СИСТЕМА ГАЗОТУРБИННОГО НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к системам газотурбинного наддува двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, в частности может быть использована в качестве системы воздухоснабжения тепловозных дизелей.
Известна система газотурбинного наддува ДВС транспортного средства, содержащая впускной канал, турбокомпрессор, впускной коллектор, двигатель внутреннего сгорания, выпускной коллектор, соединительный канал, глушитель, выпускной канал [Автомобильный справочник Бош. Перевод с англ. Первое русское издание. - М.: Издательство «За рулем», 1999. - 896 с].
Недостатком технического решения является низкая эффективность наддува и большое количество выбросов вредных веществ в атмосферу.
Система газотурбинного наддува двигателя внутреннего сгорания транспортного средства, содержащая впускной канал, турбокомпрессор, впускной коллектор, двигатель внутреннего сгорания, выпускной коллектор, соединительный канал, глушитель, выпускной канал, причем выпускной канал скреплен с наиболее узкой проточной частью воздушного диффузора [патент РФ №2324058, МПК F02B 37/02, опубл. 10.05.2008 г., Бил. №5, авторы Егоров А.В., «Система газотурбинного наддува двигателя внутреннего сгорания транспортного средства»].
Недостатком данного устройства является низкая эффективности наддува и большое количество выбросов вредных веществ в атмосферу.
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Техническим результатом является повышение эффективности наддува за счет увеличения КПД турбокомпрессора, повышение эксплуатационной надежности турбокомпрессора, за счет снижения закоксованности лопаток турбины, снижение удельного расхода топлива за счет уменьшения энергии активации сгорания топливовоздушной смеси, а также повышение экологической безопасности ДВС за счет уменьшения массовой концентрации выбросов сажи и оксидов азота.
Технический результат достигается тем, что в системе газотурбинного наддува двигателя внутреннего сгорания транспортного средства содержащей впускной канал, фильтр воздуха, компрессор, воздухоохладитель, впускной коллектор, двигатель внутреннего сгорания, выпускной коллектор, выпускной канал, ротор турбокомпрессора, турбину дополнительно установлен во впускном канале на входе в впускной коллектор ионизатор воздуха, в выпускном канале на входе в турбину установлен ионизатор продуктов сгорания, которые подключены к источнику высокого напряжения, а на выходе из выпускного коллектора в выпускном канале установлен фильтр продуктов сгорания, причем ротор турбокомпрессора посредством муфты связан с электродвигателем, а фильтр воздуха и фильтр продуктов сгорания выполнены в виде многоступенчатых микроциклонных очистителей.
Установка во впускном канале на входе в впускной коллектор ионизатора воздуха, подключенного к источнику высокого напряжения позволяет произвести интенсификацию процесса горения топливовоздушной смеси в цилиндрах ДВС за счет уменьшения энергии активации сгорания, в следствии чего снизится удельный расход топлива. Установка в выпускном канале на выходе из выпускного коллектора фильтра продуктов сгорания позволяет уловить значительную часть сажевых частиц, что приведет к повышению КПД турбокомпрессора и эксплуатационной надежности турбины за счет снижения закоксованности ее лопаток, а также повышению экологической безопасности ДВС. Установка в выпускном канале на входе в турбину ионизатора продуктов сгорания, подключенного к источнику высокого напряжения, позволяет уменьшить массовую концентрацию оксидов азота за счет воздействия на продукты сгорания коронным разрядом. Дополнительная раскрутка ротора турбокомпрессора электродвигателем через упругую муфту при работе ДВС на холостом ходу и малых нагрузках позволяет снизить удельный расход топлива за счет увеличения производительности турбокомпрессора. Выполнение фильтра воздуха и фильтра продуктов сгорания в виде многоступенчатого микроциклонного очистителя позволяет повысить КПД турбокомпрессора за счет уменьшения гидравлических сопротивлений в системе газовоздушного тракта ДВС.
На фигуре показана схема системы газотурбинного наддува двигателя внутреннего сгорания транспортного средства.
Система газотурбинного наддува двигателя внутреннего сгорания транспортного средства состоит из фильтра воздуха 1, компрессора 2, воздухоохладителя 3, впускного канала 4, ионизатора воздуха 5, впускного коллектора 6, двигателя внутреннего сгорания 7, выпускного коллектора 8, выпускного канала 9, фильтра продуктов сгорания 10, ионизатора продуктов сгорания 11, источника высокого напряжения 12, ротора турбокомпрессора 13, турбины 14, упругой муфты 15, электродвигателя 16.
Система газотурбинного наддува двигателя внутреннего сгорания транспортного средства работает следующим образом.
Всасываемый во впускной канал 4 атмосферный воздух очищается от твердых и аэрозольных частиц в воздушном фильтре 1, далее сжимается компрессором 2 и подается в воздухоохладитель 3. Охлаждение воздуха способствует увеличению объема воздушного заряда. Охлажденный воздух проходит через ионизатор 5 и попадает во впускной коллектор 6 двигателя внутреннего сгорания 7. Применение электротермической обработки воздуха на входе в впускной коллектор ДВС приводит к повышению энергии активации горения топлива на 5-20%, что позволит снизить удельный расход топлива. Продукты сгорания ДВС, выходя из выпускного коллектора 8, по выпускному каналу 9, попадают в фильтр продуктов сгорания 10. Фильтры воздуха и продуктов сгорания выполнены в виде многоступенчатых микроциклонных очистителей, которые обладают наименьшим гидравлическим сопротивлением из существующих фильтров твердых частиц. Очищенные от сажи продукты сгорания попадают в ионизатор продуктов сгорания 11, где под воздействием коронного разряда происходит снижение массовой концентрации оксидов азота, и далее совершают работу на турбине турбокомпрессора 14. Снижение закоксованности лопаток турбины позволяет повысить эффективность и эксплуатационную надежность турбокомпрессора, что приведет к сокращению количества неплановых ремонтов турбокомпрессора и снижению удельного расхода топлива. Питание ионизаторов воздуха 5 и продуктов сгорания 11 осуществляется источников высокого напряжения 12. При работе двигателя внутреннего сгорания на холостом ходу и режимах малой нагрузки ротор турбокомпрессора 13 дополнительно раскручивается электродвигателем 16 через упругую муфту 15. Это позволяет увеличить производительность турбокомпрессора и как следствие уменьшить удельный расход топлива. Отработанные на турбине продукты сгорания выходят в атмосферу.
Предлагаемая система газотурбинного наддува двигателя внутреннего сгорания транспортного средства позволит снизить закоксованность лопаток турбины в 10 раз, как следствие - повысить эксплуатационную надежность турбокомпрессора, увеличить КПД турбокомпрессора на 5-7%, уменьшить энергию активации сгорания топлива на 3-5%, как следствие - снизить удельный расход топлива на 2-4%, а так же позволит уменьшить массовую концентрацию выбросов сажи и оксидов азота в 8-10 раз.