Силовая установка

 

В.П. Тернопол, В.Н. Зайончковский, E.Ã.

Е.В. Малютин и В.Н. Соболь (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель 54) СИЛОВАЯ YCTAHOBKA

Изобретение относится к области машиностроения, а именно двигателестроению и, в частности, к силовым установкам с двигателем внутреннего сгорания и с регулируемым турбонаддувом °

Известны силовые установки, содержащие двигатель внутреннего сгорания, соединенный с потребителем нагрузки турбокомпрессор наддува и 14 вспомогательный мотор, соединенный с последним и снабженный регулятором оборотов, к исполнительному механизму которого подключен блок задания, связанный с задатчиками параметров наддувочного воздуха, числа оборотов и положения органа доэирования подачи топлива, причем потребитель нагрузки снабжен датчиком изменения нагрузки по времени, 20 подсоединенным к исполнительному ме ханиэму регулятора оборотов вспомогательного мотора tll .

Однако такие силовые установки обладают ограниченными возможностями по улучшению воздухоснабжения двигателя на частичных нагрузках и на переходных режимах, особенно при применении в них высокофорсированного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом. В этом случае турбокомпрессор, рассчитанный на работу с высоким давлением наддува и расходом воздуха резко ухудшает свои показатели на малых нагрузках и переходных режимах из-за большой инерционности ротора турбокомпрессора и особенностей характеристик агрегатов наддува.

Известны также силовые установки, содержащие двигатель внутреннего сгорания, соединенный с потребителем нагрузки и снабженный задатчиком режима работы, воздушным ресивером и выхлопным коллектором, вспомогательный мотор, турбокомпрессор

922303

4$

$ $

Силовая установка содержит также датчик 21 изменения нагрузки по времени, установленный на потребителе 2 нагрузки, датчик 22 действительного значения .коэффициента избытка воздуха, эталонный блок 23 задания коэффициента избытка воздуха и блок 24 сравнения сигналов от датчика 22 действительного значения коэффициента избытка воздуха и эталонного блока 23. Напорный трубопровод 8 подсоединен к всасывающему отверстию 25 турбонагнетателя 10 .через перепускной канал 26, в кото3 наддува, соединенный с последним и пбдключенный через напорный трубопровод к воздушному ресиверу, турбонагреватель, подключенный через разъединительную муфту к ротору турбокомпрессора и сообщенный с выхлопным коллектором и с ресивером при помощи газоподводящего u soapyхонапорного каналов с запорными органами, сблокированными между собой и с разъединительной муфтой, и сопловые аппараты турбин, установленные на турбокомпрессоре и турбонагнетателе (21.

В таких силовых установках применяются нерегулируемые агрегаты наддува на двигателе, сжатие наддувочного воздуха происходит в одной ступени нагнетателя и отсутствуют устройства, сигнализирующие о режиме работы двигателя и задающие требуемый режим регулирования воздухоснабжения. Все это не позволяет обеспечить требуемый характер протекания внешней скоростной характеристики высокофорсированного комбинированного двигателя и ограничивает возможности форсировки двигателя.

Целью изобретения является улучшение воздухоснабжения и характеристик высокофорсированного комбинированного двигателя внутреннего сгорания при его применении в силовой установке транспортного средства.

Указанная цель достигается тем, что установка дополнительно снабжена датчиком изменения нагрузки по времени, установленным на потребителе нагрузки,.датчиком действительного значения коэффициента избытка воздуха, эталонным блоком задания коэффициента избытка воздуха и блоком .сравнения сигналов от датчиков действительного значения и эталонного блока, напорный трубопровод подсоединен к всасывающему отверстию турбонагнетателя через перепускной канал с заслонкой, сопловые аппараты турбин выполнены регулируемыми и подключены к датчику изменения нагрузки по времени и к блоку сравнения сигналов, а запорные органы и заслонка подключены к эадатчику режима работы.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемой силовой установки; на фиг. 2 - схема двигателя внутреннего сгорания с газо$

1$ г$

3$

4 воздушными трактами турбокомпрессора и турбонагнетателя, на фиг.3 экспериментальная зависимость-характеристика топливного насоса

В4 - ((n, Ь); на фиг. 4 - экспериментальная зависимость я - 1 (4, пд); на фиг. 5 - зависимости тепловозного дизельгенератора ЗД70 мощ-.

HocTblo 4000 л. с. при 1000 o6/мин с системами газотурбинного наддува (ГНТ).

Пунктиром на фиг. 5 показана штатная система ГТН; знаком система

ГТН, когда работает один турбокомпрессор, при этом регулирование сопловое (до мощности 8 <0,.5 Меном ) знаком система ГТН, когда работают последовательно оба компрессора и гаэ поступает в параллельно установленные газовые турбины, при этом регулирование последних сопловое.

