Силовая установка

 

Сущность изобретения: силовая установка состоит из двигателя внутреннего сгорания с агрегатами наддува, комплексом измерительных датчиков и исполнительных органов, управляемых от бортового вычислительного комплекса. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано в силовых установках военно-гусеничных машин.

Известны силовые установки, содержащие дизель с агрегатами наддува, включающими компрессор и турбину, размещенные на одном валу, имеющие газовые связи с дизелем, а также системы, обеспечивающие его работу [1] Недостатком таких силовых установок являются низкие динамические характеристики турбопоршневого двигателя (ТПД), что приводит к существенному увеличению времени разгона коленчатого вала, повышенному расходу топлива при резком перемещении педали подачи топлива.

Известны также силовые установки танков, содержащие двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с нагнетателем, механически связанным с коленчатым валом, подключенным входом к воздухоочистителю, а выходом к впускному трубопроводу двигателя [2] В связи с тем, что нагнетатель кинематически связан с коленчатым валом двигателя, это требует определенных затрат энергии на сжатие в нем воздуха, приводящее к повышенным расходам топлива. Кроме того, приводной нагнетатель подбирается таким образом, чтобы обеспечить необходимый расход воздуха через двигатель при работе последнего на режиме максимальной мощности. На всех остальных режимах работы согласование характеристик приводного нагнетателя и двигателя отсутствует.

Известно, что ВГМ эксплуатируются в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов, а также большую часть времени на неустановившихся (переходных) режимах, что свидетельствует о несоответствии расходных характеристик работы агрегатов наддува и двигателя. Это приводит к ухудшению энергетических, экономических и динамических качеств двигателя.

Целью изобретения является улучшение тягово-динамических и экономических качеств двигателя путем оптимального согласования расходных характеристик агрегатов наддува и двигателя на нерасчетных режимах.

Поставленная цель достигается за счет того, что силовая установка преимущественно ВГМ, содержащая двигатель внутреннего сгорания, нагнетатель, кинематически связанный с коленчатым валом и подключенный входом к воздухоочистителю, а выходом через воздушный канал к впускному трубопроводу, датчик частоты вращения коленчатого вала, снабжена управляемым редуктором, входной вал которого подключен к коленчатому валу двигателя, а выходной к приводному нагнетателю, свободным турбокомпрессором, входным патрубком, один конец которого связан с воздухоочистителем, а второй с компрессором, первым и вторым запорными органами с управляемыми приводами, воздушной магистралью, датчиками хода рейки топливного насоса и частоты вращения ротора турбокомпрессора, дроссельной заслонкой с приводом, размещенной во впускном трубопроводе, и бортовым вычислительным комплексом, связанным с датчиками соответственно хода рейки топливного насоса, частоты вращения ротора турбокомпрессора, а также с приводами соответственно первого и второго запорного органов и дроссельной заслонки, причем первый запорные орган размещен во впускном канале, второй во входном патрубке, а воздушная магистраль связана с одной стороны через первый запорный орган с выходом приводного нагнетателя и с другой через второй запорный орган с компрессором турбокомпрессора.

На чертеже представлена схема силовой установки.

Силовая установка содержит двигатель внутреннего сгорания 1 с топливным насосом 2 высокого давления, нагнетатель 3, связанный с коленчатым валом 4 двигателя и подключенный входом 5 к воздухоочистителю 6, а выходом 7 через воздушный канал 8 к впускному трубопроводу 9, датчик 10 частоты вращения коленчатого вала. Установка снабжена управляемым редуктором 11, входной вал 12 которого соединен с коленчатым валом двигателя 1, а выходной 13 с приводным нагнетателем 3, турбину 14 и компрессор 15, установленные на общем валу 16, входной патрубок 17, один конец которого связан с воздухоочистителем 6, а второй с компрессором 15, запорные органы 18 и 19 с управляемыми приводами 20, 21 соответственно, воздушную магистраль 22, датчики хода рейки 23 топливного насоса 2 и частоты вращения вала 16 турбокомпрессора, датчик 24, дроссельную заслонку 25 с приводом 26, размещенную во впускном трубопроводе 9, и бортовой вычислительный комплекс (БВК) 27, связанный с датчиками 10, 16, 23 и 24 и приводами 20, 21, 26 соответственно первого и второго запорных органов и дроссельной заслонки, причем первый запорный орган 18 размещен в воздушном канале 8, второй запорный орган 19 размещен во входном патрубке 17, а воздушная магистраль 22 связана с одной стороны через первый запорный орган 18 с выходом 7 приводного нагнетателя 3, и с другой через второй запорный орган 19 с компрессор 15 турбокомпрессора.

Силовая установка работает следующим образом.

При пуске двигателя работает только приводной нагнетатель 3, турбокомпрессор отключен. Это обеспечивается установкой переключателя режимов работы на БВК 27 в соответствующее положение. Вычислительный комплекс 27 подает управляющие сигналы на приводы 20, 21 и 26, которые запорными органами 18 и 19 соответственно перекрывают воздушную магистраль 22, патрубок 17, открывают воздушный канал 8 и дроссельную заслонку 25. В период пуска воздух из воздухоочистителя 6 поступает на вход 5 приводного нагнетателя 3, в котором под действием центробежных сил происходит сжатие воздуха и подача его через воздушный канал 8 во впускной трубопровод 9 и в цилиндры двигателя, обеспечивая хорошие пусковые качества.

