Силовая установка транспортного средства

 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к силовым установкам с двигателями внутреннего сгорания, эксплуатируемым на транспортных средствах, преимущественно на тепловозах. Установка содержит двигатель внутреннего сгорания, турбокомпрессор, снабженный всасывающим и выхлопным патрубками и сообщенный с выпуклым и выпускным коллекторами двигателя, охладитель наддувочного воздуха с горячей и холодной полостями, контур циркуляции охлаждающего агента и компрессор тормозной системы. Контур циркуляции охлаждающего агента включает последовательно установленные испаритель, расширитель и холодильник. Компрессор тормозной системы выполнен с приводом от двигателя и снабжен входным патрубком, на котором установлен воздушный фильтр. Воздушный фильтр представляет собой корпус с нижней конусообразной частью, в которой находится конденсатоотводчик. В верхней части корпуса размещено суживающееся сопло с входным и выходным отверстиями. На внутренней поверхности сопла выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного до выходного отверстия. Перед выходным отверстием установлена отражательная перегородка. Задачей изобретения является снижение энергозатрат. 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к силовым установкам с двигателями внутреннего сгорания, эксплуатируемым на транспортных средствах, преимущественно на тепловозах.

Известна силовая установка транспортного средства (см. а.с. СССР, N 1312204, Мкл F 02 В 29/04, Бюл. N 21, 1987), содержащая двигатель внутреннего сгорания, турбокомпрессор, охладитель наддувочного воздуха и контур циркуляции охлаждающего агента, состоящий из испарителя, расширителя и холодильника, причем расширитель установлен во выпускной магистрали.

Недостатком установки является ухудшение условий эксплуатации при изменяющихся погодно-климатических воздействиях вследствие поступления всасываемого воздуха различной температуры как во впускной воздухопровод двигателя внутреннего сгорания, так и в компрессор тормозной системы.

Известна силовая установка транспортного средства (см. патент N 2008459, Россия, МПК 5 F 02 В 29/04, Бюл. N 4, 1994), содержащая двигатель внутреннего сгорания, турбокомпрессор, снабженный всасывающим и выхлопным патрубками и сообщенный с впускным и выпускным коллекторами двигателя, охладитель наддувочного воздуха c горячей и холодной полостями и контур циркуляции охлаждающего агента, включающий последовательно установленные испаритель, расширитель и холодильник, компрессор тормозной системы, выполненный с приводом от двигателя и снабженный входным патрубком.

Недостатком является снижение эффективности работы компрессора тормозной системы при высоковероятностном поступлении загрязнений во входной патрубок, обусловленных спецификой эксплуатации, например, тепловозов в сложных погодно-климатических условиях, особенно при туманах, дожде или метелях и снегопадах, когда наблюдается выброс из двигателя внутреннего сгорания газов с примесями копоти в атмосферу с последующим всасыванием ее во входной патрубок компрессора тормозной системы, что приводит к дополнительным энергозатратам на производство сжатого воздуха и обеспечение безопасности эксплуатации силовой установки в процессе перемещения транспортного средства.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение энергозатрат, обусловленных отбором приводом компрессора дополнительной мощности от двигателя при производстве сверхнеобходимого сжатого воздуха для тормозной системы, в количестве, определяемом величиной его расхода на продувку очищающих и регенерацию осушающих устройств, обеспечивающих нормализацию параметров пневмоэнергоносителя, поступающего к тормозной системе.

Технический результат достигается тем, что силовая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания, турбокомпрессор, снабженный всасывающим и выхлопным патрубками и сообщенный с впускным и выпускным коллекторами двигателя, охладитель наддувочного воздуха с горячей и холодной полостями и контур циркуляции охлаждающего агента, включающий последовательно установленные испаритель, расширитель и холодильник, компрессор тормозной системы, выполненный с приводом от двигателя и снабженный входным патрубком, на котором установлен воздушный фильтр, представляющий собой корпус с нижней конусообразной частью, в которой находится конденсатоотводчик, в верхней части корпуса размещено суживающееся сопло с входным и выходным отверстиями, при этом на внутренней поверхности сопла выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного до выходного отверстия, а перед выходным отверстием установлена отражательная перегородка.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема силовой установки транспортного средства; на фиг. 2 - воздушный фильтр компрессора; на фиг. 3 - развертка суживающегося сопла воздушного фильтра.

