Способ работы двигателя внутреннего сгорания, двигатель внутреннего сгорания
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к способу работы двигателя внутреннего сгорания и двигателю внутреннего сгорания для осуществления способа. Изобретение позволяет повысить эффективность работы двигателя внутреннего сгорания на статических и переходных режимах работы, электроснабжение и теплоснабжение потребителей, улучшить динамические характеристики турбокомпрессора. В способе работы двигателя внутреннего сгорания путем впуска сжатого воздуха, его сжатия, впрыска и сгорания топлива, выпуска отработавших газов, подачи в переходных режимах дополнительного рабочего тела степень сжатия воздуха в переходных режимах увеличивают, подкручивая ротор турбокомпрессора, а на переходных режимах пуска и поддержания двигателя в «горячем резерве» перед подачей топлива и сжатого воздуха в цилиндры двигатель прогревают. Ротор турбокомпрессора подкручивают в переходных режимах паром, образованным за счет теплоты отработавших газов в теплообменнике, установленном на выпуске двигателя, и дополнительным рабочим телом, получаемым путем сжигания на выпуске двигателя перед теплообменником смеси воздуха из воздушной емкости и отработавших газов двигателя. Коленчатый вал двигателя в переходных режимах и работе с перегрузкой подкручивают электрической машиной, питающейся от аккумуляторной батареи через преобразователь частоты и напряжения. При этом в качестве дополнительного рабочего тела, подаваемого на впуск двигателя, используют сжатый воздух из емкости с его запасом, который пополняют посредством электрокомпрессора. В отработавшие газы двигателя на переходных режимах и при работе на малых нагрузках вводят дополнительное рабочее тело - теплоноситель, приготавливаемое путем сжигания на выпуске двигателя перед теплообменником смеси топлива, подаваемого под давлением из емкости с его запасом, и смеси воздуха из воздушной емкости, а также отработавших газов двигателя. Подзарядку аккумуляторных батарей проводят от термоэлектрогенератора, встроенного в теплообменник, а их зарядку производят при работе двигателя на малых нагрузках от электрической машины через преобразователь частоты и напряжения. На всех эксплутационных режимах предусматривают подачу потребителям электроэнергии от преобразователя частоты и напряжения, а также пара от теплообменника. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для повышения эффективности работы двигателей внутреннего сгорания на статических и переходных режимах сгорания.
Известен способ работы двигателя внутреннего сгорания, предусматривающий подачу в цилиндры двигателя на переходных режимах работы дополнительного кислорода (окислителя) и дополнительного рабочего тела, получаемого путем сжигания топлива, а также подкрутку ротора турбокомпрессора обратимой электрической машиной. Причем на предпусковых режимах за счет сжигания топлива в электрофакельном устройстве на впуске производят предпусковой подогрев двигателя с одновременной подзарядкой стартерных батарей от обратимой электрической машины, приводимой во вращение турбокомпрессором (см. RU 2231660, опубл. 27.06.2004).
Недостатки данного способа работы и двигателя внутреннего сгорания:
1. Недостаточно эффективные предпусковой прогрев двигателя, а также подзарядка стартерной аккумуляторной батареи, вызванные тем, что турбина турбокомпрессора в этом случае работает на нерасчетном режиме с малой частотой вращения и низким КПД. В таком режиме снять с нее большую мощность одновременно на привод компрессора и подзарядку стартерной аккумуляторной батареи не представляется возможным.
2. Ограниченность запаса и взрывоопасность использования дополнительного окислителя, в качестве которого применен сжатый в емкости высокого давления кислород.
3. Неблагоприятные физико-химические и термодинамические характеристики дополнительного рабочего тела, подаваемого в цилиндры двигателя при набросах нагрузки. В качестве дополнительного рабочего тела используют высокотемпературные продукты сгорания топлива и смеси воздуха с кислородом. Малая плотность высокотемпературной газовой смеси не позволяет разместить в цилиндрах двигателя достаточное количество рабочего тела. Несовершенство процессов смесеобразования и сгорания в электрофакельном устройстве может привести к местному переобогащению рабочей смеси кислородом либо продуктами неполного сгорания топлива (сажей), что влечет за собой опасность отложений и последующих взрывов во впускном коллекторе, нарушений рабочего процесса двигателя, загрязнения деталей цилиндропоршневой группы и газовоздушных трактов.
