Силовая установка транспортного средства

 

Изобретение относится к силовым установкам транспортных средств. Цель изобретения - повышение экономичности установки путем использования кинетической энергии торможения транспортного средства. Силовая цепь связывает тяговые электродвигатели 1 с электрогенератором 2, который приводится во вращение двигателем 3 внутреннего сгорания. Двигатель 3 оснащен свободным турбокомпрессором наддува с турбиной 4 и компрессором 5. Вспомогательный нагнетатель 7 подключен параллельно основному компрессору 5 и выполнен с приводом от маховика 8. В режиме торможения транспортного средства тяговые электродвигатели 1 переводят в генераторный режим , выключателем 12 подключают к зажимам электродвигателя 9 и раскручивают маховик, а после торможения вновь подключают к электрогенератору 2. На переходных режимах, таких как тоогание с места и разгон, открывают заслонки 10 и 11 и вращаемый маховиком 8 вспомогательный нагнетатель 7 обеспечивает дополнительную подачу воздуха в систему воздухоснабжения двигателя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил. (Л Од о сд 4 Од Фиг. 1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3851678/25-06 (22) 04.02.85 (46) 30.09.86. Бюл. № 36 (71) Пензенское производственное объединение по дизелям и турбокомпрессорам

«Пенздизельмаш» (72) В. Г. Путилин (53) 621.43.052 (088.8) (56) Выложенная заявка ФРГ № 3100732, кл. F 02 С 6/12, опублик. 1982. (54) СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к силовым установкам транспортных средств. Цель изобретения — повышение экономичности установки путем использования кинетической энергии торможения транспортного средства

Силовая цепь связывает тяговые электродвигатели 1 с электрогенератором 2, кото„„Я0„„1260546 А1 (5)) 4 F 02 В 37 12 В 60 К 41/18 рый приводится во вращение двигателем 3 внутреннего сгорания. Двигатель 3 оснащен свободным тур боком прессором наддува с турбиной 4 и компрессором 5. Вспомогательный нагнетатель 7 подключен параллельно основному компрессору 5 и выполнен с приводом от маховика 8. В режиме торможения транспортного средства тяговые электродвигатели 1 переводят в генераторный режим, выключателем 12 подключают к зажимам электродвигателя 9 и раскручивают маховик, а после торможения вновь подключают к электрогенератору 2. На переходных режимах, таких как тпогание с места и разгон, открывают заслонки 10 и 11 и вращаемый маховиком 8 вспомогательный нагнетатель 7 обеспечивает дополнительную подачу воздуха в систему воздухоснабжения Е двигателя. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

1260546

Изобретение относится к транспортному машиностроению, а именно к силовым установкам транспортных средств.

Целью изобретения является повышение экономичности силовой установки путем обеспечения возможности использования кинематической энергии торможения транспортного средства.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема подключения тяговых электродвигателей к электродвигателю привода маховика; на фиг. 2 — вариант схемы для транспортного средства (тепловоза) с передачей постоянного тока и тяговыми электродвигателями сериесного возбуждения; на фиг. 3 — то же, смешанного или независимого возбуждения; на фиг. 4 — вариант схемы для тепловоза с передачей переменно-постоянного тока и с тяговыми электродвигателями сериесного возбуждения; на фиг. 5 — вариант включения асинхронного электродвигателя вспомогательного нагнетателя в силовую цепь тепловозов через статический преобразователь частоты (узел I на фиг. 2); на фиг. 6— вариант исполнения схемы в случае выполнения вспомогательного нагнетателя винтовым (узел II на фиг. 3).

