RU193000U1 - Устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания содержит турбокомпрессор 33, включающий турбину 1, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания 2, и компрессор 3, выход которого через дроссельную заслонку 4 сообщен с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания 5, теплообменник 6 паровой турбины 7, впуск которой через регулируемую паровую заслонку 8, аккумулятор пара 9, обратный клапан 10 и сепаратор 11 сообщен с выходом теплообменника 6, а выпуск через обратный клапан 12 соединен со входом конденсатора 13, выход которого сообщен с входом резервуара 14, насос 15, включенный между выходом резервуара 14 и входом теплообменника 6, блок управления 16, информационные входы которого электрически связаны с датчиками температуры и давления 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, установленными на входе компрессора, входе дроссельной заслонки, на входном и выходном коллекторах двигателя внутреннего сгорания, блоках цилиндров двигателя внутреннего сгорания, аккумуляторе пара и теплообменнике, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора 25, а его управляющие выходы подключены к дроссельной заслонке 4, регулируемой паровой заслонке 8, насосу 15, сепаратор 11, соединенный с выходом теплообменника и имеющий выход конденсата и выход пара, аккумулятор пара 9, вход которого через обратный клапан 10 соединен с выходом пара сепаратора 11, первый выход аккумулятора пара 9 сообщен через регулируемую паровую заслонку 8 с впуском паровой турбины 7, при этом паровая турбина размещена на валу турбокомпрессора. Устройство содержит выхлопной патрубок 26, внутри которого установлены форсунками подачи пара 27 и форсунки распыла жидкости 28, установленный на втором выходе аккумулятора пара 9 управляемый двухканальный электромагнитный клапан 29, первый канал которого сообщен с конденсатором 13, а второй - с форсунками подачи пара 27 в выхлопном патрубке 26, установленный на втором выходе сепаратора 11 управляемый двухканальный электромагнитный клапан 30, первый канал которого сообщен с резервуаром 14, а второй - с насосом высокого давления 31, управляющие выходы блока управления подключены, кроме того, к управляемому двухканальному электромагнитному клапану 29 и управляемому двухканальному электромагнитному клапану 30, а также к насосу высокого давления 31, для пополнения устройства жидкостью к резервуару 14 подключена емкость 32 с заправочной горловиной.Устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания позволяет обеспечить адаптивное управление наддувом, а также увеличение общего коэффициента полезного действия поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Description

Полезная модель относится к двигателестроению, а именно к двигателям внутреннего сгорания, работающим с управляемым турбонаддувом.

Применение турбонаддува, основанного на использовании энергии отработавших газов двигателя, приводящих во вращение турбину турбокомпрессора и установленный с ней на одном валу компрессор, который сжимает воздух и нагнетает его во входной коллектора двигателя, является весьма эффективным решением.

Известно применение турбонаддува в двигателях внутреннего сгорания (Газотурбинный наддув двигателей внутреннего сгорания. М., Машгиз, 1961. 171 с. и Байков Б.П. и др. Турбокомпрессоры для наддува дизелей. Справочное пособие. М., «Машиностроение», 1975. 199 с.), направленного на увеличение выходной удельной мощности, уменьшение расхода потребляемого топлива и повышение коэффициента полезного действия двигателя.

Однако известные устройства имеют ряд негативных особенностей, характерных для двигателей с турбонаддувом, среди которых можно назвать эффект «турбоямы», под которым подразумевается запаздывание роста давления воздуха во входном коллекторе двигателя вследствие инерции нарастания давления выхлопных газов в турбине при резком нажатии на педаль акселератора. С другой стороны, после преодоления «турбоямы» имеет место резкое увеличение давления воздуха во входном коллекторе двигателя - так называемый «турбоподхват», также обусловленный инертностью турбокомпрессора.

Как известно, температура отработавших газов на выходе турбины турбокомпрессора может составлять несколько сот градусов, а их энергия используется неэффективно вследствие выброса в атмосферу. Двигатели внутреннего сгорания преобразуют приблизительно две трети энергии топлива в тепло, которое либо поглощается системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания, либо выводится через выхлопную систему.