4. Малая эффективность работы двигателя на малых нагрузках и перегрузках.
5. Ограниченные мощностью турбокомпрессора возможности по электроснабжению потребителей.
6. Низкая экономичность ввиду отсутствия утилизации теплоты отработавших газов.
Задачей заявляемого изобретения является повышение эффективности работы двигателя внутреннего сгорания на статических и переходных режимах работы (запуск, разгон, наброс нагрузки, работа на малых нагрузках, работа с перегрузкой), расширение возможностей по электроснабжению и теплоснабжению потребителей в процессе работы двигателя, улучшение динамических характеристик турбокомпрессора.
Поставленная задача решается в способе работы двигателя внутреннего сгорания путем впуска сжатого воздуха, его сжатия, впрыска и сгорания топлива, выпуска отработавших газов, подачи в переходных режимах дополнительного рабочего тела по управляющему сигналу, формируемому по моменту достижения максимальной подачи топлива на заданном режиме, при этом степень сжатия воздуха в переходных режимах увеличивают, подкручивая ротор турбокомпрессора, а на переходных режимах пуска и поддержания двигателя в «горячем резерве» перед подачей топлива и сжатого воздуха в цилиндры двигатель прогревают, согласно изобретению ротор турбокомпрессора подкручивают в переходных режимах паром, образованным за счет теплоты отработавших газов в теплообменнике, установленном на выпуске двигателя, и дополнительным рабочим телом, получаемым путем сжигания на выпуске двигателя перед теплообменником смеси воздуха из воздушной емкости и отработавших газов двигателя, коленчатый вал двигателя в переходных режимах и работе с перегрузкой подкручивают электрической машиной, питающейся от аккумуляторной батареи через преобразователь частоты и напряжения, при этом в качестве дополнительного рабочего тела, подаваемого на впуск двигателя, используют сжатый воздух из емкости с его запасом, который пополняют посредством электрокомпрессора, а в отработавшие газы двигателя на переходных режимах и при работе на малых нагрузках вводят дополнительное рабочее тело - теплоноситель, приготавливаемое путем сжигания на выпуске двигателя перед теплообменником смеси топлива, подаваемого под давлением из емкости с его запасом, и смеси воздуха из воздушной емкости, а также отработавших газов двигателя, подзарядку аккумуляторных батарей проводят от термоэлектрогенератора, встроенного в теплообменник, а их зарядку производят при работе двигателя на малых нагрузках от электрической машины через преобразователь частоты и напряжения, при этом на всех эксплутационных режимах предусматривают подачу потребителям электроэнергии от преобразователя частоты и напряжения, а также пара от теплообменника.