При совершении марша, использовании танков в обороне, т.е. условиях, в которых требуется не более 20-60% максимальной мощности двигателя, минимальный расход топлива и не требуются высокие динамические качества необходимо установить переключатель режимов работы на БВК в требуемое положение. Тогда система управления отключит приводной нагнетатель 3 от коленчатого вала двигателя 1, вычислительный комплекс 27 выдаст управляющие сигналы на привод 26, который откроет дроссельную заслонку 25, и на приводы 20 и 21, которые запорными органами 18 и 19 соответственно перекроют воздушный канал 8, магистраль 22 и откроют воздушный канал 17. В этом случае из агрегатов наддува будет работать только турбокомпрессор, обеспечивая подачу необходимого количества воздуха в цилиндр двигателя с целью получения требуемого уровня эффективной мощности и минимального расхода топлива.

При выполнении боевых задач, совершении маневров на поле боя, при движении объекта в тяжелых доpожно-грунтовых условиях, т.е. там, где требуются высокие тяговые и динамические качества двигателя, его система наддува может работать в двух режимах по внешней характеристике (в период разгона) и на частичных режимах.

В период разгона танка рейка топливного насоса, как правило, находится "на упоре", обеспечивая максимальную подачу топлива в цилиндры, датчик 23 выдает сигнал на бортовой вычислительный комплекс 27. При этом нагнетатель 3 подключается к коленчатому валу двигателя 1, БВК 27 выдает управляющие сигналы на приводы 20, 21 и 26, которые устанавливают свои исполнительные органы соответственно 18, 19 и 25 таким образом, чтобы обеспечить последовательное сжатие воздуха. Первичное сжатие воздуха осуществляется приводным нагнетателем 3, после чего воздух поступает через открытый запорный орган 18 в магистраль 22, а затем через открытый запорный орган 19 на вход компрессора 15, где сжимается вторично и далее во впускной трубопровод 9, в котором находится открытая дроссельная заслонка 25. Это обусловливает получение максимальной мощности двигателя и высокие динамические качества объекта.

После разгона танка до определенной скорости, необходимой для выполнения боевой задачи и определяемой условиями движения, бортовой вычислительный комплекс 27 выдает управляющие сигналы на приводы 20, 21 и 26. При этом дроссельная заслонка 25 разделит впускной трубопровод 9 на две равные части, а запорные органы 18 и 19 занимают такое положение, при котором сжатый в нагнетателе 3 воздух поступает в первую половину трубопровода 9, а из компрессора 15 в другую половину. Выравнивание давлений воздуха во впускном трубопроводе 9 обеспечивается за счет установки дроссельной заслонки 25 в требуемое положение приводом 26.

Алгоритм работы комплекса 27 следующий. На всех режимах работы двигателя в блок обработки входных сигналов непрерывно поступают сигналы от датчиков 10, 23, 24 соответственно частоты вращения коленчатого вала, хода рейки топливного насоса, частоты вращения ротора турбокомпрессора. В этом же блоке они суммируются и суммарный сигнал поступает во второй блок (блок сравнения), где он сравнивается с эталонным сигналом, соответствующим определенному режиму работы двигателя (условиям эксплуатации, боевого применения танка) и устанавливается на БВК в положение "Марш" или "Бой". Если имеется разность между суммарным и эталонным сигналами, то вырабатываются управляющие сигналы, которые передаются к органам управления 20, 21 и 26 соответственно запорным органам 18, 19 и дроссельной заслонке 25.

Формула изобретения

СИЛОВАЯ УСТАНОВКА преимущественно военных гусеничных машин (танков), содержащая двигатель внутреннего сгорания с топливным насосом высокого давления и впускным трубопроводом, приводной нагнетатель, связанный с коленчатым валом двигателя и подключенный входом к воздухоочистителю, а выходом через воздушный канал к выпускному трубопроводу двигателя, и датчик частоты вращения коленчатого вала, отличающаяся тем, что она снабжена управляемым редуктором, входной вал которого подключен к коленчатому валу двигателя, а выходной - к приводному нагнетателю, свободным турбокомпрессором с турбиной и компрессором, установленными на роторе, входным патрубком, первый конец которого связан с воздухоочистителем, а второй - с компрессором, первым и вторым запорными органами с управляемыми приводами, воздушной магистралью, датчиками хода рейки топливного насоса и частоты вращения ротора турбокомпрессора, дроссельной заслонкой с приводом, размещенной во впускном трубопроводе, и бортовым вычислительным комплексом, связанным с датчиками соответственно хода рейки топливного насоса, частоты вращения коленчатого вала, частоты вращения ротора турбокомпрессора, управляемыми приводами соответственно первого и второго запорных органов и дроссельной заслонки, причем первый запорный орган размещен в воздушном канале, второй орган - во входном патрубке, а воздушная магистраль связана с одной стороны через первый запорный орган с приводным нагнетателем и с другой через второй запорный орган с компрессором турбокомпрессора.

РИСУНКИ

Рисунок 1