Двигатель внутреннего сгорания с наддувом

(51) 4 Р 02 В 37/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН ПАТЕНТУ ГОСУДФРСТВЕННЬ 9 КОМИТЕТПЮ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(54) ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОИ(57) Изобретение позволяет повысить КПД двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Вал турбокомпрессора (ТК) 4 связан с обратимой гидравлической машиной 1 О, выпускной трубопровод 14 который подключен к гидромотору 15 и выполнен с установленным в нем переключающим клапаном 30. К впускному трубопроводу 12 обратимой машины 103 151 через обратный клапан 29 подключен вспомогательный насос 27 с электромотором 26, Если ДВС 1 выполнен в виде мощного двухтактного дизеля, то при запуске, разгоне и на режимах с нагрузкой ниже 507 мощности блок 21 управления включает насос 27, переводит машину 1 О на работу в режиме гидравлического двигателя и переводит ,клапан 30 в положение, при котором трубопровод 14 сообщается с каналом 31 слива. Мощность гидравлического двигателя регулируется блоком 21 управления. В зависимости от заданного давления наддува и/или частоты вращения вала двигателя при мощности выше7766 1 О 5 503 номинальной производится перевод машины 1 О на работу в режиме насоса, отключение вспомогательного насоса 27 и перевод клапана 30 в положение, позволяющее использовать гидромотор 15. Машина 10 потребляет избыточную энергию турбины ТК и передает ее гидро мотору, а тот одному из потребителей - электрогенератору, двигателю внутреннего сгорания или вспомогательному агрегату систем охлаждения и смазки. Блок управления может быть снабжен микропроцессором, который согласовывает потребляемую мощность с параметрами двигателя. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с наддувом посредством турбокомпрессора.Цель изобретения - повышение КПД двигателя, 25На Фиг.1 приведена схема двигателя, турбокомпрессора и устройства для преобразования избыточной энергии отработавших газов; на фиг.2 - схема связи гидромотора с валом двигателя; О на фиг.З - схема связи гидромотора с двигателем и схема подключения управляемой муфты к блоку управления, вариант; на фиг.4 - схема одновременной связи гидромотора с двигателем и генератором; на фиг.5 - схема связи гидроматора с одним из вспомогательных агрегатов систем охлаждения и смазки.Двигатель 1 внутреннего сгорания, в частности мощный дизельный двига О тель, выполнен с газовыпускным 2 и наддувочным 3 коллекторами. К двигателю подсоединен турбокомпрессор 4, турбина 5 которого работает на отработавших газах двигателя и подключе на к гаэовыпускному коллектору 2, а компрессор 6 подключен к наддувочному коллектору 3. Турбинное и компрессорное рабочие колеса расположены на общем валу 7, который не связан с при- О водным валом 8 двигателя.Турбокомпрессор 4, работающий на отработавших газах, имеет столь высокий КПД, что энергия отработавших газов может оказаться больше той, которая нужна для подачи в двигатель такого количества воздуха, которое необ,ходимо для обеспечения оптимального коээфициента избытка воздуха по меньшей мере в верхнем диапазоне нагрузки; эта энергия может быть преобразована в механическую энергию при помощи соответствующего устройства.С валом 7 турбокомпрессора 4 через редуктор 9 кинематически связана обратимая гидравлическая машина 10, сообщенная с резервуаром 11 для масла через впускной трубопровод 12, снабженный обратным клапаном 13, который пропускает масло только в направлении всасывания. Выпускной трубопровод 14 этой машины подключен к гидромотору 15, который сообщен своим сливом 16 с резервуаром 11. Гидромотор 15 может отдавать свою мощность потребителю,На фиг. 1 показан пример, в ко" тором единственным потребителем мощности является электрогенератор 17. Гидромотор в этом случае выполнен быстроходным.На фиг.2 показан тихоходный гидро- мотор. Он связан с валом 8 двигате.- ля 1 через управляемую муфту 18 и упругую муфту 19 гашения крутильных колебаний. Муфта 18 выполнена обгонной.На фиг.З показан быстроходный гидромотор, который связан с валом двигателя через редуктор 20 и подключенную к блоку 21 управления управляемую муфту 22. В этом варианте муфта22 также может быть выполнена обгонной.На фиг,4 показана схема связщэлектрогенератора с валом двигателячерез редуктор 23 и с быстроходнымгидромотором через муфту 22. Электрошины и снабжен каналом 31 слива. Приперемещении переключающего клапанапрерывается связь обратимой машины10 с гидромотором 15 и масло из трубопровода 14 сливается в резервуарпо каналу 31 слива, Управление перемещением переключающего клапана осуществляется одновременно с включениемэлектромотора 26, соответствует продолжительности включения электромотора и производится по параметрам Ри/или Г и сигналу датчика частотывращения приводного вала двигателя п,мБлок 21 управления связан также с датчиком 32 давления масла во впускномтрубопроводе 12 и датчиком 33 давления масла в выпускном трубопроводе.