Для реализации указанного способа предлагается двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по крайней мере, один цилиндр с размещенным в нем поршнем, кинематически связанным с валом, турбокомпрессор, у которого выход турбины и вход компрессора связаны с атмосферой, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, магистраль подачи углеводородного топлива в цилиндры, снабженную топливным насосом высокого давления, оборудованным датчиком максимальной подачи топлива, емкость высокого давления, соединенную с электроклапаном подачи газообразного окислителя в двигатель, аккумуляторную батарею, устройство управления, управляющие выходы которого соединены с датчиком предельного положения рейки ТНВД и датчиком температуры, а управляющие входы с электроклапаном подачи газообразного окислителя на впуск двигателя, электроклапаном подачи топлива, а также преобразователем частоты и напряжения, электрофакельное устройство, снабженное электрозапальным устройством поджига топливовоздушной смеси, емкость с запасом топлива, электроклапан подачи топлива, соединенный с электрофакельным устройством, электрическую машину, соединенную через преобразователь частоты и напряжения с аккумуляторной батареей, датчик температуры, установленный на двигателе, согласно изобретению двигатель дополнительно содержит воздушный компрессор, снабженный приводным электродвигателем постоянного тока, электроклапан подачи газообразного окислителя (воздуха) в электрофакельное устройство, электроклапан подачи пара в турбину турбокомпрессора, кожухотрубный теплообменник с запасом воды в межтрубном пространстве и встроенным термоэлектрогенератором, датчик электрической нагрузки (активного тока), установленный в преобразователе частоты и напряжения, датчик давления воздуха, установленный в емкости высокого давления, причем электрическая машина кинематически связана с коленчатым валом двигателя, выход емкости высокого давления одновременно соединен с воздушным электрокомпрессором, верхней частью емкости с запасом топлива, через клапан подачи воздуха в электрофакельное устройство с первым газовым входом электрофакельного устройства, через клапан подачи окислителя на впуск двигателя с его впускным трубопроводом, также соединенным с выходом компрессора, при этом второй газовый вход электрофакельного устройства соединен с выпускным трубопроводом (коллектором) двигателя, а выход через трубное пространство теплообменника соединен с входом турбины, который также через электроклапан подачи пара связан с верхней частью межтрубного пространства теплообменника, причем встроенный в теплообменник термоэлектрогенератор соединен с аккумуляторной батареей, а дополнительные управляющие входы устройства управления соединены с датчиком давления и датчиком электрической нагрузки, а дополнительные управляющие выходы связаны с двигателем электрокомпрессора, электроклапаном подачи пара и электроклапаном подачи воздуха в электрофакельное устройство.
Такая конструкция двигателя обеспечивает: улучшение качества переходных режимов работы двигателя, сопровождающихся нарушением процесса сгорания и выходом рейки ТНВД на упор максимальной подачи (запуск, разгон, наброс, нагрузки) за счет того, что повышается количество (плотность) рабочего тела, уменьшается время разгона до номинальной частоты вращения турбокомпрессора за счет подачи в турбину дополнительного рабочего тела, а также подвода дополнительной мощности к валу двигателя от электрической машины, получающей электропитание от аккумуляторной батареи через преобразователь частоты и напряжения; повышение эффективности предпускового подогрева двигателя и поддержание его в «горячем резерве» за счет более стабильной и производительной работы электрофакельного устройства, а также использования термогенератора для подзарядки аккумуляторной батареи; повышение эффективности работы двигателя с перегрузкой благодаря возможности подвода дополнительной мощности к валу двигателя от электрической машины; повышение экономичности работы двигателя за счет выравнивания графика нагрузки и уменьшения времени работы с малой нагрузкой за счет использования аккумуляторной батареи совместно с преобразователем частоты и напряжения в качестве накопителя электрической энергии; повышение эффективности использования двигателя и его общего кпд за счет утилизации теплоты отработавших газов в теплообменнике, сопровождающейся выработкой пара и дополнительной электроэнергии; снижение взрыво- и пожароопасности эксплуатации двигателя вследствие использования в качестве дополнительного рабочего тела сжатого воздуха вместо кислорода.
Таким образом, заявляемое техническое устройство позволяет реализовать заявляемый способ.
Из изложенного следует, что при реализации заявляемого способа и устройства для его осуществления достигается технический результат, заключающийся в улучшении качества переходных режимов работы двигателя (запуск, разгон, наброс нагрузки), повышении перегрузочной способности двигателя, улучшении технико-экономических показателей при работе двигателя на частичных нагрузках, утилизации теплоты отработавших газов двигателя, сопровождающейся дополнительной выработкой тепловой и электрической энергии, возможности электроснабжения и теплоснабжения потребителей при функционировании двигателя на всех возможных эксплуатационных режимах: «горячем резерве», работе в транспортном режиме с переменной частотой вращения, работе в двигатель-генераторном режиме с постоянной частотой вращения, улучшении динамических характеристик турбокомпрессора.