Тяговые электродвигатели 1 подключены к электрогенератору 2, соединенному с двигателем 3 внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания оснащен свободным турбокомпрессором 4 наддува, компрессор 5 которого обеспечивает воздухоснабжение двигателя. Охлаждение наддувочного воздуха осуществляется в охладителе 6. Вспомогательная система подачи воздуха содержит вспомогательный нагнетатель 7 с приводом от.маховика 8, с которым связан электродвигатель 9 привода маховика. Вспомогательный нагнетатель 7 подключен параллельно основному компрессору 5 и выполнен с органом перекрытия впускного отверстия— поворотной заслонкой 10. При обычном режиме работы двигателя внутреннего сгорания заслонка 10 закрыта и маховик вращает нагнетатель 7 вхолостую, расходуя энергию лишь на потери в подшипниках, турбулизацию потока в нагнетателе и вентиляционные потери в самом маховике. Для снижения потерь на турбулизацию потока в нагнетателе 7 при отключенной (от двигателя) системе подачи воздуха в выпускном отверстии нагнетателя также установлен орган перекрытия — дополнительная заслонка 11.

Выключатель 12 служит для подключения электродвигателя вспомогательного нагнетателя к силовой цепи тяговых электродвигателей. Система дополнительного воздухоснабжения оснащена датчиком 13 частоты вращения маховика.

Согласно фиг. 2 к электрогенератору 2 через силовые контакторы 14 подключены тяговые электродвигатели 1, имеющие сериесные обмотки 15 возбуждения. Силовая цепь

55 снабжена тормозными резисторами 16 и тормозным переключателем 17. Электродвигатель 9 подключен к части одного из торможных резисторов 16. Электродвигатель 18 вентилятора тормозных резисторов подключен к части другого тормозного резистора 16.

В тяговых электродвигателях 1, подключенных к генератору 2 по схеме фиг. 3, кроме обмоток 15 последовательного возбуждения предусматриваются обмотки 19 независимого возбуждения, питаемые от отдельного возбудителя 20. Силовая цепь также снабжена тормозными резисторами 16 и тормозным переключателем 17. Электродвигатель 9 привода маховика подключен к части одного из тормозных резисторов 16. Электродвигатель 18 вентилятора тормозных резисторов подключен к части другого тормозного резистора 16 аналогично схеме на фиг. 2.

Схема подключения электродвигателя 9 по фиг. 4 не отличается от ранее описанных по фиг. 2 и 3..

Согласно фиг. 4 тяговые электродвигатели 1 присоединены к синхронному электрогенератору 21 через выпрямительную установку 22 со стороны постоянного тока через силовые контакторы 14. Тяговые электродвигатели 1 имеют сериесные обмотки 15 возбуждения. Силовая цепь снабжена тормозными резисторами 16, тормозным переключателем 17, двумя мотор-вентиляторами 18 с электродвигателями, используемыми для охлаждения тормозных резисторов.

Электродвигатель 9 привода маховика подсоединен параллельно электродвигателям 18. Перевод схемы из тягового режима в тормозной осуществляется тормозным переключателем 1?.

Так как цепь обмоток возбуждения имеет малое сопротивление, то для устойчивой работы генератора включены балластные резисторы 23.

На фиг. 5 показан вариант исполнения привода маховика в виде высокочастотного асинхронного двигателя 24 с питанием через статический преобразователь 25 частоты

Применение высокочастотного асинхронного двигателя позволяет выполнить непосредственное соединение электродвигателя с маховиком без применения повышающей передачи.

В связи с отсутствием разобщительных муфт в системе привода вспомогательного нагнетателя и резкого изменения частоты его вращения устройство по фиг. 5 позволяет применить винтовые нагнетатели (объемного типа), имеющие большие моменты инерции вращающихся роторов и сравнительно высокую частоту вращения.

На фиг. 6 показан вариант исполнения системы дополнительного воздухоснабжения с винтовым нагнетателем 26 и электродвигателем постоянного тока.

1260546 з

Привод винтового нагнетателя также может осуществляться высокочастотным асинхронным двигателем с питанием через статический преобразователь частоты аналогично приводу, показанному на фиг. 5.

Установка работает следующим обра5 зом.

В случае торможения транспортного средства по фиг. 1 тяговые электродвигатели переводят в режим генератора и выключателем 12 подключают к зажимам электродви гателя 9, при этом электродвигатель 9 раскручивает маховик 8 и происходит накопление кинетической энергии маховиком.

