RU2008459C1 - Vehicle engine unit - Google Patents

Abstract

FIELD: transport engineering. SUBSTANCE: vehicle engine unit has internal combustion engine 1 communicating with turbocompressors 2 and 3 through exhaust and intake manifolds. Each turbocompressor has suction branch pipes 4 and 5 and exhaust branch pipes 6 and 7. Unit has also brake system compressor 8 with inlet branch pipe 9 set operation by internal combustion engine 1 and connected with supply mainline 10, cooler 11, evaporator 12 with restrictor 13 and expander 11 with check valve 15 connected in series by pipeline 16 with controlled valve 17. Evaporator 12 is connected with suction branch pipes 4 and 5 by air lines 18 and 19, and with inlet branch pipe 9 of compressor 8 by means of air line 20. EFFECT: enlarged operating capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к силовым установкам с двигателями внутреннего сгорания, эксплуатируемым на транспортных средствах, преимущественно на тепловозах. The invention relates to mechanical engineering, namely to power plants with internal combustion engines, operated on vehicles, mainly diesel locomotives.

Известна турбинная система загрузки для двигателя внутреннего сгорания, содержащая двигатель внутреннего сгорания, соединенный выхлопным и всасывающим трубопроводами с турбокомпрессором, воздушный компрессор, приводимый в движение двигателем и соединенный питательными трубопроводами с всасывающим трубопроводом турбокомпрессора и тормозной системой [1] . A known turbine loading system for an internal combustion engine, comprising an internal combustion engine connected by an exhaust and suction piping to a turbocharger, an air compressor driven by a motor and connected by feeding pipelines to a turbocharger suction piping and a brake system [1].

Недостатком системы является ухудшение эксплуатационных условий при изменяющихся в течение года температурах всасываемого воздушным компрессором атмосферного воздуха. The disadvantage of the system is the deterioration of operating conditions at varying temperatures of air absorbed by the air compressor during the year.

Известна силовая установка транспортного средства, содержащая двигатель внутреннего сгорания, турбокомпрессор, охладитель наддувочного воздуха и контур циркуляции охлаждающего агента, состоящий из испарителя, расширителя и холодильника, причем расширитель установлен в выпускной магистрали [2] . Known power plant of a vehicle containing an internal combustion engine, a turbocharger, a charge air cooler and a cooling agent circulation circuit consisting of an evaporator, an expander and a refrigerator, the expander being installed in the exhaust line [2].

Недостатком установки является ухудшение условий эксплуатации при изменяющихся погодно-климатических воздействиях вследствие поступления всасываемого воздуха различной температуры как во впускной воздухопровод двигателя внутреннего сгорания, так и в компрессор тормозной системы. The disadvantage of the installation is the deterioration of operating conditions under changing weather and climate influences due to intake of intake air of various temperatures both in the intake air duct of the internal combustion engine and in the compressor of the brake system.

Целью изобретения является повышение эффективности силовой установки транспортного средства. The aim of the invention is to increase the efficiency of the power plant of the vehicle.

Указанная цель 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, причем испаритель выполнен в виде холодной полости охладителя наддувочного воздуха, а расширитель подключен к выхлопному патрубку турбокомпрессора, снабжена компрессором тормозной системы и дополнительным турбокомпрессором с всасывающим патрубком, в расширителе установлен обратный клапан, испаритель снабжен дросселем, компрессор тормозной системы снабжен входным патрубком и выполнен с приводом от двигателя, а охладитель наддувочного воздуха подключен горячей полостью к всасывающим патрубкам турбокомпрессоров и сообщен с входным патрубком компрессора тормозной системы. This goal is achieved by the fact that the power plant of the vehicle, containing an internal combustion engine, a turbocharger, equipped with suction and exhaust pipes and communicated with the intake and exhaust manifolds of the engine, charge air cooler with hot and cold cavities and a circulation circuit of the cooling agent, including a sequentially installed evaporator , an expander and a refrigerator, the evaporator being made in the form of a cold cavity of a charge air cooler, and the expander is connected n to the exhaust pipe of the turbocharger, equipped with a brake compressor and an additional turbocharger with a suction pipe, a check valve is installed in the expander, the evaporator is equipped with a throttle, the compressor of the brake system is equipped with an inlet pipe and is driven by an engine, and the charge air cooler is connected to the suction pipes by a hot cavity turbochargers and is in communication with the inlet pipe of the compressor of the brake system.

