СИСТЕМА ПИТАНИЯ ВОЗДУХОМ КОМБИНИРОВАННОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВИХРЕВЫМ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРОМ НАДДУВОЧНОГО ВОЗДУХА

Предложение относится к области двигателестроения, а именно к системам питания двигателя воздухом и может быть использовано для повышения топливно-экономических и ресурсных показателей двигателей с наддувом.
Известна система охлаждения двигателя внутреннего сгорания с наддувом (Авторское свидетельство №992765 МПК F01P 3/22, опубл. 30.01.83, бюл. №4), состоящая из рубашки охлаждения блока цилиндров, радиатор и циркуляционный насос, водовоздушный радиатор, охладитель масла и охладитель воздуха и система охлаждения двигателя внутреннего сгорания (Авторское свидетельство №676743 МПК F01P 3/20, опубл. 30.07.79, бюл. №28) состоящая из двигателя, внутреннего контура охлаждения цилиндров с установленными в нем насосом, охладителем жидкости, датчиком температуры.
Общим недостатком известных систем охлаждения является то, что они обладают небольшой точностью регулирования в связи с большой инерционностью элементов устройства, а также значительными габаритными размерами.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявленной системе питания воздухом комбинированного двигателя с вихревым терморегулятором наддувочного воздуха является система питания воздухом комбинированного двигателя с глубоким охлаждением (Патент RU 168451 F02B 29/04, F01M 31/20, F02B 37/013. Опубл. 02.02.17, Бюл. №4) содержащая двигатель, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, компрессор, турбину, дополнительный выпускной трубопровод, нагнетающий трубопровод, глушитель, воздушный фильтр, воздушный трубопровод, охладительную турбину, охладительный компрессор, дополнительный воздушный трубопровод, охладительный трубопровод, вихревой охладитель, теплообменник.
Недостатком известной системы питания воздухом комбинированного двигателя с глубоким охлаждением является отсутствие возможности точного регулирования температуры наддувочного воздуха, а именно осуществления его подогрева до температуры 60-80°С, необходимой при работе дизеля на долевых нагрузках, особенно в условиях отрицательных температур окружающей среды. Длительная работа двигателя на долевых нагрузках, особенно при низкой температуре окружающей среды может привести к низкотемператному осмолению деталей двигателя и, следовательно, к снижению его ресурса, а также к снижению топливной экономичности.
Техническим результатом заявленной системы питания воздухом комбинированного двигателя с вихревым терморегулятором наддувочного воздуха является повышение точности регулирования температуры наддувочного воздуха.
Технический результат достигается системой питания воздухом комбинированного двигателя с вихревым терморегулятором наддувочного воздуха, содержащей двигатель с впускным и выпускным трубопроводами, компрессор, турбину, дополнительный выпускной трубопровод, нагнетающий трубопровод, глушитель, воздушный фильтр, воздушный трубопровод, охладительную турбину, охладительный компрессор, дополнительный воздушный трубопровод, охладительный трубопровод, вихревой охладитель и теплообменник, при этом установлены перепускные клапаны в вихревой охладитель и тепловой ресивер, сообщенные перепускным трубопроводом, при этом во впускном трубопроводе расположен датчик температуры наддувочного воздуха, связанный с электронным блоком управления.
Предложение поясняется рисунком, где изображена схема системы питания воздухом комбинированного двигателя с вихревым терморегулятором наддувочного воздуха.
Заявленная система питания воздухом комбинированного двигателя с вихревым терморегулятором наддувочного воздуха содержит двигатель 1 с впускным 2 и выпускным 3 трубопроводами, компрессор 4, турбину 5, дополнительный выпускной трубопровод 6, нагнетающий трубопровод 7, глушитель 8, воздушный фильтр 9, воздушный трубопровод 10, охладительную турбину 11, охладительный компрессор 12, дополнительный воздушный трубопровод 13, охладительный трубопровод 14, вихревой охладитель 15, тепловой ресивер 16, перепускной трубопровод 17, перепускные клапаны 18-21, электронный блок управления 22, датчик температуры наддувочного воздуха 23, теплообменник 24.