На переходных режимах двигателя, таких как трогание с места и разгон, заслонки 10 и 11 открывают и нагнетатель? подает воздух в двигатель за счет использования кинетической энергии маховика, накопленной в периоды торможения.

На разгон маховика может быть использована только часть энергии торможения gp транспортного средства, поэтому осуществляемый способ воздухоснабжения целесообразно использовать совместно с применением электрического тормоза.

Возможно торможение тяговыми -двигателями с помощью тормозных резисторов(реостатное торможение) или торможение путем передачи тормозной мощности первичному двигателю транспортного средства, приводящему во вращение электрогенератор (рекуперативное торможение).

При рекуперативном торможении транспортного средства с дизелем основная часть энергии от тяговых электродвигателей, обращенных в генераторы, передается генератору, обращенному в двигатель, вращающий дизель. При этом тормозная мощность используется для компенсации потерь в дизель-генераторе и для привода вспомогательных механизмов (в том числе и нагнетателя системы дополнительного воздухоснабжения), что позволяет уменьшить расход топлива. Рекуперативное торможение 4О может быть реализовано на транспортном средстве с передачей постоянного тока.

При реостатном торможении вырабатываемая тяговыми электродвигателями энергия поглощается в тормозных резисторах и 45 рассеивается в виде тепла, а частично используется для привода вентиляторной установки тормозных резисторов и других вспомогательных механизмов.

При торможении транспортного средства по фиг. 2 тяговые электродвигатели 1 отклю 50 чают от генератора 2 и соединяют попарно последовательно с тормозными резисторами 16. Обмотки возбуждения соединяют последовательно и питают от главного генератора.

Переключение осуществляют тормозным переключателем 17. Тормозное сопротивле. ние при торможении обычно остается неиз менным. Силу торможения изменяют посредством изменения возбуждения возбудителя или частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания.

В других аналогичных схемах каждый электродвигатель включают на отдельный тормозной резистор.

Чтобы уменьшить размеры и вес тормозных резисторов, применяется интенсивная их вентиляция. Электродвигатель вентилятора 18 питают от части тормозного резистора

16, используя при этом тормозную мощность. Кроме того, с увеличением мощности, рассеиваемой сопротивлениями, растет производительность вентилятора.

При торможении электродвигатель 9 питают от части тормозного резистора 16 аналогично электродвигателю вентилятора, при этом также с увеличением мощности, рассеиваемой сопротивлениями, растет мощность на привод маховика.

Согласно фиг. 3 генератор 2 остается включенным в цепь тяговых электродвигателей 1 при тормозном режиме. В силовой цепи не требуется переключения для присоединения обмоток возбуждения. Тормозные резисторы 16 при тяговом режиме замкнуты контакторами тормозного переключателя 17, которые в тормозном режиме разомкнуты.

Если электродвигатели имеют обмотки последовательного возбуждения, их целесообразно реверсировать, что может быть осуществлено реверсором.

При больших скоростях генератор 2 работает в режиме электродвигателя, компенсируя механические потери в двигателе внут. реннего сгорания, при этом расход топлива при торможении существенно снижается и при некоторых режимах может быть доведен до нуля.

При меньших скоростях. генератор переводится в генераторный режим. ЭДС генератора складывается из ЭДС тяговых электродвигателей, вследствие чего возможно реализовать при снижении скорости максимальную силу торможения. На тепловозах, имеющих передачу переменно-постоянного тока, также применяется реостатное торможение.

При торможении к тяговому синхронному генератору 21 через выпрямительную установку 22 со стороны постоянного тока подсоединяют обмотки 15 возбуждения тяговых электродвигателей 1. Якорь каждого электродвигателя 1 включают на отдельный тормозной резистор 16.