Установка состоит из двигателя внутреннего сгорания 1, сообщенного выпускным и впускным коллекторами с турбокомпрессорами 2 и 3, каждый из которых имеет всасывающий 4 и 5, и выхлопной 6 и 7 патрубки, компрессора 8 тормозной системы с входным патрубком 9, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания 1 и соединенного с питательной магистралью 10, холодильника 11, испарителя 12 с дросселем 13 и расширителя 14 с обратным клапаном 15, последовательно соединенных между собой трубопроводом 16 c регулирующим вентилем 17. При этом охладитель наддувочного воздуха представляет собой конструкцию, состоящую из двух полостей: горячей полости, соединенной с всасывающими патрубками 4 и 5 воздухопроводами 18 и 19, а с входным патрубком 9 компрессора 8 - воздухопроводом 20, и холодной полости в виде испарителя 12, соединенного через дроссель 13 с регулирующим вентилем 17, а через обратный клапан 15 соединенного с расширителем 14.

На входном патрубке 9 компрессора 8 тормозной системы установлен воздушный фильтр 21 с нижней конусообразной частью 22, включающий конденсатоотводчик 23, а в верхней части воздушного фильтра 21 размещено для впуска атмосферного воздуха суживающиеся сопло 24, на внутренней поверхности которого выполнены винтообразные канавки 25, продольно расположенные от входного его отверстия 26 до выходного отверстия 27, напротив которого укреплена отражательная перегородка 28.

Силовая установка транспортного средства работает следующим образом.

При отклонении в сторону увеличения от задаваемой условиями эксплуатации температуры воздуха, всасываемого турбокомпрессорами 2, 3 и компрессором 8 тормозной системы, включается регулирующим вентилем 17 технологическая схема его охлаждения. В результате обеспечивается возможность циркуляции с охлаждающего агента в виде легкокипящей жидкости, например фреона или аммиака, по теплообменным аппаратам: холодильнику 11, испарителю 12 с дросселем 13 и расширителю 14 с обратным клапаном 15, последовательно соединенных между собой трубопроводом 16 с регулирующим вентилем 17.

В процессе работы двигателя внутреннего сгорания 1 выхлопные газы из турбокомпрессоров 2 и 3 по выхлопным патрубкам 6 и 7 поступают в расширитель 14, где передают часть тепла влажным парам охлаждающего агента. В результате теплообмена (известно, что температура отработанных газов после их расширения в турбокомпрессоре достигает 400^oC) в расширителе охлаждающий агент превращается в перегретый пар, т.е. осуществляется процесс его интенсивного расширения в данном теплообменном аппарате. Перегретый пар охлаждающего агента с возросшим давлением поступает в холодильник 11 (обратный клапан 15 предотвращает поступление перегретого пара хладоагента в испаритель 12), где охлаждается при постоянном давлении под воздействием теплообмена с атмосферным воздухом. Охлаждение паров охлаждающего агента в холодильнике 11 происходит до образования конденсата. Затем полученный конденсат проходит через регулируемый вентиль 17 и дроссель 13, в котором дросселируется, что сопровождается понижением температуры и давления. Из дросселя 13 легкокипящая жидкость (конденсат) хладоагента с низкой температурой поступает в испаритель 12, где испаряется. Так как испаритель 12 выполнен в виде холодной полости охладителя наддувочного воздуха, то атмосферный воздух, поступающий в горячую полость охладителя, контактирует с поверхностью испарителя 12, отбирая тепло процесса испарения охлаждающего агента. В результате осуществляется снижение температуры атмосферного воздуха в горячей полости охладителя до оптимально задаваемых значений по условиям эксплуатации силовой установки транспортного средства. Охлажденный воздух в качестве наддувочного поступает по воздухопроводам 18 и 19 через всасывающие патрубки 4 и 5 к турбокомпрессорам 2 и 3 двигателя внутреннего сгорания 1, а по воздухопроводу 20 всасываемый атмосферный воздух поступает к суживающемуся соплу 24 воздушного фильтра 21 компрессора 8. Известно, что поступление охлажденного (до оптимальных значений) воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания повышает эффективность рабочего процесса.