Известна система наддува впускного тракта двигателя внутреннего сгорания с использованием энергии отработавших газов (патент RU 2572154), в состав которой входит трубчатый спиральный теплообменник, размещенный в выпускном тракте двигателя внутреннего сгорания, и насос, подающий в теплообменник жидкость (воду) из резервуара. За счет передачи тепловой энергии отработавших газов воде происходит ее нагрев и дальнейший переход в состояние перегретого пара высокого давления. Выпускной конец трубчатого спирального теплообменника снабжен установленным в рабочей полости турбины соплом, через которое струя пара высокого давления направляется на лопасти турбины и вращает его.

Такое техническое решение позволяет использовать не только кинетическую энергию движения отработавших газов в выпускном тракте, но и их тепловую энергию.

Кроме того, по мнению автора изобретения, предложенное техническое решение позволяет исключить эффект «турбоямы» в двигателе.

Однако при функционировании известного устройства может возникнуть ряд проблем.

Прежде всего, это обусловлено тем, что трубчатый спиральный теплообменник расположен в патрубке на входе турбины, что значительно снижает энергию отработавших газов (как за счет аэродинамики, так и за счет работы, производимой для преобразования воды в пар). Это может привести к снижению скорости вращения турбины и, возможно, на малых оборотах это снижение не будет компенсировано увеличением скорости ее вращения за счет энергии пара.

В известном устройстве энергия пара, попадающего на лопасти турбины, определяется температурой отработавших газов. Поэтому при резком нажатии на педаль акселератора так же, как и в описанных выше турбокомпрессорах, не произойдет необходимого адекватного увеличения скорости вращения турбины, то есть эффект «турбоямы» не снижается. Одновременно, в силу инерционности процесса преобразования воды в пар в известном устройстве возрастет негативный эффект «турбоподхвата».

Известен ряд устройств турбонаддува двигателя внутреннего сгорания (ЕР 2492458 A1, US 20120198840 A1, US 8281589 A1, US 20130186087 A1, US 20060232071 A1, US 20050262842), с турбокомпрессором, включающим турбину и компрессор, парогенератор, установленный в выходном трубопроводе двигателя внутреннего сгорания, и паровую турбину, приводимую во вращение паром, генерируемым парогенератором. Такое техническое решение позволяет повысить коэффициент полезного действия двигателя за счет дополнительного использования тепловой энергии отработавших газов и преобразования ее в механическую или электрическую энергию. Однако ввиду инерционности тепловых процессов, происходящих в парогенераторе, известные технические решения не позволяют обеспечить исключение эффекта «турбоямы» и «турбоподхвата» в двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом.

Известно устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания (US 8789370 В2). Известное устройство содержит турбокомпрессор, включающий турбину, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и компрессор, выход которого через последовательно включенные охладитель и дроссельную заслонку сообщен с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, воздушный фильтр, выход которого соединен с входом компрессора, катализатор, вход которого сообщен с выпуском турбины, а выход соединен с теплообменником. Устройство также содержит паровую турбину и вспомогательный компрессор, установленный на одном валу с паровой турбиной, конденсатор, резервуар для жидкости и насос. Устройство оснащено блоком управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками температуры и давления, установленными на входе компрессора, входе дроссельной заслонки, на входном и выходном коллекторах двигателя внутреннего сгорания и блоке цилиндров двигателя внутреннего сгорания, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора, а управляющий выход подключен к дроссельной заслонке.

В данном устройстве наддув воздуха во входной коллектор двигателя обеспечивается как традиционным турбокомпрессорам, так и вспомогательным компрессором, приводимым в действие паровой турбиной, которая является элементом замкнутого парового контура, по сути, играющего роль устройства утилизации отводящего тепла, которое включает теплообменник, размещенный на выходном патрубке двигателя, конденсатор, резервуар для жидкости и насос.

Такое решение позволяет использовать остаточную тепловую энергию отработавших газов и уменьшить требования к производительности и размерам основного турбокомпрессора. Управление производительностью перепускного канала производится управляемыми заслонками путем направления части отработавших газов по обводному патрубку.