На чертеже представлена принципиальная схема силовой установки транспортного средства. The drawing shows a schematic diagram of the power plant of the vehicle.

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, охладителя 11, испарителя 12 с дросселем 13 и расширителя 14 с обратным клапаном 15, последовательно соединенных между собой трубопроводом 16 с регулируемым вентилем 17, при этом испаритель 12 соединен с всасывающими патрубками 4 и 5 воздухопроводами 18 и 19, а с входным патрубком 9 компрессора 8 воздухопроводом 20. The installation consists of an internal combustion engine 1 communicated by exhaust and intake manifolds with turbocompressors 2 and 3, each of which has a suction 4 and 5 and exhaust 6 and 7 pipes, a compressor 8 of the brake system with an intake pipe 9, driven by an internal combustion engine 1 and connected to the supply line 10, cooler 11, evaporator 12 with a throttle 13 and an expander 14 with a check valve 15, connected in series with each other by a pipe 16 with an adjustable valve 17, while the evaporator 12 is connected suction pipes 4 and 5, conduits 18 and 19 and to the inlet duct 8 of the compressor 9 20.

Силовая установка транспортного средства работает следующим образом. При отклонении в сторону увеличения задаваемой условиями эксплуатации температуры всасываемого турбокомпрессорами 2 и 3 и компрессором 8 тормозной системы воздуха включается регулирующим вентилем 17 технологическая схема его охлаждения. В результате обеспечивается возможность циркуляции хладагента в виде легкокипящей жидкости, например фреона или аммиака, по теплообменным аппаратам: охладитель 11, испаритель 12 с дросселем 13 и расширитель 14 с обратным клапаном 15, последовательно соединенным между собой трубопроводом 16 с регулируемым вентилем 17. The power plant of the vehicle operates as follows. When the deviation is in the direction of the increase in the temperature set by the operating conditions of the intake air by the turbochargers 2 and 3 and the compressor 8 of the air brake system, a control circuit 17 for its cooling is switched on. As a result, it is possible to circulate the refrigerant in the form of a boiling liquid, for example, freon or ammonia, through heat exchangers: a cooler 11, an evaporator 12 with a throttle 13 and an expander 14 with a check valve 15, connected in series by a pipe 16 with an adjustable valve 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 хладагента. В результате теплообмена (известно, что температура отработанных газов после их расширения в турбокомпрессоре достигает 400^оС) в расширителе хладагент превращается в перегретый пар, т. е. осуществляется процесс его интенсивного расширения в данном теплообменном аппарате. Перегретый пар хладагента с возросшим давлением поступает в охладитель 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 хладагента в охладителе 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 легкокипящая жидкость (конденсат) хладагента с низкой температурой поступает в испаритель 12, где испаряется. Так как испаритель 12 соединен с воздухоприводами 18 и 19 и патрубком 9, то атмосферный воздух в результате отбора тепла процесса испарения хладагента снижает свою температуру до оптимально задаваемых значений по условиям эксплуатации силовой установки транспортного средства при изменяющихся погодно-климатических воздействиях. Известно, что поступление охлажденного (до оптимальных значений) воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания повышает эффективность рабочего процесса.During operation of the internal combustion engine 1, the exhaust gases from the turbochargers 2 and 3 through the exhaust pipes 6 and 7 enter the expander 14, where part of the heat is transferred to the wet vapor of the refrigerant. As a result, the heat exchange (it is known that the temperature of the exhaust gases after their expansion in the turbocharger reaches 400 ° ^C) in the expander refrigerant turns into superheated steam, t. E. The process is carried out it intensive expansion in the heat exchange apparatus. Superheated refrigerant vapor with increased pressure enters the cooler 11 (check valve 15 prevents the entry of superheated refrigerant vapor into the evaporator 12), where it is cooled at constant pressure under the influence of heat exchange with atmospheric air. Cooling of the refrigerant vapor in the cooler 11 occurs before condensation forms. Then the condensate obtained passes through an adjustable valve 17 and a throttle 13, in which it is throttled, which is accompanied by a decrease in temperature and pressure. From the throttle 13, a low-boiling liquid (condensate) of refrigerant with a low temperature enters the evaporator 12, where it evaporates. Since the evaporator 12 is connected to the air ducts 18 and 19 and the nozzle 9, the atmospheric air, as a result of heat extraction from the refrigerant evaporation process, reduces its temperature to optimally set values according to the operating conditions of the vehicle’s power plant under changing weather and climatic influences. It is known that the flow of chilled (up to optimal values) air into the cylinders of an internal combustion engine increases the efficiency of the working process.

