Силовая установка

, 5 Й) СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Изобретение машиностроения, строению и, в ч установкам с дв сгорания и с ре дувомИзв содерж сгоран лем на ком ре вером могате естны также силов ащие двигатель вн я, соединенный с рузки и снабженн жима работы, воэд выхлопным колле льный мотор, турбое устан треннег потреби й задат шным ре тором, компрес к потносится к области а именно двигателе стности, к силовым гателем внутреннег улируемым турбонад Известны силовые установки, содержащие двигатель внутреннего сгорания, соединенный с потребителем н грузки турбокомпрессор наддува и вспомогательный мотор, соединенный с последним и снабженный регулятором оборотов, к исполнительному механизму которого подключен блок задания, связанный с задатчиками па раметров наддувочного воздуха, числа оборотов и положения органа доэирования подачи топлива, причем потребитель нагрузки снабжен датчиком изменения нагрузки по времени, подсоединенным к исполнительному ме ханиэму регулятора оборотов вспомогательного мотора 111 . Однако такие силовые установки обладают ограниченными возможностя" ми по улучшению воздухоснабжения двигателя на частичных нагрузках и на переходных режимах, особенно при применении в них высокофорсиро" ванного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом. В этом случа 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.922303 4 й 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 кото 3наддува, 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 и воэдухонапорного каналов с запорными органами, сблокированными между собой и с разъединительной мутой, и сопловые аппараты турбин, установленнь 1 е на турбокомпрессоре и турбонагнетателе 21. В таких силовых установках применяются нерегулируемые агрегаты наддува на двигателе, сжатие наддувочного воздуха происходит в однойступени нагнетателя и отсутствуютустройства, сигнализирующие о режимеработы двигателя и задаоцие требуемый режим регулирования воздухоснабжения. Все это не позволяет обеспечить требуемый характер протеканиявнешней скоростной характеристикивысокофорсированного 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 всасываоцему 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 0 15 г 5 30 33 40 4воздушными трактами турбокомпрессора и турбонагнетателя, на фиг,3 экспериментальная зависимость-характеристика топливного насосаВ 4 "- т(пд, Ь); на фиг, 4 - экспериментальная зависимость 1 - 1 ( , пд);на фиг. 5 - зависимости тепловозного дизельгенератора ЗД 70 мощ-.ностью 4000 л, с, при 1000 об/мин ссистемами газотурбинного наддува(ГНТ),Пунктиром на фиг. 5 показанаштатная система ГТН; знаком системаГТН, когда работает один турбокомпрессор, при этом регулирование сопловое (до мощности Не 0,5 Меном )знаком система ГТН, когда работаютпоследовательно оба компрессора игаэ 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 режимаработы (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, турбонагреватель10, подключенный через разъединительную муфту 11 к ротору 12 турбокомпрессора 7 и сообщенный с выхлоп"ным коллектором 5 через газоподводящий канал 13, а с ресивером 4 - через воздухонапорйый канал 14 и охладитель 15 наддувочного воздуха,опловые аппараты 16 и 17 турбинтурбокомпрессора 7 и турбонагнетателя 10. В гаэоподводящем канале 13и в воздухонапорном канале 14 установлены запорные органы 18-20.5 92ром установлена заслонка 27. Сопловые аппараты 16 и 17 турбин выполнены регулируемыми и подключенык датчику 21 изменения нагрузкипо времени и к блоку 24 сравнениясигналов через усилитель 28 и исполнительный механизм 29. Запорныеорганы 18-20 сблокированы междусобой и с разъединительной муфтой 11,а также вместе с заслонкой 27подключены к задатчику 3 режимаработы через исполнительные механизмы 30-33. Работой вспомогательного мотора управляет также исполнительный механизм 34, который снабженреле времени (не показано) и под"соединен также к задатчику 3 режимаработы. Охладители 9 и 15 наддувочного воздуха выполнены состоящимииз ряда секций, установленных водном корпусе, и соединены воздушным ресивером 4 с цилиндрами 35двигателя 7,Датчик 22 действительного значения коэффициента избытка воздухаподключен через делитель 36 к датчику 37 давления наддувочного воздухаи датчику 38 температуры наддувочного воздуха, установленными в напорном трубопроводе 8, а также че"рез Функциональный преобразователь39 к измерителю 40 частоты вращения, коленчатого вала двигателя 1 и крегулятору 41 частоты вращения.Сигнал, выходящий из делителя 36и поступающий в датчик 22, характеризует мгновенное значение весового заряда воздуха Са, поступающего в цилиндры 35 двигателя 1. Вдатчик 22 поступает также электри"ческий сигнал от функционального.преобразователя 39, характеризующий мгновенное значение цикловой. подачи топлива о, .В функциональныйпреобразователь 39 заложена в мате-,матической форме характеристикатопливного насоса данного конкретного двигателя (Фиг. 3)В 4 = 9(пд, 9,где В 4 - часовой расход топлива;пд - частота вращения коленчатого вала двигателя;ход рейки топливного насоса.Еаким образом, в датчик 22 поступают два сигнала, один из них пропорционален мгновенному значению весового заряда воздуха, а другой 2303 6 15 20 25 30 35 45 56 55 мгновенному, значению цикловой подачи топлива. В датчике 22 эти два сигнала преобразуются в сигнал,поступающий в блок 24 сравнения, про.