Наиболее близким аналогом (прототипом), к заявляемой полезной модели является устройство (2017104229 от 09.02.2017 Устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания) содержащее турбокомпрессор включающий турбину, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и компрессор, выход которого через последовательно включенные охладитель и дроссельную заслонку сообщен с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, воздушный фильтр, выход которого соединен с входом компрессора, катализатор, вход которого сообщен с выпуском турбины, а выход соединен с теплообменником, паровую турбину, впуск которой через первый обратный клапан сообщен с выходом теплообменника, а выпуск соединен со входом конденсатора, выход которого сообщен с первым входом резервуара, насос, включенный между выходом резервуара и выходом теплообменника, и блок управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками температуры и давления, установленными на входе компрессора, входе дроссельной заслонки, на входном и выходном коллекторах двигателя внутреннего сгорания и блоке цилиндров двигателя внутреннего сгорания, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора, а его управляющий выход подключен к дроссельной заслонке, сепаратор, соединенный с выходом теплообменника и имеющий выход конденсата, соединенный со вторым входом резервуара, и выход пара, аккумулятор пара, вход которого через первый обратный клапан соединен с выходом пара сепаратора, первый выход аккумулятора пара сообщен с впуском паровой турбины, а его второй выход сообщен с входом конденсатора, регулируемую паровую заслонку, установленную между аккумулятором пара и впуском паровой турбины, между выпуском которой и входом конденсатора установлен второй обратный клапан, байпасный клапан, установленный между вторым выходом аккумулятора пара и входом конденсатора, дополнительные датчики температуры и давления, установленные на выходе компрессора, аккумуляторе пара и теплообменнике, контроллер управления паровой турбиной, информационные входы которого подключены к датчику акселератора и дополнительным датчикам температуры и давления, первый управляющий выход подключен к управляющему входу регулируемой паровой заслонки, а второй управляющий выход подключен к насосу, при этом паровая турбина размещена на валу турбокомпрессора, а блок управления и контроллер управления паровой турбиной объединены информационной магистралью.

Однако несмотря на технические преимущества известных устройств, в том числе прототипа, они имеют ряд недостатков, негативно влияющих на динамику управления. Это обусловлено тем, что регулировка скорости вращения паровой турбины определяется, прежде всего, скоростью изменения температуры пара в теплообменнике в зависимости от регулируемой заслонками (в соответствии с положением педали акселератора) плотности потока отработавших газов, проходящих через теплообменник. Данный процесс является весьма инерционным, так как температура пара, а следовательно, и скорость вращения паровой турбины не могут мгновенно изменить значение, соответствующее положению педали акселератора в конкретный момент времени. Вследствие этого в известном устройстве не в полном объеме может быть исключен эффект «турбоямы».

Вышеперечисленные устройства, наиболее близкие по технической сущности, имеют недостаточную эффективность работы турбонаддува. Например, вследствие того, что часть пара через байпасный клапан возвращается в конденсатор и далее в виде жидкости в резервуар, снижая тем самым динамику управления турбонаддувом и не эффективно расходуя энергию выхлопных газов двигателя. Кроме того с увеличением цикловой подачи топлива повышается и температура отработавших газов, а также противодавление на выпуске, что ведет к снижению эксплуатационных показателей, снижение же температуры отработавших газов позволяет снизить противодавление на выпускном коллекторе и как следствие увеличить мощность двигателя. Устранение данного недостатка возможно путем впрыска жидкости или пара в выпускной трубопровод для снижения температуры отработавших газов и противодавления в выпускном патрубке, с целью дальнейшего увеличения эффективности турбонаддува.