Питание обмотки возбуждения тягового генератора как в тяговом режиме, так и в режиме торможения происходит от синхронного возбудителя через управляемый выпрямитель. Это дает возможность при торможении плавно регулировать возбуждение тяговых электродвигателей в требуемых нреде1260546

Формула изобретения

10 лах (на фиг. 4 синхронный возбудитель и управляемый выпрямитель не показаны).

Система дополнительного воздухоснабжения может быть снабжена устройством подключения электродвигателя привода маховика к силовой цепи тепловоза для обеспечения первоначальной раскрутки маховика после запуска двигателя 3 и перед началом работы транспортного средства.

Как показано на фиг. 2, 3 и 4, при наличии электрического тормоза подключение электродвигателя привода маховика к силовой цепи не требует дополнительного оборудования и изменений в энергетической цепи тепловоза.

Система дополнительного воздухоснабжения (по типу вспомогательного нагнетателя и схеме его подключения к системе воздухоснабжения дизеля) может иметь некоторые варианты. Так, вспомогательный нагнетатель центробежного типа может быть подключен в систему воздухоснабжения двигателя параллельно или последовательно с основным. Маховик может быть выпонен в виде ротора асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой типа беличьей клетки, а катушки обмотки статора смонтированы на кожухе маховика.

Выполнение устройств по данному способу воздухоснабжения не требует разобщительных муфт, которые являются наиболее слабым звеном в системе привода.

Отсутствие разобщительных муфт в системе привода, резких сбросов или резкого увеличения частоты вращения позволяет применить винтовые нагнетатели (объемного типа), имеющие большие моменты инерции вращающихся роторов. Применение винтовых нагнетателей дает широкие возможности по применению различных схем подачи дополнительного воздуха. Подача воздуха при этом может осуществляться на лопатки центробежного компрессора турбоагрегата или в цилиндры двигателя перед началом сжатия.

Воздухоснабжение двигателя внутреннего сгорания предлагаемой силовой установки транспортного средства обеспечивает подачу дополнительного количества воздуха в периоды резкого увеличения нагрузки, что приводит к непосредственному увеличению коэффициента избытка воздуха в цилиндрах двигателя, а следовательно, обеспечи вает высокую экономичность переходных процессов.

t5

25 зо

Привод дополнительного -нагнетателя, реализуемый в предлагаемой установке, не требует отбора мощности от вала двигателя, а обеспечивается за счет использования аккумулированной в периоды торможения кинетической энергии транспортного средства, что дополнительно повышает КПД и эффективность транспортного средства.

1. Силовая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания, связанный с ним электрогенератор, подключенные к последнему при помощи силовой цепи тяговые электродвигатели, турбокомпрессор наддува, подключенный к впускному трубопроводу двигателя, вспомогательный нагнетатель наддува с приводом от маховика и электродвигатель привода маховика, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности путем обеспечения возможности использования кинетической энергии торможения, тяговые электродвигатели выполнены в виде обратимых электрических машин, и установка снабжена схемой подключения последних к электродвигателю привода м аховика при работе тяговых электродвигателей в режиме электрогенератора.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что силовая цепь снабжена тормозными резисторами, тормозным переключателем и схе. мой их соединения с тяговыми электродвигателями, причем схема подключения тяговых электродвигателей к электродвигателю привода маховика выполнена заодно со схемой соединения тормозных резисторов и тормозного переключателя с тяговыми электродвигателями с возможностью подключения электродвигателя привода маховика к части по меньшей мере одного из тормозных резисторов.

3. Установка по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что она снабжена статическим преобразователем частоты, причем электродвигатель привода маховика выполнен асинхронным и статический преобразователь частоты включен в схему подключения тяговых электродвигателей к электродвигателю привода маховика.

4. Установка по пп. 1 — 3, отличающаяся тем, что вспомогательный нагнетатель выполнен с органами перекрытия впускного и выпускного отверстий.

1260546

1260546

Редактор И. Рыбч енко

Заказ 5204 29

Составитель М. Файн

Техред И. Верес Корректор И. Эрдейи

Тираж 523 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г, Ужгород, ул. Проектная, 4