Наличие расширителя 14 в контуре циркуляции охлаждающего агента обеспечивает его движение по трубопроводу 16 и тепловым аппаратам 11, 12 и 13, т. к. расширитель 14 выполняет функцию движущий силы. Наличие расширителя на выходе газа из турбокомпрессоров приводит к необходимости преодоления незначительного дополнительного гидравлического сопротивления (использование в качестве расширителя 14, например, пластинчатого теплообменного аппарата с более низким гидравлическим сопротивлением по сравнению с известными теплообменными аппаратами), однако улучшение процесса сгорания топлива в двигателе внутреннего сгорания компенсирует в большей степени отрицательное влияние повышения противодавления на выходе из турбины.

Эксплуатация силовой установки транспортного средства, например, тепловоза в сложных погодно-климатических условиях, особенно при наличии дождя, тумана или метели и снегопада приводит к наличию непосредственно в зоне работы силовой установки высокой концентрации загрязнений в виде твердых частиц и капелеобразной влаги, как продуктов сгорания в цилиндрах двигателя, так и атмосферных загрязнений в виде пыли и капелеобразной или льдообразной влаги при отрицательных температурах окружающий среды. В результате в процессе всасывания атмосферного воздуха данные загрязнения поступают в горячую полость охладителя и далее по воздухопроводу 20 к суживающемуся соплу 24 воздушного фильтра 21. Атмосферный воздух, входя во входное отверстие 26 суживающегося сопла 24, перемещается по винтообразным канавкам 25 и закручивается, образуя вихревой поток на выходе из отверстия 27. В результате завихрения массы атмосферного воздуха с загрязнениями в виде пыли и капелеобразной влаги последние под действием центробежных сил отбрасываются к периферии суживающегося сопла 24 и попадают в винтообразные канавки 25, где продольно перемещаются от отверстия 27 к отверстию 25 и под действием силы тяжести сбрасываются в пылесборник (не показано), откуда удаляются автоматически или вручную. Масса атмосферного воздуха с частично отделенными загрязнениями в суживающимся сопле 24 на выходе из отверстия 27 ударяется об отражательную перегородку 28 и огибает ее, направляясь по патрубку 9 в компрессор 8 тормозной системы. Загрязнения после контакта с отражательной перегородкой 28 под действием силы тяжести падают в конусообразную нижнюю часть 22 воздушного фильтра 21. Наличие жидкости в конусообразной нижней части 22, обусловленное поступлением капелеобразной влаги с атмосферным воздухом после удара об отражательную перегородку 28, приводит к смачиванию твердых частиц в конусообразной нижней части 22 с последующим их удалением, т.е. обеспечивается дополнительная очистка всасываемого воздуха от твердых загрязнений.

Оригинальность предлагаемого технического решения заключается в том, что охлажденный в охладителе и дополнительно очищенный в воздушном фильтре атмосферный всасываемый воздух поступает в компрессор тормозной системы, обеспечивая повышение экономичности силовой установки в целом, т.к. наблюдается уменьшение отбираемой от двигателя внутреннего сгорания мощности для работы компрессора по выработке сжатого воздуха заданного объема не только в связи с тем, что понижение температуры всасываемого воздуха только на один градус повышает производительность компрессора на 0,3%, но и устраняется необходимость очистки сжатого воздуха от загрязнений, сопровождаемая его дополнительным расходом на продувку устройств удаления конденсата и регенерации устройств осушки по мере поступления к потребителям пневмоэнергии в тормозной системе.

Формула изобретения

Силовая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания, турбокомпрессор, снабженный всасывающим и выхлопным патрубками и сообщенный с впускным и выпускным коллекторами двигателя, охладитель наддувочного воздуха с горячей и холодной полостями и контур циркуляции охлаждающего агента, включающий последовательно установленные испаритель, расширитель и холодильник, компрессор тормозной системы, выполненный с приводом от двигателя и снабженный входным патрубком, отличающаяся тем, что на входном патрубке компрессора тормозной системы установлен воздушный фильтр, представляющий собой корпус с нижней конусообразной частью, в которой находится конденсатоотводчик, в верхней части корпуса размещено суживающееся сопло с входным и выходным отверстиями, при этом на внутренней поверхности сопла выполнены винтообразные канавки, продольно расположенные от входного до выходного отверстия, а перед выходным отверстием установлена отражательная перегородка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3