Двигатель внутреннего сгорания с наддувом

 

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.

СОЮЗ COBETCHHX

РЕСПУБЛИК,SU.„ I 51 (51) 4 F 02 В 37/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н AATEHTV

ГОСУДФРСТВЕННЬ1И КОМИТЕТ

f30 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4028104/25-06 (22) 11.09.86 (31) Р 3532938.6 (32) 14.09.85 (33) DE (46) 23.10.89. Вол. В 39 (71) М.А.H.-Б. унд В.Дизель ГМбх (DE) (72) Якоб Бухер (РЕ) (53) 621.43.052 (088.8) (56) Патент США У 4083188, кл.60-605, опублик. 1978.

2 (54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

С НАДДУВОИ (57) Изобретение позволяет повысить

КПД двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Вал турбокомпрессора (ТК) 4 связан с обратимой гидравлической машиной 10 выпускной трубопровод 14 который подключен к гидромотору 15 и выполнен с установленным в нем переключающим клапаном 30. К впускному трубопроводу 12 обратимой машины 10

3 151 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 507 мощности блок 21 управления 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

31 слива. Мощность гидравлического двигателя регулируется блоком 21 управления. В зависимости от заданного давления наддува и/или частоты вращения вала двигателя при мощности выше

7766

1О

50Х 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 s.ï.ô-лы, 5 ил.

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с наддувом посредством турбокомпрессора.

Цель изобретения — повышение КПД двигателя. 25

На фиг.1 приведена схема двигателя, турбокомпрессора и устройства для преобразования избыточной энергии отработавших газов; на фиг.2 — схема связи гидромотора с валом двигателя; О на фиг.3 — 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- 5 ратором; на фиг.5 — схема связи гидроматора с одним из вспомогательных агрегатов систем охлаждения и смазки.

Двигатель 1 внутреннего сгорания, в частности мощный дизельный двига- 40 тель, выполнен с газовыпускным 2 и наддувочным 3 коллекторами. К двигателю подсоединен турбокомпрессор 4, турбина 5 которого работает на отработавших газах двигателя и подключе- 15 на к гаэовыпускному коллектору 2, а компрессор 6 подключен к наддувочному 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, которая нужна для подачи в двигатель такого количества воздуха, которое необ,ходимо для обеспечения оптимального коээфициента избытка воздуха по меньшей 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.3 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 связщ электрогенератора с валом двигателя через редуктор 23 и с быстроходным гидромотором через муфту 22. Электро1517766 генератор 24 выполнен быстроходным.

В этом случае, н зависимости от мощности гидромотора, либо уменьшается мощность двигателя 1, затрачиваемая на привод электрогенератора 24, 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 качестне 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 ти-. па потребителя мощности, вырабатываемой гидромотором 15, избыточная энергия отработавших газов преобразуется в механическую при нагрузках двигателя, превышающих 50Х 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 tA и/или заданная величина наполнения F °

Одновременно перечисленные элементы позволяют использовать энергию дни гателя внутреннего сгорания на режимах пуска и ускорения для разгона тур бокомпрессора 4, в частности, если под двигателем подразумевается мощный 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 иэ резервуара 11 и подает через трубопровод 28 во нпускной трубопровод 12 обратимой машины. В трубопроводе 28 установлен обратный клапан

29, пропускакиций масло только в направлении впускного трубопровода. Переключающий клапан 30 выполнен с электрическим приводом, установлен в выпускном трубопроводе 14 обратимой машины и снабжен каналом 31 слива. При перемещении переключающего клапана прерынается связь обратимой машины

10 с гидромотором 15 и масло из трубопровода 14 сливается н резервуар по каналу 31 слива. Управление перемещением переключающего клапана осуществляется одновременно с включением электромотора 26, соответствует продолжительности включения электромотора и производится по параметрам Р и/или F и сигналу датчика частоты вращения приводного вала двигателя п . м

15 Блок 21 управления связан также с датчиком 32 давления масла во впускном трубопроводе 12 и датчиком 33 давления масла н выпускном трубопроводе.

Турбокомпрессор 4 выполнен с таким

20 высоким КПД, что когда мощность двигателя превышает приблизительно 507 номинальной, турбина развивает известную мощность.

При более низких нагрузках и в тех

25 случаях, когда не требуется дополнительный привод турбокомлрессора, производительность обратимой гидравлической машины с помошью блока управления устанавливается на "нуль, т.е.

