Привод турбокомпрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания

Полезная модель относится к области двигателестроения, конкретнее к системам воздухоснабжения двигателей внутреннего сгорания, в частности маневровых тепловозов, и может найти применение в стационарных и мобильных дизельных установках.
Известен привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания, содержащий входной и выпускной коллекторы двигателя, соединенные с турбокомпрессором, систему управления, отличающийся тем, что привод содержит ресивер с предохранительным клапаном, подающий трубопровод, управляемые электроклапан и муфту, блок управления, входящий в систему управления, причем дополнительная турбина соединена через управляемую муфту с валом ротора турбокомпрессора, а вход в дополнительную турбину соединен подающим турбопроводом через управляемый электроклапан с ресивером, который в свою очередь нагнетательным турбопроводом через обратный клапан соединен с внутренней полостью по крайней мере одного из цилиндров, при этом управляемые муфта и электроклапан соединены с блоком управления, а блок управления соединен с контроллером машиниста [Патент РФ №27647 МПК F02D 23/00, F02B 39/00, опубл. 10.02.2003, автор Носырев Д.Я., Романов Д.В. «Привод турбокомпрессора тепловозного двигателя внутреннего сгорания»].
Недостатком данного решения является низкая мощность, особенно на переходных режимах в условиях маневровой работы, связанная с инерционностью ротора турбокомпрессора.
Известен привод турбокомпрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания, содержащий впускной и выпускной коллекторы двигателя, соединенные с турбокомпрессором, систему управления, ресивер с предохранительным клапаном, подающий и нагнетательный трубопроводы, управляемый электроклапан, дополнительную турбину с муфтой, блок управления, входящий в систему управления, дополнительная турбина соединена через управляемую муфту с валом ротора турбокомпрессора, а вход в дополнительную турбину соединен подающим трубопроводом через управляемый электроклапан с ресивером, который нагнетательным трубопроводом через обратный клапан соединен с внутренней полостью по крайней мере одного из цилиндров, управляемые муфта и электроклапан соединены с блоком управления, а блок управления соединен с контроллером машиниста, отличающийся тем, что привод дополнительно снабжен вторым, третьим и четвертым управляемыми электроклапанами, дросселем, двумя соединительными трубопроводами, второй управляемый электроклапан установлен на нагнетательном трубопроводе и соединен с блоком управления, третий управляемый электроклапан и дроссель установлены на первом соединительном трубопроводе и соединены с блоком управления, первый трубопровод соединен с ресивером и входом в турбину турбокомпрессора, четвертый управляемый электроклапан установлен на втором соединительном трубопроводе и соединен с блоком управления, а второй соединительный трубопровод соединен с ресивером и впускным коллектором [Патент РФ №35129 МПК F02D 23/00, F02B 39/00, опубл. 27.12.2003, автор Носырев Д.Я., Скачкова Е.А., Романов Д.В. «Привод турбокомпрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания»].
Данное решение принято в качестве прототипа.
Недостатком данного решения является низкая мощность, особенно на переходных режимах в условиях маневровой работы, связанная с инерционностью ротора турбокомпрессора, а также сложность обеспечения необходимой мощности дополнительной турбины в условиях переходных режимов.
Техническим результатом является повышение мощности привода турбокомпрессора наддува в системе воздухоснабжения, особенно в переходных режимах, и обеспечение возможности кратковременного форсирования дизеля в номинальном режиме.
Технический результат достигается тем, что привод турбокомпрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания содержит впускной и выпускной коллекторы двигателя, соединенные с турбокомпрессором, систему управления, ресивер с предохранительным клапаном, подающий и нагнетательный трубопроводы, управляемый электроклапан, блок управления, входящий в систему управления, управляемую муфту, соединенную с валом ротора турбокомпрессора, нагнетательный трубопровод, который через обратный клапан соединен с внутренней полостью по крайней мере одного из цилиндров, управляемые муфта и электроклапан соединены с блоком управления, а блок управления соединен с контроллером машиниста дополнительно снабжен источником питания и асинхронным электродвигателем, который соединен через управляемую муфту с валом ротора турбокомпрессора, на его входе установлен датчик частоты вращения ротора и преобразователь частоты, первый выход которого соединен с блоком управления, а второй - с источником питания.
На чертеже приведена схема привода турбокомпрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания.
Привод содержит асинхронный электродвигатель 1, контроллер машиниста 2, блок управления 3, предохранительный клапан 4, ресивер выхлопных газов 5, преобразователь частоты 6, источник питания 7, датчик частоты вращения ротора 8, обратный клапан 9, управляемые электроклапаны 10, 11, 12, цилиндр дизеля 13, впускной и выпускной коллекторы 14, 15, турбокомпрессор 16, управляемую муфту 17, контрольный манометр 18, управляемый дроссель 19, нагнетательный трубопровод 20, соединительные трубопроводы 21, 22.
Привод турбокомпрессора транспортного двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом. Воздух из турбокомпрессора 16 поступает во впускной коллектор 14 и далее в цилиндры 13 двигателя. С помощью топливной системы (условно не показана) в цилиндры 13 подается топливо, топливовоздушная смесь сгорает с образованием продуктов сгорания, которые поступают в выпускной коллектор 15 и далее на вход в турбину турбокомпрессора 16. В процессе работы двигателя на холостом ходу с помощью блока управления 3 открывается второй управляемый электроклапан 12 и продукты сгорания через нагнетательный трубопровод 20 и обратный клапан 9 поступают в ресивер 5. Также от блока управления сигнал поступает на преобразователь частоты 6. Давление продуктов сгорания в ресивере контролируется манометром 18, а максимальное давление контролируется настройкой предохранительного клапана 4. На переходных режимах и при форсировании дизеля по командам контроллера машиниста 2 с помощью блока управления 3 открывают первый, второй и третий управляемые электроклапаны 10, 11, 12, а также включают управляемую муфту 17. Через первый и третий управляемые электроклапаны 10, 11 по соединительным трубопроводам 21, 22 продукты сгорания поступают на вход турбины турбокомпрессора 16 через дроссель 19 и во впускной коллектор 14, что приводит к дополнительному увеличению расхода смеси воздуха и продуктов сгорания и коэффициента избытка воздуха в цилиндры 13 дизеля. Это в свою очередь увеличивает количество продуктов сгорания и мощность турбины турбокомпрессора 16. Данная конструкция в зависимости от режима работы дизеля допускает различные комбинации включения первого, второго и третьего управляемых электроклапанов 10, 11, 12, а также настройку дросселя 19. Одновременно в зависимости от режимов работы (запуск, переходные режимы, номинальный режим, кратковременное форсирование) подключается асинхронный электродвигатель 1, который запитан от источника питания 7 (аккумуляторная батарея или сеть управления). Рядом с асинхронным электродвигателем установлен датчик частоты вращения ротора 8.
Предлагаемый привод улучшает работу турбокомпрессора особенно на запуске, переходных режимах, номинальном режиме и кратковременном форсировании за счет подкрутки ротора электродвигателя путем подачи дополнительного воздуха на вход в турбину турбокомпрессора 16, подачи дополнительного воздуха во впускной коллектор 14 системы воздухоснабжения с целью повышения коэффициента избытка воздуха и увеличения количества продуктов сгорания на выходе из двигателя и входе в турбину турбокомпрессора, оптимизируется процесс наполнения ресивера.
Предлагаемая полезная модель сокращает время переходного процесса, уменьшает непроизводительные расходы топлива, снижает дымность продуктов сгорания, повышает эффективность работы двигателя внутреннего сгорания.