Четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания с силовой турбиной

 

Изобретение относится к тепловым машинам и предназначено для транспортных четырехтактных комбинированных двигателей внутреннего сгорания с силовой турбиной. Четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания с силовой турбиной содержит цилиндр, поршень, крышку цилиндра, в которой размещены впускной, выпускной и перепускной клапаны, впускной, выпускной трубопроводы и расширительные машины высокого и низкого давления, соединенные трубопроводом, в выпускной трубопровод дополнительно установлен золотник, а двигатель снабжен системой управления, включающей первичный преобразователь импульсов по величине нагрузки, усилитель и исполнительный механизм, связанный с золотником. Изобретение обеспечивает повышение эксплуатационной экономичности путем регулирования количества перепускаемых газов, которые поступают на расширительную машину низкого давления, что позволяет получить заданную интенсивность продувки камеры сгорания при различных режимах нагружения транспортного двигателя. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области тепловых машин и предназначено для транспортных четырехтактных комбинированных двигателей внутреннего сгорания с силовой турбиной.

Известен комбинированный двигатель внутреннего сгорания (а. с. N 1760140, 1992 г. ), имеющий как минимум один цилиндр, содержащий впускной, выпускной, а также перепускной клапаны, расширительные машины высокого и низкого давлений, которые посредством трубопроводов связаны между собой, а также с цилиндром двигателя соответственно через выпускной и перепускной клапаны, и, кроме того, перепускной клапан снабжен устройством регулирования фаз его работы. Наличие такого устройства усложняет конструкцию двигателя и снижает его надежность.

Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение эксплуатационной экономичности двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в трубопровод, идущий на расширительную машину низкого давления от перепускного клапана, устанавливается золотниковое устройство регулирования расхода газа, что позволяет исключить из конструкции двигателя более сложный привод регулирования фаз работы перепускного клапана. Двигатель дополнительно снабжается системой управления, включающей первичный преобразователь импульсов по величине нагрузки двигателя, усилитель и исполнительный механизм, механически связанный с золотником и осуществляющий регулирование его проходного сечения.

Применение золотника вместо перепускного клапана, снабженного устройством изменения фаз его работы, упрощает конструкцию двигателя, а введение системы автоматического управления проходным сечением золотника в зависимости от нагрузки двигателя позволяет повысить его эксплуатационную экономичность за счет оптимизации интенсивности продувки камеры сгорания на режимах, близких к номинальной мощности.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - диаграмма фаз газораспределения, где а - впускной клапан, б - выпускной клапан, в - перепускной клапан, h - величина хода клапанов, ϕ - угол поворота коленчатого вала; на фиг. 3 - зависимость отношения давлений газов за цилиндром p_p и на входе воздуха в цилиндр p_int, а также удельного расхода топлива b_e от нагрузки двигателя при работе его по тепловозной характеристике.

Комбинированный двигатель содержит коленчатый вал 1, цилиндр 2, поршень 3, камеру сгорания (КС) 4, крышку цилиндра 5, в которой размещены впускной клапан 6, выпускной клепан 8, перепускной клапан 9, впускной трубопровод 7, выпускной трубопровод 10, перепускной трубопровод 11, расширительную машину высокого давления 12, компрессор 13, трубопровод низкого давления 14, расширительную машину низкого давления 15, механическую связь 16, тяговый генератор 17, муфту 18, первичный преобразователь импульсов по величине нагрузки двигателя 19, усилитель 20, управляющий канал 21, исполнительный механизм 22, золотник 23, функциональную связь 24.

Компрессор 13 связан впускным трубопроводом 7 через впускной клапан 6 с цилиндром 2. Камера сгорания 4 связана через выпускной клапан 8 и выпускной трубопровод 10 с расширительной машиной высокого давления 12, которая имеет механическую связь с компрессором 13 и газовую связь посредством трубопровода низкого давления 14 с расширительной машиной низкого давления 15. КС 4 через перепускной клапан 9 связана также перепускным трубопроводом 11 с расширительной машиной низкого давления 15, имеющей механическую связь 16 с коленчатым валом 1. Тяговый генератор 17 через муфту 18 соединен с коленчатым валом 1. В системе управления золотником 23 первичный преобразователь импульсов 19 через функциональную связь 24 соединен с усилителем 20, который посредством управляющего канала 21 связан с исполнительным механизмом 22. Исполнительный механизм 22 механически связан с золотником 23.