3р подача устанавливается на минимальное значение. Для этого переключающий клапан перемещается в положение, лри котором трубопровод 14 сообщается с каналом 31 слива. Обратимая ма35 ш«a не эксплуатируется

Вспомогательный насос 27 используется на мощном днухтактоном дизеле на режимах ускорения и пуска, когда не хватает энергии отработавших газов. — 10 Для этого во время пуска этого дизеля происходят следующие процессы. Прежде всего посрЕдством соответствующей команды от блока 21 управления приводится но вращение насос 27, нагнетающий

45 масло ло трубопроводу 12 н обратимую гидравлическую машину 10. Переключающий клапан 30 находится в положении, н котором трубопровод 14 подключен не к гидромотору 15. а сообщен с ка5р налом 31 слива, в результате чего масло, нагнетаемое насосом 27, возвращает я в резервуар 11 ° Кроме того, посредством блока 21 управления объем обратимой машины устанавливается

55 для эксплуатации ее н режиме двигателя с мощностью, зависящей от давления масла н трубопроводе 12, ре гистрируемого датчиком 32. Блок управления согласовывает давление масла н соот1517766 ветствии с величиной мощности, требуемой для вращения турбокомпрессора в режиме пуска двигателя 1. Как только турбокомпрессор 4 разгонится до тре5 буемой частоты вращения, производят пуск мощного двухтактового дизеля любым известным способом с управляемой подачей сжатого воздуха.

Пуск четырехтактного дизеля может 10 быть осуществлен и без выполнения перечисленных операций. У мощного двухтактного дизеля обратимая машина продолжает работать в режиме двигателя примерно до 407 номинальной мощ- 15 ности. С увеличением мощности повышается частота вращения турбокомпрессора и уменьшается объемный расход через машину 10, работающую в режиме двигателя. Для регулирования расхода 20 давление, зарегистрированное датчиком 32, преобразовывается в электрический сигнал, который сравнивается в блоке 2 1 управления с заданным значением. По разнице между измеренным 25 и заданным значениями производится изменение объема гидравлической машины. 10.

Как только мощность двигателя 1 внутреннего сгорания превысит примерно 50Х 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 40 режиме насоса. В тех случаях, когда .имеется управляемая муфта 22, она включается по сигналу блока 21 управления. В случае, если эта муфта выполнена обгонной, в виде муфты 18, 45 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 эвачения, соответственно давлению наддува Р„ и/или температуре отработавших газов

Т и/или заданной величине наполнения

F . При этом значении давление в трубопроводе 14 устанавливается таким, чтобы каждой рабочей точке работы двигателя с мощностью выше приблизительно 507. 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 °

Формула изобретения

1. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий турбокомпрессор, турбина которого подключена к выхлопному коллектору отработавших газов двигателя, компрессор подачи наддувочного воздуха подключен к наддувочному ресиверу двигателя, а турбинное и компрессорное колеса расположены на общем валу, обратимую гидравлическую машину регулируемой мощности, кинематически связанную с валом турбокомпрессора, сообщенную с резервуаром через впускной трубопровод, снабженный обратным клапаном, и подключенную к выпускному трубопроводу, в котором установлен переключающий клапан, снабженный каналом слива в резервуар и органом задания положения, который связан с датчиком давления наддува и датчиками давления во впускном и выпускном трубопроводах, гидромотор, подключенный своим входом к выпускному трубопроводу обратимой гидравлической машины и сообщенный своим сливом с резервуаром, и вспомогательные агрегаты систем охлаждения и смазки, отличающийся тем, что, с целью повышения К1Щ, двигатель дополнительно снабжен датчиком температуры отработавших газов, датчиком наполнения и датчиком частоты вращения приводного вала двигателя, дополнительным обратным клапаном, вспомогательным насосом и электромотором с выключателем для привода насоса, причем орган задания положения переключающего клапана выполнен в виде блока управления, который включен между

1517766 10 переключающим клапаном и датчиком дав- 4. Двигатель по п.1, о т л и ч а— ления, дополнительно связ вязан с датчи- ю щ и и с я тем,что он снабжен электроками температуры от аботав ур р о ших газов, генератором и последний кинематичеснаполнения и частоты вращения и подсо- ки соединен с гидромотором. единен к выключателю электромотора при- - 5. ." в

Двигатель по п.4, о т л и ч а— вода вспомогательного насоса, а послед- ю шийся тем, что мелду электроний подключен входом к езе в р рвуару и генератором и гидромотором установлевыходом че еэ оп р д олнительныи обратный на отключаемая муфта, последняя подклапан к впускному трубопроводу 10 соединена к блоку управления, а обратимой гидравлической машины электрогенератор дополнительно кинематически связан с приводным валом дви2. Двигатель по п. 1 о о т л и ч а — гателя через передачу с муфтой гашею шийся тем тем, что блок управления ния крутильных колебаний. снабаен микропроцессором.

3. Двигатель по п.1, о т л и ч а— ю шийся тем, что гидромотор свя1 зан с валом двигателя через упругую и управляемую муфты и последняя подсое инена к блоку управления.

6. Двигатель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что гидромотор кинематически связан с одним иэ вспомогательных агрегатов систем охлаждения и

20 смазки.

Фиг. 3

1517766

Составитель М.Файн», фиаЮ э

Редактор А.Козооиз Техоед Ð «>< Корректор С.Черни

Заказ 6300 Тира к 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уигород, ул. Гагарина, 101