Турбокомпрессор 4 выполнен с такимвысоким КПД, что когда мощность двигателя превышает приблизительно 507 номинальной, турбина развивает известную мощность,При более низких нагрузках и в техслучаях, когда не требуется дополнительный привод турбокомлрессора, производительность обратимой гидравлической машины с помошью блока управления устанавливается на "нуль , т.е.подача устанавливается на минимальное значение. Для этого переключающий клапан перемещается в положение,лри котором трубопровод 14 сообщается с каналом 31 слива. Обратимая машина не эксплуатируется,Вспомогательный насос 27 используется на мощном двухтактовом дизелена режимах ускорения и пуска, когдане хватает энергии отработавших газов,Для этого во время пуска этого дизеляпроисходят следующие процессы. Преждевсего посрЕдством соответствующей команды от блока 21 управления приводится во вращение насос 27, нагнетающиймасло ло трубопроводу 12 в обратимуюгидравлическую машину 10, Переключающий клапан 30 находится в положении,в котором трубопровод 14 подключенне к гидромотору 15, а сообщен с каналом 31 слива, в результате чего масло, нагнетаемое насосом 27, возвращает я в резервуар 11Кроме того,посредством блока 21 управления объем обратимой машины устанавливаетсядля эксплуатации ее в режиме двигателя с мощностью, зависящей от давлениямасла в трубопроводе 12, ре гистрируемого датчиком 32. Блок управлениясогласовывает давление масла в соот 5 151776генератор 24 выполнен быстроходным.В этом случае, в зависимости от мощности гидромотора, либо уменьшаетсямощность двигателя 1, затрачиваемаяна привод электрогенератора 24, либоизбыточная мощность гидромотора передается к валу 8 двигателя черезвключенную муфту 22. Между валом 8двигателя и редуктором 23 установлена упругая муфта 19.На фиг.5 в качестве потребителямощности гидромотора показан агрегат25, являющийся одним из вспомогательных агрегатов систем охлаждения и 15смазки, например, насос, вентилятори т.п. В случае необходимости междуэтим агрегатом и гидромотором можетбыть установлен редуктор.Во всех случаях, независимо от ти-. 20па потребителя мощности, вырабатываемой гидромотором 15, избыточная энергия отработавших газов преобразуетсяв механическую при нагрузках двигателя, превышающих 503 номинальной мощности,Блок 21 управления содержит управляющее устройство, образованное ЭВМ,в частности микропроцессором, и регулирует передачу мощности от гидромотора на основе действительных значений рабочих параметров, измеряемыхдатчиками, такими как давление наддува Р и/или температура отработавшихгазов , и/или заданная величина наполнения Г,.,Одновременно перечисленные элементы позволяют использовать энергию двигателя внутреннего сгорания на режимах пуска и ускорения для разгона тур бокомпрессора 4, в частности, еслипод двигателем подразумевается мощный двухтактовый дизель. Для этогопредусмотрены дополнительные элементы, приводимые в действие, на тех режимах работы двигателя, на которыхэнергии отработавших газов недостаточно. Электромотор 26 привода вспомогательного насоса 27 связан с блоком 21 управления. Насос всасываетмасло иэ резервуара 11 и подает через трубопровод 28 во впускной трубопровод 12 обратимой машины. В трубопроводе 28 установлен обратный клапан29, пропускааций масло только в направлении впускного трубопровода. Переключающий клапан 30 выполнен с электрическим приводом, установлен в выпускном трубопроводе 14 обратимой ма 1517766ветствии с величиной мощности, требуемой для вращения турбокомпрессора в режиме пуска двигателя 1. Как только турбокомпрессор 4 разгонится до тре 5 буемой частоты вращения, производят пуск мощного двухтактового дизеля любым известным способом с управляемой подачей сжатого воздуха.Пуск четырехтактного дизеля может 10 быть осуществлен и без выполнения перечисленных операций. У мощного двухтактного дизеля обратимая машина продолжает работать в режиме двигателя примерно до 407 номинальной мощ ности. С увеличением мощности повышаается частота вращения турбокомпрессора и уменьшается объемный расход через машину 10, работающую в режиме двигателя. Для регулирования расхода 20 давление, зарегистрированное датчиком 32, преобразовывается в электрический сигнал, который сравнивается в блоке 2 1 управления с заданным значением. По разнице между измеренным 25 и заданным значениями производится изменение объема гидравлической машины. 