Заявляемая группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, поскольку заявка относится к объектам изобретения одного вида, одинакового направления, обеспечивающих получение одного и того же технического результата принципиально одним и тем же путем.
На чертеже, поясняющем изобретение, представлена принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания, реализующего данный способ работы. Схема включает в себя двигатель 1 с системами и механизмами, обеспечивающими процесс сгорания топлива, блочный плунжерный насос ТНВД 2, установленный на остове двигателя 1 и снабженный рейкой 3, датчик предельного положения рейки ТНВД (микропереключатель) 4, емкость 5 с запасом окислителя (воздуха), компрессор 6 и турбину 7 турбокомпрессора, кожухотрубный теплообменник 8 со встроенным термоэлектрогенератором, установленный на выпуске двигателя, электрофакельное устройство 9, емкость с запасом топлива 10, электрическую машину 11, воздушный компрессор 12 с электроприводом 13, управляющее устройство 14, накопитель электроэнергии (аккумуляторную батарею) 15, преобразователь частоты и напряжения 16, датчик температуры 17, датчик электрической нагрузки (активного тока) 18, электроклапан 19 подачи воздуха на впуск двигателя, электроклапан 20 подачи воздуха в электрофакельное устройство, электроклапан 21 подачи топлива в электрофакельное устройство, электроклапан 22 подачи пара в турбину турбокомпрессора, электрозапальное устройство 23, датчик давления воздуха 24.
Двигатель внутреннего сгорания работает следующим образом: по команде на запуск двигателя управляющее устройство 14 подает сигнал на открытие клапанов 20 и 21, а также на импульсное включение электрозапального устройства 23. При этом топливовоздушная смесь воспламеняется и сгорает в электрофакельном устройстве 9. Высокотемпературные отработавшие газы (ОГ) из электрофакельного устройства 9 поступают в теплообменник 8 и далее через турбину 7 в атмосферу. При этом часть тепловой энергии от ОГ передается через теплообменник 8 в систему охлаждения двигателя для его предпускового прогрева. Предпусковой прогрев двигателя может быть произведен путем подачи в двигатель горячей воды или пара из корпуса теплообменника 8. Одновременно при необходимости производится подзарядка аккумуляторной батареи 15 от встроенного в теплообменник 8 термоэлектрического генератора, производящего прямое преобразование тепловой энергии в электрическую. После прогрева двигателя 1 и достижения требуемой для надежного запуска и включения под нагрузку температуры по сигналу от датчика температуры 17 устройство управления формирует сигнал на запуск двигателя 1 путем включения его электростартера либо электрической машины 11 в двигательном режиме от аккумуляторной батареи. Одновременно с прокруткой коленчатого вала двигателя по сигналу от управляющего устройства 14 путем открытия электроклапана 19 производится подача воздуха под давлением в цилиндры двигателя, а подача топлива и воздуха в электрофакельное устройство прекращается путем закрытия электроклапанов 20 и 21. Подача сжатого воздуха на впуск двигателя обеспечивает повышение степени повышения давления сжатия в цилиндрах и более надежное воспламенение топлива.
В случае, если требуется длительное время поддерживать двигатель в постоянной готовности к пуску и приему нагрузки (режим «горячего резерва»), то после описанного выше периода прогрева двигателя до заданной температуры (если нет команды на запуск и включение под нагрузку) по сигналу от датчика 17 управляющее устройство 14 формирует сигналы на закрытие электроклапанов 20 и 21. В процессе дальнейшего охлаждения двигателя при достижении его минимально допустимой температуры по сигналу от датчика 17 происходит открытие клапанов 20 и 21, включение электрозапального устройства и прогрев двигателя высокотемпературными отработавшими газами. При этом происходит постоянная подзарядка аккумуляторной батареи 15 от встроенного в теплообменник 8 термоэлектрогенератора, а также периодическая подкачка воздуха в емкость 5 компрессором 12 с электроприводом постоянного тока 13, управляемым по сигналам от датчика давления 24. Таким образом, периоды принудительного прогрева и естественного охлаждения двигателя 1 чередуются, обеспечивая постоянное нахождение его в готовности к пуску и приему нагрузки. При этом сам двигатель на самопрогрев не запускается, и специальные дополнительные устройства для его прогрева не используются.