Снижение температуры всасываемого воздуха компрессором тормозной системы повышает экономичность силовой установки транспортного средства в целом, т. к. наблюдается уменьшение отбираемой от двигателя внутреннего сгорания мощности для работы компрессора по выработке сжатого воздуха заданного объема в связи с тем, что понижение температуры всасываемого воздуха только на 1^оС повышает производительность компрессора на 0,3% . Кроме того, подача во всасывающие патрубки турбокомпрессоров атмосферного воздуха постоянных температуры и плотности приводит к работе лопаток турбины с постоянным давлением. Известно, что при изменяющихся погодно-климатических воздействиях атмосферного воздуха наблюдаются колебания давления, в результате возникают вынужденные колебания лопаток турбины, что может привести к их разрушению.A decrease in the temperature of the intake air by the brake system compressor increases the efficiency of the vehicle’s power plant as a whole, since there is a decrease in the power taken from the internal combustion engine to operate the compressor to produce compressed air of a given volume due to the fact that the decrease in the temperature of the intake air is only 1 ^о С increases compressor productivity by 0.3%. In addition, the supply of constant temperature and density to the intake pipes of the turbocompressors of atmospheric air leads to the operation of the turbine blades with constant pressure. It is known that under changing weather and climatic influences of atmospheric air, pressure fluctuations are observed, as a result of which forced vibrations of the turbine blades arise, which can lead to their destruction.

Наличие расширителя 14 в цепи циркуляции хладагента обеспечивает его движение по трубопроводу 16 и тепловым аппаратам 11, 12 и 13, т. к. расширитель 14 выполняет функции 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 в двигателе внутреннего сгорания компенсирует в большей степени отрицательное влияние повышения противодавления на выходе из турбины. (56) 1. Патент США N 4481773, кл. F 02 B 37/00, опублик. 1984. The presence of the expander 14 in the circuit of the refrigerant circuit ensures its movement through the pipeline 16 and the heat devices 11, 12 and 13, since the expander 14 performs the functions of a driving force. The presence of an expander at the gas outlet from the turbochargers leads to the need to overcome a slight additional hydraulic resistance (using, for example, an expander 14, for example, a plate heat exchanger with lower hydraulic resistance compared to the known heat exchangers), however, the improvement of the fuel combustion process in the internal combustion engine compensates to a greater extent the negative effect of increasing backpressure at the outlet of the turbine. (56) 1. U.S. Patent No. 4,481,773, cl. F 02 B 37/00, published. 1984.

2. Авторское свидетельство СССР N 1312204, кл F 02 B 29/04, 1985.  2. Copyright certificate of the USSR N 1312204, class F 02 B 29/04, 1985.

Claims (1)

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, причем испаритель выполнен в виде холодной полости охладителя наддувочного воздуха, а расширитель подключен к выхлопному патрубку турбокомпрессора, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, она снабжена компрессором тормозной системы и дополнительным турбокомпрессором с всасывающим патрубком, в расширителе установлен обратный клапан, испаритель снабжен дросселем, компрессор тормозной системы снабжены входным патрубком и выполнен с приводом от двигателя, а охладитель наддувочного воздуха подключен горячей полостью к всасывающим патрубкам турбокомпрессоров и сообщен с входным патрубком компрессора тормозной системы.  POWER INSTALLATION OF A VEHICLE, comprising an internal combustion engine, a turbocharger equipped with suction and exhaust pipes and connected to the intake and exhaust manifolds of the engine, charge air cooler with hot and cold cavities, and a coolant circulation circuit comprising a sequentially installed evaporator, expander and refrigerator, the evaporator is made in the form of a cold cavity of the charge air cooler, and the expander is connected to the exhaust pipe of the turbocomp quarrel, characterized in that, in order to increase efficiency, it is equipped with a compressor of the brake system and an additional turbocharger with a suction pipe, a check valve is installed in the expander, an evaporator is equipped with a throttle, the compressor of the brake system is equipped with an inlet pipe and is driven by an engine, and a charge cooler air is connected by a hot cavity to the suction pipes of the turbocompressors and is in communication with the inlet pipe of the compressor of the brake system.