В основу технического решения полезной модели положена задача - создать устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания, в котором за счет управления утилизацией тепла отработавших газов обеспечивалось улучшение динамики управления, в частности достигалась компенсация эффектов «турбоямы» и «турбоподхвата», и, как следствие, повышалась приемистость двигателя внутреннего сгорания, что привело бы к повышению общего коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания, содержащем турбокомпрессор, включающий турбину, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и компрессор, выход которого через дроссельную заслонку сообщен с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, теплообменник паровой турбины, впуск которой через регулируемую паровую заслонку, аккумулятор пара, обратный клапан и сепаратор сообщен с выходом теплообменника, а выпуск через обратный клапан соединен со входом конденсатора, выход которого сообщен с входом резервуара, насос, включенный между выходом резервуара и входом теплообменника, блок управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками температуры и давления, установленными на входе компрессора, входе дроссельной заслонки, на входном и выходном коллекторах двигателя внутреннего сгорания, блоке цилиндров двигателя внутреннего сгорания, аккумуляторе пара и теплообменнике, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора, а его управляющие выходы подключены к дроссельной заслонке, регулируемой паровой заслонке, насосу, сепаратор, соединенный с выходом теплообменника и имеющий выход конденсата и выход пара, аккумулятор пара, вход которого через обратный клапан соединен с выходом пара сепаратора, первый выход аккумулятора пара сообщен через регулируемую паровую заслонку с впуском паровой турбины, при этом паровая турбина размещена на валу турбокомпрессора, согласно предлагаемой полезной модели содержит выхлопной патрубок, внутри которого установлены форсунки подачи пара и форсунки распыла жидкости, установленный на втором выходе аккумулятора пара управляемый двухканальный электромагнитный клапан, первый канал которого сообщен с конденсатором, а второй с форсунками подачи пара в выхлопном патрубке, установленный на втором выходе сепаратора управляемый двухканальный электромагнитный клапан, первый канал которого сообщен с резервуаром, а второй с насосом высокого давления, управляющие выходы блока управления подключены, кроме того, к управляемым двухканальным электромагнитным клапанам, а также к насосу высокого давления, для пополнения устройства жидкостью к резервуару подключена емкость с заправочной горловиной.

Технический результат полезной модели заключается в улучшении динамики управления, а именно минимизации эффектов «турбоямы» и «турбоподхвата», что повышает приемистость двигателя внутреннего сгорания. Названный технический результат достигается за счет организации управления турбонаддувом, функционирующего совместно с турбокомпрессором двигателя внутреннего сгорания, а также подачей жидкости или пара (или и то и другое) за турбиной турбокомпрессора, что позволяет обеспечить возрастание давления наддувочного воздуха на турбокомпрессоре и повышение частоты его вращения при резком увеличении топливоподачи акселератором.

В сравнении с прототипом, в котором обеспечивается увеличение или уменьшение крутящего момента компрессора, соответствующее текущему значению положения педали акселератора в предлагаемом устройстве предусмотрен дополнительно впрыск жидкости или пара (или и то и другое) в выпускной патрубок, что повышает эффективность устройства и его быстродействие.

Предложенное устройство имеет более эффективную систему регулировки потока наддувочного воздуха и использования энергии выхлопных газов.

Полезная модель поясняется чертежом. Связи, указанные между функциональными блоками, в общем случае являются многоканальными для обеспечения алгоритма работы заявленного устройства. Электропитание функциональных блоков осуществляться от бортового аккумулятора (на чертеже не показан).

Устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания 34 (чертеж) содержит турбокомпрессор 33, включающий турбину 1 и компрессор 3, выход которого через последовательно включенную дроссельную заслонку 4 сообщен с входным коллектором 5 двигателя внутреннего сгорания 34. Вход компрессора 3 соединен через воздушный фильтр (на чертеже не показан) с атмосферой, а на выпуске турбины 1 установлен теплообменник 6, на выходе которого закреплен выхлопной патрубок 26 и далее сообщен с атмосферой.

Устройство содержит блок 16 управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками температуры и давления, установленными на входе компрессора 3 (датчик 17), входе дроссельной заслонки 5 (датчик 18), на входном коллекторе 5 (датчик 19), блоке цилиндров (датчики 21,22), выходном коллекторе 2 (датчик 20) двигателя 34 внутреннего сгорания, в теплообменнике 6 (датчик 24), аккумуляторе пара 9 (датчик 23).

Кроме того, устройство содержит паровую турбину 7, установленную на одном валу с турбокомпрессором 33, конденсатор 13, вход которого через обратный клапан 12 сообщен с выпуском паровой турбины 7, а выход соединен с резервуаром 14 для жидкости (теплоносителя), в качестве которой может быть использована, например, вода. Резервуар 14 для жидкости соединен с емкостью 32 с заправочной горловиной для пополнения жидкостью. Выход резервуара 14 посредством трубопровода, на котором установлен насос 15, сообщен с входом теплообменника 6, выход которого сообщен с сепаратором 11, имеющим выход конденсата, который соединен с управляемым двухканальным электромагнитным клапаном 30, один выход которого сообщен со вторым входом резервуара 14 для жидкости, а второй сообщен с насосом высокого давления 31, который соединен с форсунками распыла жидкости 28 в выхлопном патрубке 26.