Устройство работает следующим образом.

По завершении в цилиндре 2 процесса сгорания и расширения газов открывается выпускной клапан 8 и осуществляется выпуск отработавших газов из цилиндра 2 в две фазы: сначала в выпускной трубопровод 10 на расширительную машину высокого давления 12, а в конце процесса выпуска, одновременно с закрытием выпускного клапана 8, открывается перепускной клапан 9 (фиг. 2), и газы поступают по перепускному трубопроводу 11 через золотник 23 на расширительную машину низкого давления 15, что гарантировано перепадом давления газов между КС 4 и трубопроводом низкого давления 14. Расширительная машина низкого давления 15, получая энергию от отработавших газов, посредством механической связи 16 передает ее на коленчатый вал 1, обеспечивающий вращение якоря тягового генератора 17. В конце второй фазы свободного выпуска отработавших газов и в начале такта впуска (фиг. 2) открывают впускной клапан 6 и одновременно с процессом наполнения цилиндра 2 воздухом продувают КС 4, направляя оставшиеся газы на расширительную машину низкого давления 15.

С целью регулирования процесса продувки для достижения оптимальных экономических показателей двигателя расход газа через перепускной трубопровод 11 изменяется посредством золотника 23, проходное сечение которого автоматически регулируется с помощью системы управления. При работе двигателя на частичных режимах нагружения со значением эффективной мощности P_e до ~70% P_{e ном} золотник 23 находится в закрытом положении и газы не перепускаются по трубопроводу 11 на расширительную машину низкого давления 15, при этом продувка КС 4 отсутствует, поскольку фазы работы газораспределительных клапанов "а" и "б" осуществляются без перекрытия. С момента увеличения P_e от 70% P_{e ном} золотник 23 открывается и его проходное сечение увеличивается пропорционально нагрузке двигателя, о величине которой судят по величине мощности тягового генератора 17. При этом величина мощности тягового генератора 17 контролируется первичным преобразователем импульсов 19, измеренное значение которой по функциональной связи 24 направляется в усилитель 20, где после преобразования и усиления получаемый управляющий импульс направляется по управляющему каналу 21 на исполнительный механизм 22, изменяющий проходное сечение золотника 23. Такой способ управления количеством перепускаемых газов из КС 4 на расширительную машину низкого давления 15 обеспечивает заданную интенсивность продувки КС в зависимости от режима нагружения двигателя по тепловозной характеристике.

Это обусловлено тем, что на режимах работы двигателя с P_e до 70% P_{e ном} организация излишней продувки КС, как известно, может вызвать ухудшение эксплуатационной экономичности двигателя. Экспериментально получено, что недостаточная интенсивность продувки КС на режимах работы двигателя с повышенным сопротивлением на выпуске в области значений P_e от ~70% P_{e ном} и до P_e = P_{e ном} (фиг. 3) (Хуциев А. И. Двигатели внутреннего сгорания с регулируемым процессом сжатия. - М.: Машиностроение, 1986. - 104 с., с. 25) также приводит к ухудшению эксплуатационной экономичности двигателя.

Формула изобретения

Четырехтактный комбинированный двигатель внутреннего сгорания с силовой турбиной, имеющий по крайней мере один цилиндр, содержащий поршень, крышку цилиндра, в которой размещены впускной, выпускной и перепускной клапаны, впускной, выпускной и перепускной трубопроводы и расширительные машины высокого и низкого давлений, соединенные трубопроводом, отличающийся тем, что в перепускной трубопровод дополнительно устанавливается золотник, а двигатель снабжается системой управления, включающей первичный преобразователь импульсов по величине нагрузки, усилитель и исполнительный механизм, связанный с золотником.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3