10.Как только мощность двигателя 1 внутреннего сгорания превысит примерно 503 номинальной мощности, выключают вспомогательный насос и перемещают управляющий клапан по команде от блока управления в зависимости давления наддува, соответствующего этой мощности и/или от частоты вращения вала двигателя внутреннего сгорания. Поток масла из обратимой машины 10 направляется в гидромотор 15Обратимая машина начинает работать в 40 режиме насоса. В тех случаях, когда имеется управляемая муфта 22, она включается по сигналу блока 21 управления. В случае, если эта муфта выполнена обгонной, в виде муфты 18, 45 она включается при соответствующем рассогласовании частот вращения вала гидромотора и вала двигателя. Вне зависимости от этого блок управления устанавливает такую объемную подачу машины 10 (в режиме насоса), чтобы давление, зарегистрированное датчиком 33, достигло заданного эвачения, соответственно давлению наддува Р и/или температуре отработавших газов55 Т и/или заданной величине наполнения Р . При этом значении давление в трубопроводе 14 устанавливается таким, чтобы каждой рабочей точке работы двигателя с мощностью выше приблизительно 507. номинальной избыточная мощность турбины 5 отбиралась обратимой машиной 10 в качестве насоса и передавалась гидромотору 15, который, в свою очередь, передавал бы ее подключенным потребителям: электрогенератору 17, приводному валу 8 двигателя внутреннего сгорания, одновременно приводному валу 8 двигателя внутреннего сгорания и электрогенератору 24 или агрегату 25.Все указанные процессы меняются на обратные при уменьшении мощности двигателя внутреннего сгорания, например, из диапазона полной нагрузки в диапазон частичных нагрузокФормула изобретения1. Двигатель внутреннего сгорания с наддувом, содержащий турбокомпрессор, турбина которого подключена к выхлопному коллектору отработавших газов двигателя, компрессор подачи наддувочного воздуха подключен к наддувочному ресиверу двигателя, а турбинное и компрессорное колеса расположены на общем валу, обратимую гидравлическую машину регулируемой мощности, кинематически связанную с валом турбокомпрессора, сообщенную с резервуаром через впускной трубопровод, снабженный обратным клапаном, и подключенную к выпускному трубопроводу, в котором установлен переключающий клапан, снабженный каналом слива в резервуар и органом задания положения, который связан с датчиком давления наддува и датчиками давления во впускном и выпускном трубопроводах, гидро- мотор, подключенный своим входом к выпускному трубопроводу обратимой гидравлической машины и сообщенный своим сливом с резервуаром, и вспомогательные агрегаты систем охлаждения и смазки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения К 1 Щ, двигатель дополнительно снабжен датчиком температуры отработавших газов, датчиком наполнения и датчиком частоты вращения приводного вала двигателя, дополнительным обратным клапаном, вспомогательным насосом и электромотором с выключателем для привода насоса, причем орган задания положения переключающего клапана выполнен в виде блока управления, который включен между1517766 10 переключающим клапаном и датчиком дав. Двигатель по п. 1, о т л и ч а - ления, дополнительно связан с тчн с датчи- ю щ и и с я тем,что онснабаен электроками температуры отработавших газов, генератором и последний кинематичеснаполнения и частоты вращения и подсо- ки соединен с гидромотором. единен к выключателю электромотора при- - 5. Двигатель по п.4, о т л и ч а - вода вспомогательного насоса, а послпослед- ю щ и й с я тем, что мелду электроний подключен входом к езе вр р уару и генератором и гидромотором установлевыходом через дополнительный об ратный на отключаемая муфта, последняя подклапанк впускному т боу Ру пРоводу 10 соединена к блоку управления, а обратимой гидравлической машины. электрогенератор дополнительно кинематически связан с приводным валом дви 2. Двигатель по п. 1 о тт л и ч а - гателя через передачу с муфтой гашею щ и й с я тем чтчто блок управления ния крутильных колебаний. снабаен микропроцессором,3. Двигатель по и. 1, о т л и ч а - 6, Двигатель по п.1, о т л и ч аю щ и й с я тем что г оидр мотор свя- ю щ и и с я тем, что гидромотор кинечзан с валом двигателя через упругую матически связан с одним иэ вспомогаи управляем м фую уфты и последняя под- тельных агрегатов систем охлаждения и соединена к блоку управления, 20 смазки.1517766 Составитель М.файнФиг. Юз Редактор А.Козооиз Техоед М МоРгентал Корректор С,Черни Заказ 6300 Тирак 482 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина, 101