Выход пара из сепаратора 11 через обратный клапан 10 сообщен с аккумулятором 9 пара, первый выход которого через регулируемую паровую заслонку 8 сообщен с впуском паровой турбины 7, а его второй выход соединен с управляемым двухканальным электромагнитным клапаном 29, один выход которого сообщен с входом конденсатора 13, а второй сообщен с форсунками подачи пара 27 в выхлопном патрубке 26. Насос 15 и насос высокого давления 31 выполнены электрически управляемыми, управление которыми осуществляется блоком управления 16.

Регулируемая паровая заслонка 8, управляемый двухканальный электромагнитный клапан 29, управляемый двухканальный электромагнитный клапан 30 электрически управляемые, управление которыми осуществляется блоком управления 16.

Предложенное устройство, включающее паровую турбину 7, конденсатор 13, резервуар 14 для жидкости, емкость 32, теплообменник 6, сепаратор 11 и аккумулятор пара 9, выхлопной патрубок 26 с установленными в нем форсунками подачи пара 27 и форсунками распыла жидкости 28 представляет собой средство утилизации отводящего тепла от двигателя внутреннего сгорания 34.

Управление турбонаддувом, реализуемое за счет управления утилизацией отводящего тепла, осуществляется посредством блока управления 16. К блоку управления 16 подключен датчик 25 акселератора.

Устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.

При запуске поршневого двигателя внутреннего сгорания 34 поток атмосферного воздуха поступает на вход компрессора 3 турбокомпрессора 33, где происходит сжатие воздуха, проводящее к его нагреву. Далее воздушный поток через дроссельную заслонку 4 поступает во входной коллектор 5 и далее в цилиндры поршневого двигателя внутреннего сгорания 34. Количество поступающего воздуха регулируется блоком управления 16 по сигналам датчика акселератора 25 и датчиков температуры и давления 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24) путем управления дроссельной заслонкой 4.

Отработавшие газы, поступающие из выходного коллектора 2 поршневого двигателя внутреннего сгорания 34, направляются в турбокомпрессор 33, раскручивая установленные на общем валу турбину 1 и компрессор 3. Далее отработавшие газы, проходя через теплообменник 6, поступают в выхлопной патрубок 26, нагревая его стенки и далее в атмосферу. В теплообменнике 6 обеспечивается передача тепла от отработавших газов жидкости. По команде блока управления 16 насос 15 находится в отключенном положении, а жидкость из резервуара 14 в теплообменник 6 не поступает, который, соответственно, не генерирует пар.

Если на момент запуска поршневого двигателя внутреннего сгорания 34 пар в аккумуляторе пара 9 отсутствует или его количество недостаточное, например, после длительной стоянки транспортного средства, то паровая турбина 7 свободно вращается на валу турбокомпрессора 33. Если в аккумуляторе пара 9 имеется остаточный пар, то через регулируемую паровую заслонку 8 пар поступает на лопасти паровой турбины 7, создавая крутящий момент на валу турбокомпрессора 33.

По мере прогрева поршневого двигателя внутреннего сгорания 34 и, как следствие, увеличения температуры отработавших газов, повышается температура газов, поступающих на вход теплообменника 6. При нагреве теплообменника 6 до температуры, достаточной для парообразования жидкости, по сигналу датчика 24, установленного на теплообменнике 6, блок управления 16 формирует управляющий сигнал на включение насоса 15, который обеспечивает подачу жидкости в теплообменник 6. Интенсивность подачи жидкости на начальном этапе регулируется блоком управления 16 посредством изменения уровня управляющего сигнала, подаваемого на электрически управляемый насос 15 в соответствии с текущей температурой теплообменника 6, обеспечивая оптимальный процесс парообразования. Пар, который может содержать остаточное количество жидкости, поступает в сепаратор 11, где происходит разделение на фракции - жидкость и пар, при этом пар через обратный клапан 10 поступает в аккумулятор пара 9, а жидкость возвращается в резервуар 14 через управляемый двухканальный электромагнитный клапан 30 при открытом канале, сообщающем его с резервуаром 14.

