Силовая установка транспортного средства

Изобретение относится к силовым установкам с двигателями внутреннего сгорания, эксплуатируемым на транспортных средствах, преимущественно на тепловозах. Силовая установка содержит 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, холодильник, компрессор тормозной системы, соединенный с питательной магистралью и выполненный с приводом от двигателя, а также снабженный входным патрубком с установленным на нем воздушным фильтром, причем на питательной магистрали установлен датчик давления, соединенный с регулятором давления, а привод компрессора от двигателя снабжен регулятором скорости вращения, при этом регулятор давления электрически соединен с регулятором скорости вращения. Изобретение обеспечивает увеличение полезной мощности двигателя внутреннего сгорания. 1 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. патент №2008459, РФ, МПК 5 F 02 B 29/04, Бюл. №4, 1994), содержащая двигатель внутреннего сгорания, турбокомпрессор, снабженный всасывающим 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, соединенный с питательной магистралью и выполненный с приводом от двигателя, а также снабженный входным патрубком.

Недостатком является снижение эффективности работы компрессора тормозной системы при высоко вероятностном поступлении загрязнений во входной патрубок, обусловленных спецификой эксплуатации, например тепловозов в сложных погодно-климатических условиях.

Известна силовая установка транспортного средства (см. патент №2169848, Россия, МПК 7 F 02 В 29/04, F 02 M 35/16, Бюл. №18, 2001), 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, соединенный с питательной магистралью и выполненный с приводом от двигателя, а также снабженный входным патрубком с установленным на нем воздушным фильтром.

Недостатком являются нерациональные энергозатраты на привод компрессора тормозной системы, обусловленные периодичной двухуровневой схемой работы компрессора, а именно включением компрессора при минимальном давлении питательной магистрали, определяемом процессом торможения и/или значительным количеством утечек сжатого воздуха, и выключением компрессора при достижении нормированного давления питательной магистрали.

В результате наличия запаздывания системы автоматизации процесса включения и выключения компрессора тормозной системы наблюдается дополнительный отбор мощности от двигателя вместо оптимально необходимого по условиям эксплуатации питательной магистрали транспортного средства, преимущественно тепловоза.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение полезной мощности двигателя внутреннего сгорания путем устранения отбора приводом компрессора тормозной системы дополнительной мощности при производстве сверх необходимого сжатого воздуха для питательной магистрали из-за запаздывания включения и выключения автоматизированной системы производства пневмоэнергии.

Технический результат по повышению эффективности работы силовой установки транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания 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, соединенный с питательной магистралью и выполненный с приводом от двигателя, а также снабженный входным патрубком с установленным на нем воздушным фильтром, при этом на питательной магистрали установлен датчик давления, соединенный с регулятором давления, а привод компрессора от двигателя снабжен регулятором скорости, причем регулятор давления электрически соединен с регулятором скорости вращения.

На чертеже представлена принципиальная схема силовой установки транспортного средства.

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 с регулирующим вентилем 17. При этом охладитель наддувочного воздуха представляет собой конструкцию, состоящую из 2 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.

Привод 22 от двигателя 1 соединен с компрессором 8 посредством регулятора скорости вращения 23, например, в виде блока порошковых электромагнитных муфт. Датчик давления 24 сжатого воздуха установлен на питательной магистрали 10 и связан с регулятором давления 25, который содержит блок сравнения 26 с подключенным к нему датчиком давления 24, а также блок задания 27. Выход блока 26 сравнения соединен с входом электронного усилителя 28, оборудованного блоком нелинейной обратной связи 29. Выход усилителя 28 соединен с входом магнитного усилителя 30, который подключен к регулятору скорости вращения, например порошкового 23 в виде блока электромагнитных муфт привода 22 компрессора 8.

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, регулирующим вентилем 17 включается технологическая схема его охлаждения. В результате обеспечивается возможность циркуляции 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 град.) 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 хладагента 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 легко кипящая жидкость (конденсат) хладагента с низкой температурой поступает в испаритель 12, где испаряется. Т.к. 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 движения по трубопроводу 16 и тепловым аппаратом 11, 12 и 13, т.к. расширитель 14 выполняет функцию движущей 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 двигателя внутреннего сгорания компенсирует в большей степени отрицательные влияния повышения противодавления на выходе из турбины.

По мере эксплуатации силовой установки транспортного средства, например тепловоза, осуществляются процессы торможения и наблюдаются утечки сжатого воздуха из питательной магистрали тормозной системы, что приводит к колебаниям давления в ней, а это регистрируется датчиком давления 24, связанным с регулятором давления 25. При достижении минимально допустимого давления сжатого воздуха в питательной магистрали 10 сигнал, поступающий с датчика давления 24, не превышает нормированного сигнала блока задания 27 и на выходе блока сравнения 26 появляется сигнал положительной полярности, поступающий на вход электронного усилителя 28 одновременно с сигналом отрицательной обратной связи блока 29.

За счет этого в электронном усилителе 28 компенсируется нелинейность характеристики привода 22 компрессора 8. Сигнал с выхода электронного усилителя 28 поступает на вход магнитного усилителя 30, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку блока порошковых электромагнитных муфт, в виде которых выполнен регулятор скорости вращения 23. В результате осуществляется включение компрессора 8 с обеспечением подачи сжатого воздуха до тех пор, пока давление питательной магистрали 10 не станет равной заданному. В этом случае сигнал, поступающий с датчика давления 24, превышает нормированный сигнал блока задания 27 и на выходе блока сравнения 26 появляется сигнал отрицательной полярности, поступающий на вход электронного усилителя 28, одновременно с сигналом отрицательной обратной связи блока 29. За счет этого в электронном усилителе 28 компенсируется нелинейность характеристики привода 22 компрессора 8. Сигнал с выхода электронного усилителя 28 поступает на вход магнитного усилителя 30, где он усиливается по мощности, выпрямляется и поступает на обмотку блока порошковых электромагнитных муфт, в виде которых выполнен регулятор скорости вращения 23.

Отрицательная полярность сигнала электронного усилителя 28 вызывает уменьшение тока возбуждения на выходе магнитного усилителя 30, тем самым, уменьшая момент, передаваемый регулятором скорости вращения 23, момент от привода 22 с последующей остановкой компрессора 8.

В результате дополнительного совместного использования регулятора давления с электронным схемно-конструктивным решением и регулятора скорости вращения, например, в виде блока порошковых электромагнитных муфт практически устраняют инертность (запаздывание включения и выключения) автоматизированной системой производства компрессором сжатого воздуха тормозной системы для питательной магистрали силовой установки транспортного средства.

Оригинальность технического решения заключается в том, что снабжение силовой установки транспортного средства приводом с регулятором скорости вращения, например, в виде блока электромагнитных муфт, связанных с регулятором давления, обеспечивает повышение полезной мощности двигателя внутреннего сгорания за счет снижения его мощности, неоправданно отбираемой в условиях эксплуатации на производство дополнительного сжатого воздуха для питательной магистрали, достигаемой путем сокращения времени запаздывания процесса включения и выключения компрессора тормозной системы при обеспечении нормированных параметров пневмоэнергии, гарантирующих безопасную работу транспортного средства.

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, холодильник, компрессор тормозной системы, соединенный с питательной магистралью и выполненный с приводом от двигателя, а также снабженный входным патрубком с установленным на нем воздушным фильтром, отличающаяся тем, что на питательной магистрали установлен датчик давления, соединенный с регулятором давления, а привод компрессора от двигателя снабжен регулятором скорости вращения, при этом регулятор давления электрически соединен с регулятором скорости вращения.