После запуска двигателя, выхода его на номинальную частоту вращения и включения под нагрузку электрическая машина 11 переводится на работу в генераторном режиме. Вырабатываемая электрической машиной 11 электроэнергия может быть использована для подзарядки аккумуляторной батареи 15 либо для непосредственной подачи электропотребителям через преобразователь частоты и напряжения 16. Наличие преобразователя 16 обеспечивает подачу электроэнергии переменного тока стабилизированного напряжения и постоянной частоты при работе двигателя с любой частотой вращения. Электроэнергия потребителю может подаваться также и при неработающем двигателе, когда преобразователь 16 получает электропитание от аккумуляторной батареи.
При работе двигателя 1 только на электрическую машину 11 его частота вращения устанавливается постоянной, и электроэнергия потребителям может быть подана непосредственно от электрической машины 11. Преобразователь 16 при этом переключается на параллельную работу с электрической машиной 11. По сравнению с последовательным режимом включения преобразователя 16 и электрической машины 11 в транспортном режиме параллельное их включение при работе двигателя 1 только на выработку электроэнергии позволяет снять с электрической машины 11 гораздо большую мощность, чем мощность преобразователя 16. Коммутация преобразователя 16 на последовательную либо параллельную работу с электрической машиной 11 производится по сигналу от устройства управления 14 в зависимости от выбранного режима работы двигателя 1.
При работе двигателя 1 за счет утилизации теплоты его отработавших газов в теплообменнике 8 образуется водяной пар. Работая в режиме парогенератора, кожухотрубный теплообменник 8 позволяет подавать пар из межтрубного пространства потребителям. Запас воды в теплообменнике 8 восполняется за счет возврата конденсата либо путем дополнительной подачи свежей воды от постороннего источника. Работа теплообменника 8 в испарительном режиме является благоприятной основой для установки в нем термоэлектрического генератора, поскольку в данном случае обеспечивается значительный и стабильный перепад температур в элементах корпуса. Таким образом, дополнительная выработка тепловой и электрической энергии в теплообменнике 8 способствует значительному повышению экономичности работы двигателя.
При работе двигателя 1 на малых нагрузках теплоты его отработавших газов может не хватать для нужд теплоснабжения. В этом случае устройство управления 14 по сигналу от потребителя тепловой энергии путем включения электроклапанов 20, 21 и электрозапального устройства 23 обеспечивает приготовление в электрофакельном устройстве дополнительного рабочего тела - теплоносителя, обеспечивающего увеличение выработки пара.
В процессе функционирования двигателя с переменной нагрузкой возможны значительные колебания его частоты вращения, что крайне нежелательно, особенно при работе его на электрогенератор (в составе дизель-генераторной установки). С целью исключения значительных колебаний частоты вращения при набросах нагрузки двигатель 1 оборудован емкостью 5 с запасом воздуха. При набросе значительной нагрузки по сигналу от датчика предельного положения рейки ТНВД устройство управления 14 подает команду на импульсное открытие электроклапана подачи воздуха на впуск двигателя. При этом происходит импульсное увеличение на впуске в двигатель количества рабочего тела и одновременно окислителя, так как помимо нейтрального азота воздух содержит также кислород.