В результате происходит наполнение паром аккумулятора пара 9, который через регулируемую паровую заслонку 8 подается на лопасти паровой турбины 7, создавая дополнительный крутящий момент на валу турбокомпрессора 33.

Пар с выпуска паровой турбины 7 через обратный клапан 12 поступает в конденсатор 13, где преобразуется в жидкость, которая поступает в резервуар 14. При достижении заданных значений температуры и давления пара в аккумуляторе пара 9 по сигналам датчика 23, установленного на аккумуляторе пара 9, блок управления 16 формирует управляющий сигнал, который подается на электрически управляемый насос 15 на снижение скорости перекачивания жидкости из резервуара 14 в теплообменник 6.

Таким образом, обеспечивается автоматическое поддержание температуры и давления пара в заданном рабочем диапазоне в аккумуляторе пара 9 и, соответственно, на входе регулируемой паровой заслонки 8.

Управление крутящим моментом паровой турбины 7 осуществляет блок управления 16 путем изменения положения регулируемой паровой заслонки 8 по сигналам датчика 25 акселератора, датчика 18 на выходе компрессора 3.

При резком нажатии на педаль акселератора и при наличии соответствующего сигнала с датчика акселератора 25 давление и температура отработавших газов и связанный с ними крутящий момент турбины 1 в силу тепловой инерции не может адекватно резко измениться. По управляющему сигналу с блока управления 16 в соответствии с сигналом с датчика акселератора 25 происходит практически мгновенное увеличение (от номинального значения) пропускной способности регулируемой паровой заслонки 8 и соответствующее увеличение крутящего момента паровой турбины 7, что позволяет минимизировать эффект «турбоямы» в поршневом двигателе внутреннего сгорания.

В случае недостаточной эффективности работы устройства управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания и дальнейшим поступлением сигнала с датчика акселератора 25 блок управления 16 подает сигнал на управляемый двухканальный электромагнитный клапан 30, который перекрывает выход, сообщенный со вторым входом резервуара 14 для жидкости, и открывает выход подачи предварительно разогретой в теплообменнике 6 жидкости от сепаратора 11 на насос высокого давления 31. Одновременно блоком управления 16 подается управляющий сигнал на насос высокого давления 31, который подает жидкость под высоким давлением в выхлопной патрубок 26 к форсункам распыла жидкости 28, при этом предварительно разогретая мелкодисперсная распыленная в выхлопном патрубке 26 жидкость, попадая на стенки выхлопного патрубка 26 и взаимодействуя с горячими выхлопными газами испаряется, устремляясь на выход из выхлопного патрубка 26, тем самым создавая разряжение в выхлопной системе поршневого двигателя внутреннего сгорания 34 и понижая температуру, увлекая за собой поток выхлопных газов, дополнительно раскручивая турбину 1 турбокомпрессора 33.

В случае недостаточной эффективности работы устройства управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания и дальнейшим продолжающимся поступлением сигнала с датчика акселератора 25, блок управления 16 подает сигнал на управляемый двухканальный электромагнитный клапан 29, который перекрывает выход, сообщенный со вторым входом в конденсатор 13, и открывает выход пара к форсункам подачи пара 27 в выхлопном патрубке 26, при этом пар, взаимодействуя с выхлопными газами, устремляется вместе с ними на выход в атмосферу, тем самым понижая температуру в выхлопном патрубке 26, создавая разряжение в объеме выхлопного патрубка 26 и повышая тем самым скорость движения выхлопных газов через турбину 1 турбокомпрессора 33.

При этом блок управления 16 подает сигналы на управляемый двухканальный электромагнитный клапан 29, управляемый двухканальный электромагнитный клапан 30 и насос высокого давления 31 только в случае наличия сигнала с датчика акселератора 25, а также при соответствующих сигналах с датчиков 23 температуры и давления газов в аккумуляторе 9, и 24 температуры и давления в теплообменнике 6. Если температура или давление пара в аккумуляторе пара 9 или производительность его образования в теплообменнике недостаточные, то блок управления 16 управляющие сигналы на управляемые двухканальные электромагнитные клапаны 29,30 и насос высокого давления 31 не подает до момента поступления соответствующих сигналов с датчиков 25 и 24.