Силовая установка содержит двигатель 1 внутреннего сгорания, потребитель 2 нагрузки (например, генератор тока), задатчик 3 режима работы (позиционер), воздушный ре" сивер 4, выхлопной коллектор 5, вспомогательный мотор 6, турбокомпрессор 7.наддува, подключенный через напорный трубопровод 8 и охладитель 9 наддувочного воздуха к воздушному ресиверу 4, турбонагреватель

10, подключенный через разъединительную муфту 11 к ротору 12 турбокомпрессора 7 и сообщенный с выхлопным коллектором 5 через газоподводящий канал 13, а с ресивером 4 - через воздухонапорйый канал 14 и охладитель 15 наддувочного воздуха, опловые аппараты 16 и 17 турбин турбокомпрессора 7 и турбонагнетателя 10. 8 гаэоподводящем канале 13 и в воздухонапорном канале 14 установлены запорные органы 18-20.

56

В = Г(п„, 5 92 ром установлена заслонка 27. Сопловые аппараты 16 и 17 турбин выполнены регулируемыми и подключены к датчику 21 изменения нагрузки ° по времени и к блоку 24 сравнения сигналов через усилитель 28 и исполнительный механизм 29. Запорные органы 18-20 сблокированы между собой и с разъединительной муфтой 11, а также вместе с заслонкой 27 подключены к задатчику 3 режима работы через исполнительные механизмы 30-33. Работой вспомогательного мотора управляет также исполнительный механизм 34, который снабжен реле времени (не показано) и под" соединен также к задатчику 3 режима работы. Охладители 9 и 15 наддувочного воздуха выполнены состоящими из ряда секций, установленных в одном корпусе, и соединены воздушным ресивером 4 с цилиндрами 3 двигателя 7.

Датчик 22 действительного значения коэффициента избытка воздуха подключен через делитель 36 к датчику 37 давления наддувочного воздуха и датчику 38 температуры наддувочного воздуха, установленными в напорном трубопроводе 8, а также че" рез функциональный преобразователь

39 к измерителю 40 частоты вращения, коленчатого вала двигателя 1 и к регулятору 41 частоты вращения.

Сигнал, выходящий из делителя 36 и поступающий в датчик 22, характеризует мгновенное значение весового заряда воздуха G, поступающего в цилиндры 35 двигателя 1. В датчик 22 поступает также электри" ческий сигнал от функционального. преобразователя 39, характеризующий мгновенное значение цикловой . подачи топлива q .. функциональный преобразователь 39 заложена в мате-, матической форме характеристика топливного насоса данного конкретного двигателя (фиг. 3) где В - часовой расход топлива;

nä — частота вращения коленчатого вала двигателя;

h - ход рейки топливного насоса.

Еаким образом, в датчик 22 поступают два сигнала, один из них пропорционален мгновенному значению весового заряда воздуха, а другой2303 6 мгновенному, значению цикловой- подачи топлива. В датчике 22 эти два сигнала преобразуются в сигнал, поступающий в блок 24 сравнения, пропорциональный мгновенному действительному значению коэффициента избытка воздуха Ыцна цикл. В эталонном блоке задания коэффициента избытка воздуха вырабатывается сигнал, пропорциональный значению оптимального коэффициента избытка воздуха при котором индикаторный

КПД «); двигателя 1 имеет максимальHot: sHG÷åíèå. Для этого в память . программного устройства, находящегося в эталонном блоке 23 заложена характеристика (фиг. 4) двигателя

1); = и (пд,(ц ), определяющая для каждого скоростного режима двигателя 1, то значение опт, при котором индикаторный КПД rj. имеет максимальное значение. В эталонный блок 23 поступает сигнал от задатчика 3 режима работы. Сигнал от блока 24 сравнения сигналов поступает в усилитель 28, в который поступает также сигнал от датчика 21, пропорциональный величине производной нагрузки NH по времени р"—

Силовая установка работает следующим образом.

При запуске двигателя задатчик

3 режима работы (позиционер) устанавливается в такое положение,при котором вырабатывается сигнал для установки в определенное положение различных устройств двигателя 1.

Запорный-орган 18 устанавливается в положение, при котором все отработавшие газы поступают в турбокомпрессор 7 наддува. Заслонка

27 устанавливается в положение, при котором воздух из турбокомпрессора

7 поступает в трубопровод 8. Запорный орган 20 открыт, а орган 19 закрыт, что позволяет наддувочному воздуху поступать в охладители 9 и 15, предотвращая поступление воздуха в воздухонапорный канал 14.