Кроме мероприятий по увеличению количества рабочего тела и окислителя на впуске в заявляемом техническом решении предусмотрены меры для подачи дополнительного рабочего тела в турбину турбокомпрессора для уменьшения времени раскрутки ее ротора до номинальной частоты при набросах нагрузки. Для этого по сигналу от датчика 4 о выходе рейки ТНВД на упор максимальной подачи топлива устройство управления 14 формирует командные импульсы на открытие электроклапанов 22 и 20, а также электрозапального устройства 23. Вследствие недостатка окислителя в первый момент переходного процесса, вызванного набросом нагрузки на двигатель, в последнем имеет место неполное сгорание топлива. Импульсная подача на выпуск двигателя дополнительного окислителя (воздуха) из емкости 5 посредством открытия клапана 20, а также включение электрозапального устройства 23 одновременно обеспечивают дожигание неполностью сгоревшего в двигателе топлива и подачу дополнительного рабочего тела в турбину. Кроме этого в заявляемом техническом решении предусмотрено использование в качестве дополнительного рабочего тела пара, подаваемого из теплообменника 8 в турбину 7 посредством импульсного открытия электроклапана 22.
По сравнению с наиболее близким аналогом, где подкрутка ротора турбокомпрессора производится электрической машиной, заявляемое техническое решение обеспечивает большое быстродействие ввиду отсутствия электромеханического преобразования энергии, а также значительно большую подаваемую на раскрутку ротора мощность. Мощность электрической машины у наиболее близкого аналога ограничена разрядными характеристиками стартерных аккумуляторных батарей (от 10% до 15% мощности двигателя). При КПД двигателя внутреннего сгорания 30-45% на выработку пара может быть дополнительно использовано до 20-30% от энергии сгоревшего в двигателе топлива, что позволяет затратить на раскрутку ротора мощность, соизмеримую с мощностью собственно двигателя.
Вместо раскрутки ротора турбокомпрессора в заявляемом техническом решении электрическая машина 11 используется для передачи мощности и стабилизации частоты вращения двигателя при набросах нагрузки и перегрузках. Такое решение позволяет в качестве обратимой электрической машины использовать силовой синхронный генератор - двигатель генераторных установок. При набросе нагрузки, а также при работе двигателя с перегрузкой по сигналу датчика активного тока 18 либо датчика 4 положения рейки ТНВД устройство управления 14 подает командный импульс в преобразователь 16 на перевод его из режима заряда аккумуляторной батареи 15, устанавливаемого при работе двигателя на частичных нагрузках, в режим их разряда на электрическую машину 11 (через преобразователь 16). В данном случае преобразователь работает параллельно с электрической машиной, вырабатывая дополнительную электроэнергию переменного тока за счет энергии аккумуляторной батареи 15.
При использовании в качестве накопителя электроэнергии 15 стартерных аккумуляторных батарей дополнительная мощность, отдаваемая в сеть при набросах нагрузки и перегрузках, может составлять 10-15% от мощности двигателя. Если допустить возможную кратковременную 200% перегрузку преобразователя, то отдаваемая им при набросах нагрузки дополнительная мощность может достигнуть 20-30% от мощности двигателя, что можно считать достаточным для обеспечения переходных режимов работы двигателя.
Помимо обеспечения переходных режимов работы двигателя, таких как предпусковой подогрев, запуск, наброс нагрузки заявляемое техническое решение позволяет также повысить эффективность использования двигателя на малых нагрузках и при перегрузках. Использование преобразователя 16 в стационарных режимах работы двигателя 1 в качестве накопителя электроэнергии позволяет значительно снизить расход топлива вследствие выравнивания графика электрических нагрузок (уменьшение времени работы на малых нагрузках и с перегрузкой).
Также повышению экономичности использования двигателя способствует утилизация теплоты отработавших газов двигателя в теплообменнике 8, сопровождающаяся выработкой и подачей пара потребителям, а также дополнительной выработкой электроэнергии встроенным в теплообменник 8 термоэлектрогенератором.
Помимо режимов сброса-наброса нагрузки на двигатель подача дополнительного рабочего тела (воздуха) на впуск двигателя, подкрутка ротора турбокомпрессора дополнительным рабочим телом, а также передача на вал двигателя дополнительной мощности от аккумуляторной батареи могут производиться и на других режимах работы двигателя, сопровождающихся нарушением внутрицилиндровых процессов смесеобразования и сгорания топлива, например, в циклах разгон-торможение, при перегрузках, работе при аномальных условиях окружающей среды (в туннелях, карьерах). При этом в режиме «горячего резерва» двигателя появляется возможность дополнительной выработки и подачи потребителю электрической и тепловой энергии.