В устройстве управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания предусмотрена некоторая потеря жидкости (пара) при работе форсунок подачи пара 27 и форсунок распыла жидкости 28, с целью обеспечения работы устройства, в устройстве установлена емкость 32 с заправочной горловиной для пополнения жидкости.

В целях снижения запаздывания реакции поршневого двигателя внутреннего сгорания 34 на нажатие педали акселератора и чрезмерное увеличение скорости вращения турбины 1 турбокомпрессора 33 с последующим резким возрастанием давления наддувочного воздуха на выходе компрессора 3 в предлагаемом устройстве в соответствии с информационным сигналом с датчика 18 на выходе компрессора 3, по управляющему сигналу с блока управления 16, будет произведено практически мгновенное снижение (от номинального значения) пропускной способности регулируемой паровой заслонки 8, закрытие канала подвода пара к форсункам подачи пара 27 и закрытие канала подачи жидкости к форсункам распыла жидкости 28 в выхлопном патрубке 26, подачей управляющих сигналов с блока управления 16 на управляемые двухканальные электромагнитные клапаны 29 и 30, что приведет к уменьшению крутящего момента паровой турбины 7 и позволит практически полностью исключить эффект «турбоподхвата» в поршневом двигателе внутреннего сгорания 34.

В случае возрастания давления пара в аккумуляторе пара 9 выше заданного критического значения, о чем будет сигнализировать датчик 23, блок управления 16 подаст команду на управляемый двухканальный электромагнитный клапан 29, через канал которого избыток пара, минуя паровую турбину 7, сбрасывается в конденсатор 13. Обратный клапан 12 исключает прохождение избытка пара к выпуску паровой турбины 7.

Для компенсации потери жидкости на распыл жидкости форсунками распыла жидкости 28 и подачу пара форсунками подачи пара 27 в выхлопной патрубок 26 к резервуару 14 подключена емкость 32 с заправочной горловиной, в которую по мере необходимости заливается жидкость.

Устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания представляет собой систему автоматического регулирования наддувов двигателя, что обеспечивает улучшение динамики управления наддувом, а также повышает общий коэффициент полезного действия поршневого двигателя внутреннего сгорания.

Claims (1)

1. Устройство управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания, содержащее турбокомпрессор, включающий турбину, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и компрессор, выход которого через последовательно включенную дроссельную заслонку сообщен с входным коллектором поршневого двигателя внутреннего сгорания, теплообменник, вход которого соединен с выпуском турбины, паровую турбину, впуск которой через обратный клапан сообщен с выходом теплообменника, а выпуск соединен со входом конденсатора, выход которого сообщен с первым входом резервуара, насос, включенный между выходом резервуара и входом теплообменника, блок управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками температуры и давления, установленными на входе компрессора, входе дроссельной заслонки, на входном и выходном коллекторах двигателя внутреннего сгорания и блоке цилиндров поршневого двигателя внутреннего сгорания, аккумуляторе пара и теплообменнике, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора, а его управляющие выходы подключены к дроссельной заслонке, к регулируемой паровой заслонке и к насосу, сепаратор, соединенный с выходом теплообменника и имеющий выход конденсата и выход пара, аккумулятор пара, вход которого через обратный клапан соединен с выходом пара сепаратора, первый выход аккумулятора пара сообщен с впуском паровой турбины, регулируемую паровую заслонку, установленную между аккумулятором пара и впуском паровой турбины, между выпуском которой и входом конденсатора установлен обратный клапан, при этом паровая турбина размещена на валу турбокомпрессора, отличающееся тем, что к выходу теплообменника присоединен выхлопной патрубок, внутри которого установлены форсунки подачи пара и форсунки распыла жидкости, выход конденсата из сепаратора соединен со вторым входом резервуара, через первый выход управляемого двухканального электромагнитного клапана, а второй выход которого соединен с насосом высокого давления, к которому подключены форсунки распыла жидкости в выхлопном патрубке, второй выход аккумулятора пара сообщен со вторым входом конденсатора через первый выход управляемого двухканального электромагнитного клапана, а второй выход которого соединен с форсунками подачи пара в выхлопном патрубке, устройство имеет в своем составе блок управления, управляющие выходы которого подключены к управляемым двухканальным электромагнитным клапанам и топливному насосу высокого давления.

Images