порциональный мгновенному действи"тельному значению коэффициента избытка воздуха Ыцна цикл, В эталонном блоке задания коэффициента из"бытка воздуха вырабатывается сигнал,пропорциональный значению оптимального коэффициента избытка воздухапри котором индикаторный КПД ); двигателя 1 имеет максимальное значение. Для этого в память . программного устройства, находящегося в эталонном блоке 23 заложена характеристика (фиг. 4) двигателя ); = )(пд,ц ), определяющая для каждого скоростного режима двигателя 1, то значение оопт , при котором индикаторный КПД П; 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 н по времени Силовая установка работает следующим образом,При запуске двигателя задатчик3 режима работы позиционер) устанавливается в такое положение,прикотором вырабатывается сигнал дляустановки в определенное положениеразличных устройств двигателя 1,Запорный.орган 18 устанавливается в положение, при котором всеотработавшие газы поступают в турбокомпрессор 7 наддува. Заслонка27 устанавливается в положение, прикотором воздух из турбокомпрессора7 поступает в трубопровод 8. Запорный орган 20 открыт, а орган 19закрыт, что позволяет наддувочномувоздуху поступать в охладители 9и 5, предотвращая поступление воз"духа в воздухонапорный канал 14,МуФта 11 разъединена. Вспомогатель"ный мотор 6 включен и раскручиваетротор 12 турбокомпрессора 7. Включается подача топлива, двигательзапускается. и отработавшие газыначинают поступать в выхлопнойколлектор 5 и в турбину турбокомпрес.35 40 45 50 5 7 9сора 7. В период запуска двигателязрдатчик 3 режима работы не управляет работой программного усТройства эталонного блока 23,После запуска двигателя и перевода эадатчика 3 режима работы рукоятки позиционера на рабочие режимыпод нагрузкой, программное устройство эталонного блока 33 получаетинформацию о задаваемом скоростноми мощностном режиме, При каждомизменении положения эадатчика 3(перевод рукоятки поэиционера) с режима меньшей мощности на режим большей мОщности исполнительный меха"ниэм 34 с реле времени включаетвспомогательный мотор 6, обеспечиваяэтим подкрутку турбокомпрессора 7,увеличение давления наддува и улуч"шение протекания рабочего процессав цилиндрах 35 двигателя 1,После включения в работу про"граммного устройства эталонного блока 23 оно выдает сигнал, пропорциональный заданному оптимальному значению коэффициента избытка воздуха опт, который, поступая на вход .блока 24 сравнения, сравниваетсяс сигналом, поступающим от датчика22, пропорциональным значению действительного коэффициента избытка воздуха в цилиндрах двигателя д;цд .Этот сигнал Формируется датчиком22 по сигналам, пропорциональнымвесовому заряду 6 и цикловой подачи топлива ц,Сигнал ошибки с блока 2 ч сравнения сигнала поступает на один извходов усилителя 28, который вместес исполнительным механизмом 29образуют следящее устройство, управляющее сопловыми аппаратами 16и 17. По сигналу ошибки сопловыеаппараты 16 и 17 устанавливаются.в положение, обеспечивающее равенство значения фопт = анПри изменении положения эадатчика 3 режима работь (при переводепозиционера ) на увеличение циклоФвой подачи топлива залорный орган18 занимает положение, при которомгазы поступают в газовые турбинытурбокомпрессора 7 и турбонагнетателя 10 муфта 11 соединена, воздух из турбокомпрессора 7 поступаетчерез перепускной канал 26 на входкомпрессора турбонагнетателя 10При этом заслонка 27 занимает положение (показано штриховыми линия 22303 8 ми), предотвращающее перетеканиевоздуха по напорному трубопроводу 8на вход в охладитель 9. Из турбонагнетателя 10 воздух поступает вохладители 9 и 15, а из них - ввоздушный ресивер ч двигателя 1,;при этом запорный орган 19 открыт,а орган 20 закрыт.При резком увеличении нагрузки 0 на двигатель датчик 21 изменениянагрузки по времени, соединенный сусилителем 28 независимо от сигнала, поступающего от блока 211сравнения сигналов, управляет рабо той исполнительного механизма 29,увеличивая, как быстродействие системы, так и ее интенсивность.Таким образом, применение предлагаемого устройства позволит улучшить 20 воздухоснабжение и характеристикидвигателя внутренного сгорания приустановке его в силовой установкетранспортного средства. Это обеспечивается применением датчиков, следя щих за измерением нагрузки и выдающих сигнал на исполнительные механизмы регулируемых сопловых аппаратов турбин, а также запорных орга 1нов изаслонки при переходе на двухЗо ступенчатый 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 газо- подводящего и воздухонапорного каналов с запорными органами, сблокированными между собой и с разьединительной муфтой, и сопловые аппараты турбин, установленные в турбокомпрессоре и турбонагнетателе о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения воздухоснабжения и характеристик двигателя, она догвлнительно 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 блокукоэффициента избытка воздуха, эта- сравнения сигналов, а запорные ор"лонным 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 экспертизепорный трубопровод турбокомпрессора . 1, Авторское свидетельство СССРподсоединен через перепускной канал Ы 681204, кл. Г 02 В 37/00, 1979.с заслонкой к всасывающему отвер" о 2. Авторское свидетельство СССРстию турбонагнетателя, сопловые ап 543773, кл. Г 02 В 37/00 в 1977параты турбин выполнены регулируе- (прототип).1