Процесс приготовления рабочей смеси, подаваемой на впуск двигателя, проводится согласно заявляемому способу в следующей последовательности.
1. По сигналу на запуск двигателя или на включение из режима «горячий резерв» управляющее устройство 14 посредством подачи сигнала на электроклапан 19 обеспечивает подачу дополнительного воздуха в цилиндры для надежного воспламенения топлива.
2. На всех переходных режимах, сопровождающихся выходом рейки на упор максимальной подачи топлива, по сигналу от датчика 4 предельного положения рейки ТНВД управляющее устройство 14 формирует импульс на открытие электроклапана 19 подачи дополнительного воздуха в цилиндры. Подачу дополнительного воздуха прекращают по сигналу от датчика 4 после ухода рейки ТНВД с упора максимальной подачи. На других эксплуатационных режимах, не сопровождающихся выходом рейки на упор максимальной подачи топлива, рабочая смесь готовится путем сжатия атмосферного воздуха в компрессоре.
Процесс приготовления рабочей смеси, подаваемой в турбину 7 турбокомпрессора двигателя, проводится согласно заявляемому способу в следующей последовательности.
На режимах предпускового подогрева и «горячего резерва» по сигналу от датчика 17 температуры двигателя управляющее устройство 14 подает сигналы на открытие электроклапанов подачи топлива 21 и воздуха 20 в электрофакельное устройство 9, а также на включение электрозапального устройства 23. Образованная в результате сжигания топлива высокотемпературная газовая смесь подается в теплообменник 8, где отдает тепло, используемое на нагрев воды, приготовление пара и одновременно выработку электроэнергии для заряда аккумуляторной батареи 15. По достижении требуемой для запуска двигателя температуры по сигналу от датчика 17 устройство управления 14 подает сигналы на закрытие электроклапанов 20 и 21 и отключение электрозапального устройства 23.
На переходных режимах, приводящих к выходу рейки ТНВД на упор максимальной подачи топлива, по сигналу от датчика 4 устройство управления 14 подает сигналы на открытие электроклапанов 22 и 20, а также включение электрозапального устройства 23. При этом рабочая смесь, подаваемая на вход турбины, образуется путем смешения отработавших газов двигателя, дополнительной газовой смеси, получаемой от дожигания неполностью сгоревшего топлива в электрофакельном устройстве 9 и пара в теплообменнике 8. При уходе рейки с упора максимальной подачи по сигналу от датчика 4 устройство управления 14 подает сигнал на закрытие электроклапанов 20 и 22, а также отключение электрозапального устройства 23.
При работе на малых (частичных) нагрузках и недостаточной выработке пара в теплообменнике 8 по сигналу от потребителя тепловой энергии управляющее устройство 14 формирует сигнал на открытие электроклапанов 20 и 21, а также включение электрозапального устройства 23. Рабочая смесь, подаваемая в теплообменник 8 и далее в турбину 7, образуется путем смешения ОГ двигателя с дополнительной газовой смесью, образованной за счет сжигания топлива в электрофакельном устройстве. На других эксплуатационных режимах в качестве рабочей смеси, подаваемой в турбину 7, используются отработавшие газы двигателя.
