходомера топлива 9, соединенного со смесителем паров топлива и водяного пара 10, расходомера воды 15, установленного на входе водяного насоса 16 и расходомера воздуха 5, который установлен на входе компрессора 4, и передает ее на модуль управления 29 с последовательно соединенными модулями анализа 27, контроля и принятия решений 28, индикации 30. Причем, выход модуля управления 29 соединен с дозаторами -распределителями отработавших газов 21 и воды 17 и дозатором топлива 8.

Система для регулирования давления наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащая турбонагнетатель, имеющий компрессор с воздушной линией нагнетания, соединенной с камерой сгорания двигателя через смеситель продуктов пиролиза и воздуха, и приводную паровую турбину, вход которой соединен с выходом водяной паровой полости закалочно-испарительного агрегата, один из выходов которого соединен с испарительным теплоаккумулирующим агрегатом и является вторым его входом, выход паровой турбины соединен со смесителем паров топлива и водяного пара, в нижней части испарительного теплоаккумулирующего агрегата выполнены отверстия, в которые установлены форсунки, соединенные с водяным насосом, вход паровой турбины соединен с первым выходом паровой полости испарительного теплоаккумулирующего агрегата посредством трубопроводов, соединенных между собой патрубком, при этом испарительный теплоаккумулирующий агрегат расположен в выпускном коллекторе, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены расходомер воздуха, который установлен на входе компрессора, устройство регулирования наддува, блок управления подачей топлива и блок управления подачей воды, который состоит из дозатора-распределителя отработавших газов, водяного насоса, конденсатора паров воды, расходомера воды, водяного бака, двух сменных бустерных емкостей, одна из которых теплоизолирована, дозатора-распределителя воды и испарительного теплоаккумулирующего агрегата, первый выход которого является первым выходом блока управления подачей воды, а второй его выход через первый вход дозатора-распределителя отработавших газов соединен с конденсатором паров воды, выход которого соединен с теплоизолированной бустерной емкостью, вода из которой по переливным трубам поступает в бустерную емкость и водяной бак, из которого водяным насосом через расходомер и первый вход дозатора-распределителя воды подается на первый вход испарительного теплоаккумулирующего агрегата, второй выход дозатора-распределителя воды соединен с закалочно-испарительным агрегатом и является четвертым выходом блока управления подачей воды, первый выход дозатора-распределителя отработавших газов соединен с первым входом смесителя паров топлива и водяного пара блока управления подачей топлива и является третьим выходом блока управления подачей воды, блок управления подачей топлива, состоит из расходомера топлива, смесителя паров топлива и водяного пара и дозатора топлива, вход которого через расходомер топлива соединен со вторым входом смесителя паров топлива и водяного пара, первый вход которого соединен с дозатором-распределителем отработавших газов блока управления подачей воды и является первым входом блока управления подачей топлива, а выход смесителя паров топлива и водяного пара соединен с закалочно-испарительным агрегатом и является первым выходом блока управления подачей топлива, устройство регулирования наддува, которое состоит из модуля регистрации, модулей анализа, контроля и принятия решений, модуля управления и модуля индикации, и датчиков частоты вращения и крутящего момента двигателя, входы которых являются первым и вторым входом устройства регулирования наддува, а их выходы соединены с первым и вторым входами модуля регистрации, выход которого, в свою очередь, через модуль анализа, модуль контроля и принятия решений, модуль управления соединен с модулем индикации, второй выход модуля управления соединен с дозатором блока управления подачей топлива, являясь вторым входом блока управления подачей топлива, со вторым входом дозатора-распределителя воды и вторым входом дозатора-распределителя отработавших газов блока управления подачей воды, входы которых являются вторым входом блока управления подачей воды, причем третий, четвертый и пятый входы модуля регистрации устройства регулирования наддува являются третьим, четвертым и пятым входом устройства регулирования наддува и соединены с расходомером воздуха, вторым выходом расходомера блока управления подачей топлива, являясь вторым выходом блока управления подачей топлива, и со вторым выходом расходомера блока управления подачей воды, являясь вторым выходом блока управления подачей воды.