Заявленная система питания воздухом комбинированного двигателя с вихревым терморегулятором наддувочного воздуха работает следующим образом.
При работающем двигателе 1 отработавшие газы поступают из цилиндров двигателя 1 в выпускной трубопровод 3, а из него поступают на турбину 5 основного турбокомпрессора. Затем отработавшие газы поступают по трубопроводу 6 на охладительную турбину 11 дополнительного турбокомпрессора и далее через глушитель 8 выводятся в окружающую среду. Отработавшие газы на турбине 5 совершают работу по вращательному движению рабочего колеса турбины 5, которое жестко связано с рабочим колесом компрессора 4. Компрессор 4 нагнетает свежий заряд воздуха от воздушного фильтра 9 по воздушному трубопроводу 10, через нагнетающий трубопровод 7, теплообменник 24 и впускной трубопровод 2 в цилиндры двигателя 1. Свежий заряд воздуха в компрессоре 4 сжимается, его давление и температура повышаются. Отработавшие газы после турбины 5, которые еще обладают энергией, поступают на охладительную турбину 11, совершают работу по вращательному движению рабочего колеса охладительной турбины 11, которое жестко связано с рабочим колесом охладительного компрессора 12. Охладительный компрессор 12 нагнетает воздух от воздушного фильтра 9 по дополнительному воздушному трубопроводу 13 через охладительный трубопровод 14 в вихревой охладитель 15. В вихревом охладителе 15 (принцип работы которого основан на эффекте Ранка) воздушный поток от охладительного компрессора 12 поступает через сопловые отверстия в вихревые трубы, в которых происходит его температурное разделение на подогретый поток (формируется по периферии трубы) и холодный поток (формируется по центру трубы). Поток горячего воздуха выводится из вихревого охладителя 15 в окружающую среду через перепускной клапан 21, перепускной клапан 19 закрывается не позволяя подмешиваться горячему потоку к холодному. Холодный поток воздуха поступает через перепускной клапан 18 из вихревого охладителя 15 по трубопроводу в теплообменник 24, охлаждает в нем свежий заряд воздуха, поступающий по нагнетающему трубопроводу 7 от компрессора 4, и отводится в окружающую среду. Температура свежего заряда воздуха поступающего в цилиндры двигателя регулируется за счет изменения расхода холодного потока воздуха, поступающего из вихревого охладителя 15 по трубопроводу в теплообменник 24, за счет перепускного клапана 20, отводящего «излишки» холодного потока в окружающую среду. Управляющий сигнал на перепускной клапан 20 поступает от электронного блока управления который в свою очередь получает сигнал с датчика температуры наддувочного воздуха 23.
В случае, когда свежий заряд воздуха имеет значительно более низкую температуру, чем это необходимо для качественного протекания рабочего цикла двигателя (обычно 60-80°С), например, при работе двигателя на долевых режимах, особенно в условиях отрицательных температур окружающей среды в работу вступает «горячий» контур системы питания воздухом комбинированного двигателя с вихревым терморегулятором наддувочного воздуха состоящий из теплового ресивера 16, перепускного трубопровода 17 и перепускных клапанов 19 и 21. В рассматриваемом случае с датчика температуры наддувочного воздуха 23 поступает сигнал на электронный блок управления 22 где формируется управляющий сигнал о закрытии, поступающий на перепускные клапаны 18 и 21. Тогда горячий поток воздуха поступает из охладителя 15 по трубопроводу 17 в теплообменник 24, подогревает в нем свежий заряд воздуха, поступающий по нагнетающему трубопроводу 7 от компрессора 4, и отводится в окружающую среду. Температура свежего заряда воздуха поступающего в цилиндры двигателя регулируется за счет изменения расхода горячего потока воздуха, путем открытия (закрытия) перепускного клапана 21, отводящего «излишки» горячего потока в окружающую среду.