1. Способ работы двигателя внутреннего сгорания путем впуска сжатого воздуха, его сжатия, впрыска и сгорания топлива, выпуска отработавших газов, подачи в переходных режимах дополнительного рабочего тела по управляющему сигналу, формируемому по моменту достижения максимальной подачи топлива на заданном режиме, при этом степень сжатия воздуха в переходных режимах увеличивают, подкручивая ротор турбокомпрессора, а на переходных режимах пуска и поддержания двигателя в «горячем резерве» перед подачей топлива и сжатого воздуха в цилиндры двигатель прогревают, отличающийся тем, что ротор турбокомпрессора подкручивают в переходных режимах паром, образованным за счет теплоты отработавших газов в теплообменнике, установленном на выпуске двигателя, и дополнительным рабочим телом, получаемым путем сжигания на выпуске двигателя перед теплообменником смеси воздуха из воздушной емкости и отработавших газов двигателя, коленчатый вал двигателя в переходных режимах и работе с перегрузкой подкручивают электрической машиной, питающейся от аккумуляторной батареи через преобразователь частоты и напряжения, при этом в качестве дополнительного рабочего тела, подаваемого на впуск двигателя, используют сжатый воздух из емкости с его запасом, который пополняют посредством электрокомпрессора, а в отработавшие газы двигателя на переходных режимах и при работе на малых нагрузках вводят дополнительное рабочее тело - теплоноситель, приготавливаемое путем сжигания на выпуске двигателя перед теплообменником смеси топлива, подаваемого под давлением из емкости с его запасом, и смеси воздуха из воздушной емкости, а также отработавших газов двигателя, подзарядку аккумуляторных батарей проводят от термоэлектрогенератора, встроенного в теплообменник, а их зарядку производят при работе двигателя на малых нагрузках от электрической машины через преобразователь частоты и напряжения, при этом на всех эксплутационных режимах предусматривают подачу потребителям электроэнергии от преобразователя частоты и напряжения, а также пара от теплообменника.
2. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий, по крайней мере, один цилиндр с размещенным в нем поршнем, кинематически связанным с валом, турбокомпрессор, у которого выход турбины и вход компрессора связаны с атмосферой, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, магистраль подачи углеводородного топлива в цилиндры, снабженную топливным насосом высокого давления, оборудованным датчиком максимальной подачи топлива, емкость высокого давления, соединенную с электроклапаном подачи газообразного окислителя в двигатель, аккумуляторную батарею, устройство управления, управляющие выходы которого соединены с датчиком предельного положения рейки ТНВД и датчиком температуры, а управляющие входы с электроклапаном подачи газообразного окислителя на впуск двигателя, электроклапаном подачи топлива, а также преобразователем частоты и напряжения, электрофакельное устройство, снабженное электрозапальным устройством поджига топливовоздушной смеси, емкость с запасом топлива, электроклапан подачи топлива, соединенный с электрофакельным устройством, электрическую машину, соединенную через преобразователь частоты и напряжения с аккумуляторной батареей, датчик температуры, установленный на двигателе, отличающийся тем, что он дополнительно содержит воздушный компрессор, снабженный приводным электродвигателем постоянного тока, электроклапан подачи газообразного окислителя (воздуха) в электрофакельное устройство, электроклапан подачи пара в турбину турбокомпрессора, кожухотрубный теплообменник с запасом воды в межтрубном пространстве и встроенным термоэлектрогенератором, датчик электрической нагрузки (активного тока), установленный в преобразователе частоты и напряжения, датчик давления воздуха, установленный в емкости высокого давления, причем электрическая машина кинематически связана с коленчатым валом двигателя, выход емкости высокого давления одновременно соединен с воздушным электрокомпрессором, верхней частью емкости с запасом топлива, через клапан подачи воздуха в электрофакельное устройство с первым газовым входом электрофакельного устройства, через клапан подачи окислителя на впуск двигателя с его впускным трубопроводом, также соединенным с выходом компрессора, при этом второй газовый вход электрофакельного устройства соединен с выпускным трубопроводом (коллектором) двигателя, а выход через трубное пространство теплообменника соединен с входом турбины, который также через электроклапан подачи пара связан с верхней частью межтрубного пространства теплообменника, причем встроенный в теплообменник термоэлектрогенератор соединен с аккумуляторной батареей, а дополнительные управляющие входы устройства управления соединены с датчиком давления и датчиком электрической нагрузки, а дополнительные управляющие выходы связаны с двигателем электрокомпрессора, электроклапаном подачи пара и электроклапаном подачи воздуха в электрофакельное устройство.
