СИЛОВАЯ УСТАНОВКА

Изобретение относится к машиностроению, а именно двигателестроению и может быть использовано в поршневых двигателях внутреннего сгорания с турбонаддувом.
Наиболее близким техническим решением является силовая установка (АС СССР 1353903 FO2B 37/00, 1987 г.), содержащая дизель, турбокомпрессор, подсоединенный через воздухонапорный патрубок к впускному коллектору и через газоприемный патрубок к выпускному коллектору и снабженный воздуховпускным трубопроводом, дополнительную камеру сгорания, установленную в выпускном коллекторе, обводной канал, подсоединенный к воздухонапорному патрубку турбокомпрессора и к дополнительной камере сгорания и орган регулирования перепуска воздуха в обводном канале. Регулирование работы дополнительной камеры сгорания (ДКС) обеспечивается изменением количества поступающего в нее воздуха.
Однако данное техническое решение не позволяет с максимальной эффективностью использовать возможности турбонаддува, так как в рассматриваемой схеме часть топлива и воздуха после турбокомпрессора расходуется для обеспечения работы ДКС.
Технический результат направлен на повышение эффективности силовой установки путем улучшения согласования расходных характеристик дизеля и турбокомпрессора на режимах разгона.
Технический результат достигается тем, что силовая установка, содержащая дизель, турбокомпрессор, подсоединенный через воздухонапорный патрубок к впускным коллекторам и через газоприемные патрубки к выпускным коллекторам дизеля, при этом она дополнительно содержит устройство для впрыскивания воды, электронасос, емкость для хранения и подогрева воды, причем устройство для впрыскивания воды содержит форсунку с электромагнитным клапаном, соединенную с электронасосом гидравлически, который, в свою очередь, посредством трубопровода связан с емкостью для хранения воды, форсунка с электромагнитным клапаном установлена на максимальном удалении от входного патрубка турбины турбокомпрессора и электрически соединена с датчиком температуры отработавших газов посредством электронного блока управления.
Отличительными признаками от прототипа является то, что силовая установка дополнительно содержит устройство для впрыскивания воды, электронасос, емкость для хранения и подогрева воды, причем устройство для впрыскивания воды содержит форсунку с электромагнитным клапаном, соединенную с электронасосом гидравлически, который, в свою очередь, посредством трубопровода связан с емкостью для хранения воды, форсунка с электромагнитным клапаном установлена на максимальном удалении от входного патрубка турбины турбокомпрессора и электрически соединена с датчиком температуры отработавших газов посредством электронного блока управления.
Сопоставительный анализ заявляемого решения и выбранного в качестве прототипа показывает, что предлагаемый способ согласования расходных характеристик дизеля и турбокомпрессора является более эффективным на режимах разгона. Кроме того, на номинальных режимах работы дизеля имеется возможность обеспечения оптимальной температуры рабочего тела перед турбиной.
На фиг.1 изображена общая схема силовой установки.
На фиг.2 представлена зависимость изменения давления в выпускном коллекторе от количества впрыскиваемой воды по результатам экспериментальных исследований.
Силовая установка, содержит дизель 1, компрессор 2, подсоединенный через воздухонапорные патрубки 13 к впускным коллекторам 5 и турбину 3, подсоединенную через газоприемные патрубки 12 к выпускным коллекторам 4, дополнительно содержит устройство 6 для впрыскивания воды, электронасос 7, емкость для хранения и подогрева воды 8, при этом устройство 6 для впрыскивания воды содержит форсунку с электромагнитным клапаном, соединенную с электронасосом 7 гидравлически 14, который в свою очередь, посредством трубопровода связан с емкостью для хранения воды 8, причем электромагнитный клапан форсунки электрически 11 соединен с датчиком температуры отработавших газов 9 посредством электронного блока управления 10.
Датчик 9 размещается в патрубке выпускного коллектора и имеет электрическую связь с блоком управления 10, который в свою очередь связан с электромагнитными клапанами устройств 6.
Силовая установка работает следующим образом:
а) на установившихся режимах компрессор 2 подает сжатый воздух через воздухонапорные патрубки 13 и впускные коллекторы 5 в цилиндры дизеля.
Отработавшие газы поступают через выпускные коллекторы 4 в турбину 3 турбокомпрессора по соединительным патрубкам 12. Мощность турбины в этом случае определяется величиной располагаемой энергии отработавших газов.
б) на режимах разгона для улучшения согласования расходных характеристик дизеля и турбокомпрессора в выпускные коллекторы впрыскивается дозированное количество воды, которое определяется длительностью включения электромагнитного клапана форсунки устройства 6 в зависимости от температуры отработавших газов перед турбиной.
t
Мощность турбины турбокомпрессора, N определяется выражением:
ad
где: L - адиабатическая работа расширения в турбине, Дж;
pt
G - количество рабочего тела, кг.
При отсутствии впрыскивания воды:
г
где: G - количество отработавших газов, кг.
При впрыскивании воды:
nn
где: G - количество перегретого пара, кг.
ad
Изменение теплоемкости перегретого пара при давлении в пределах 0,1 МПа с увеличением температуры изменяется незначительно, поэтому потери тепла, затраченные на испарение воды не окажут заметного влияния на величину L. и благоприятно повлияют на стабилизацию температуры отработавших газов перед турбиной в случаях максимальной подачи топлива. Увеличение мощности турбины в этом случае обусловлено увеличением количества рабочего тела перед турбиной.
В предлагаемой схеме на режимах разгона увеличение количества топлива, поступающего в цилиндры дизеля вызывает резкое увеличение температуры отработавших газов в коллекторах 4 и перед турбиной 3 турбокомпрессора. Эта температура регистрируется датчиком 9.
По сигналу от датчика 9 через управляющий электронный блок 10 открывается электромагнитный клапан устройства 6. Через форсунку в выпускные коллекторы впрыскивается дозированная порция воды, до входа в турбину вода успевает перейти в состояние перегретого пара. Количество впрыскиваемой в коллекторы 4 воды определяется значением температуры отработавших газов перед турбиной. Настройка блока управления 10 производится по результатам экспериментальных исследований (фиг 2).
Электронасос 7 подает воду к форсункам устройств 6 под давлением, превышающем давление отработавших газов в коллекторах 4. Вода может подогреваться в бачке 8 с помощью электронных позисторов, устанавливаемых на дне бачка (на схеме не показано).
На номинальных режимах в случае значительного повышения температуры отработавших газов перед турбиной датчик 9 подаст сигнал на управляющий блок 10 также как и на режиме разгона.
В зимнее время воду необходимо заливать в бачек 8 после пуска дизеля. На длительных стоянках воду необходимо сливать. При возможности периодического прогрева дизеля вода может оставаться в бачке и подогреваться до температуры жидкой фракции при помощи позисторов.