Муфта 11 разъединена. Вспомогатель" ный мотор 6 включен и раскручивает ротор 12 турбокомпрессора 7. Включается подача топлива, двигатель запускается. и отработавшие газы начинают поступать в выхлопной коллектор 5 и в турбину турбокомпрес9223

7 сора 7. В период запуска двигателя зрдатчик 3 режима работы не управляет работой программного усТройства эталонного блока 23, После запуска двигателя и пере- 5 вода эадатчика 3 режима работы рукоятки позиционера на рабочие режимы под нагрузкой, программное устройство эталонного блока 33 получает информацию о задаваемом скоростном и мощностном режиме. При каждом изменении положения эадатчика 3 (перевод рукоятки поэиционера) с режима меньшей мощности на режим большей мОщности исполнительный меха" 15 ниэм 34 с реле времени включает вспомогательный мотор 6, обеспечивая этим подкрутку турбокомпрессора 7, увеличение давления наддува и улучшение протекания рабочего процесса в цилиндрах 35 двигателя 1.

После включения в работу программного устройства эталонного блока 23 оно выдает сигнал, пропорциональный заданному оптимальному значению коэффициента избытка воздуха опт, который, поступая на вход . блока 24 сравнения, сравнивается с сигналом, поступающим от датчика

22, пропорциональным значению действительного коэффициента избытка воздуха в цилиндрах двигателя ;цд .

Этот сигнал формируется датчиком

22 по сигналам, пропорциональным весовому заряду G и цикловой по35 дачи топлива q

Сигнал ошибки с блока 24 сравнения сигнала поступает на один из входов усилителя 28, который вместе с исполнительным механизмом 29 образуют следящее устройство, управляющее сопловыми аппаратами 16 и 17. По сигналу ошибки сопловые аппараты 16 и 17 устанавливаютсяв положение, обеспечивающее равенст- 4 во значения 4 одт = ц

При изменении положения эадатчика 3 режима работь (при переводе позиционера ) на увеличение циклоФ вой подачи топлива залорный орган

18 занимает положение, при котором газы поступают в газовые турбины турбокомпрессора 7 и турбонагнетателя 10 муфта 11 соединена, воздух из турбокомпрессора 7 поступает. через перепускной канал 26 на вход компрессора турбонагнетателя 10 °

При этом заслонка 27 занимает положение (показано штриховыми линия03 8 ми), предотвращающее перетекание воздуха по напорному трубопроводу 8 на вход в охладитель 9. Иэ турбонагнетателя 1О воздух поступает в охладители 9 и 15, а из них - в воздушный ресивер 4 двигателя 1, при этом запорный орган 19 открыт, а орган 20 закрыт.

При резком увеличении нагрузки на двигатель датчик 21 изменения нагрузки по времени, соединенный с усилителем 28 независимо от сигнала, поступающего от блока 24 сравнения сигналов, управляет работой исполнительного механизма 29, увеличивая, как быстродействие системы, так и ее интенсивность.

Таким образом, применение предлагаемого устройства позволит улучшить воздухоснабжение и характеристики двигателя внутренного сгорания при установке его в силовой установке транспортного средства. Это обеспечивается применением датчиков, следящих за измерением нагрузки и выдающих сигнал на исполнительные механизмы регулируемых сопловых аппаратов турбин, а также запорных орга1 нов и заслонки при переходе на двухступенчатый наддув. формула изобретения

Силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания, соединенный с потребителем нагрузки и снабженный воздушным ресивером, выхлопным коллектором и задатчиком режима работы, вспомогательный мотор, турбокомпрессор наддува, соединенный с последним и подключенный через напорный трубопровод к воздушному ресиверу, турбонагнетатель, подключенный через разьединительную муфту к ротору турбокомпрессора и сообщенный с выхлопным коллектором и с ресивером при помощи газоподводящего и воздухонапорного каналов с запорными органами, сблокированными между собой и с разьединительной муфтой, и сопловые аппараты турбин, установленные в турбокомпрессоре и турбонагнетателе отличающаяся тем, что, с целью улучшения воздухоснабжения и характеристик двигателя, она догюлнительно снабжена датчиком изменения нагрузки по времени, уста9 922303 10. новленным на -потребителе. нагрузки, мыми и подключены к датчику изменедатчиком действительного значения ния нагрузки по времени и к блоку коэффициента избытка воздуха, эта- сравнения сигналов, à запорные орлонным блоком задания коэффициента ганы и заслонка подключены к задатизбытка воздуха и блоком сравнения 5 чику режима работы. сигналов от датчика действительного Источники информации, значения и эталонного блока, на- принятые во внимание при экспертизе порный трубопровод турбокомпрессора 1. Авторское свидетельство CCCP подсоединен через перепускной канал 11 681204, кл. F 02 8 37/00> 1979. с заслонкой к всасывающему отвер- о 2. Авторское свидетельство СССР стию турбонагнетателя, сопловые an- Г1 543773, кл. F 02 8 37/00 1977 параты турбин выполнены регулируе- (прототип).