Система регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС
CHARGE AIR TEMPERATURE CONTROL SYSTEM IN ICE

Применение воздушных охладителей наддувочного воздуха рационально при давлении наддува более чем 0,15 МПа, поскольку при давлении ниже 0,15 МПа температура нагнетаемого воздуха остается в допустимых пределах и составляет не более 340 К. Но использование ДВС на частичных нагрузочных и скоростных режимах при постоянном движении наддувочного воздуха через воздушный охладитель вызывает потери давления во впускном коллекторе, что приводит к ухудшению мощностных и топливных показателей ДВС. Кроме того, при прохождении наддувочного воздуха через воздушный охладитель на частичных нагрузочных и скоростных режимах, его температура понижается существенно ниже оптимального значения, что характерно условиям эксплуатации ДВС в отрицательных температурах окружающего воздуха, и вызывает нарушение процессов сгорания топлива. Поэтому для исключения потери давления наддувочного воздуха и сохранения его оптимальной температуры требуется исключить его прохождение через воздушный охладитель на режимах частичных нагрузочных и скоростных режимах. Следовательно, использование воздушного охладителя в двигателе будет целесообразно при давлении наддувочного воздуха свыше 0,15 МПа и температуре свыше 340 К.
Известна автоматическая система регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС (RU №177204, МПК F02N 19/04, F02D 23/00 (2006.01), опубл. 12.02.2018) содержащая байпасную линию, трехходовое перепускное устройство, а также датчики температуры наддувочного воздуха. Особенность ее работы является регулирование температуры наддувочного воздуха вне зависимости от давления наддува, а в качестве средств регулирования применяется теплоноситель из системы охлаждения ДВС. Кроме того данная система имеет функцию подогрева наддувочного воздуха на режимах пусках ДВС.
Недостатком данной системы является регулирование температуры наддувочного воздуха только на основании показания датчика температуры, что является некорректным, поскольку температура наддувочного воздуха будет зависеть от давления, а наличие жидкостного теплообменника для подогрева наддувочного воздуха с системой управления теплоносителем применяется на режимах пуска ДВС и усложняет конструкцию в целом.
В качестве прототипа можно принять систему турбонаддува двигателя внутреннего сгорания (RU №2472950, МПК F02B 37/16, F02B 37/18, F02B 37/22, F02D 23/00 (2006.01), опубл. 20.01.2012) содержащая турбину, компрессор, газоподводящие каналы, впускной коллектор, перепускной клапан отработавших газов с пнемоэлементом, байпасный канал наддувочного воздуха, перепускной клапан надувочного воздуха, охладитель наддувочного воздуха, блок управления и датчики давления и температуры наддувочного воздуха. Отличительной особенностью данной системы является комбинированный способ регулирования температуры наддувочного воздуха как за счет перепуска отработавших газов в обход колеса турбины, так и перенаправлением наддувочного воздуха в охладитель или байпасный канал.
Недостатком системы является усложнение конструкции турбокомпрессора за счет введения перепускного канала отработавших газов, а механизм, распределяющий наддувочный воздух после турбокомпрессора, может иметь потенциально низкую пропускную способность.
Перед заявленным техническим решением была поставлена задача устранить вышеуказанные недостатки.
Задачей изобретения является поддержание оптимальной температуры наддувочного воздуха вне зависимости от его давления, что достигается за счет прохождения наддувочного воздуха по воздушному охладителю или байпасному каналу, либо одновременное прохождение через них посредством перепускных клапанов, при этом условия прохождения наддувочного воздуха по воздушному охладителю или байпасному каналу, либо одновременное прохождение воздуха по ним, определяет микропроцессорный блок управления, имеющий возможность программирования параметров.
Технический результат достигается установкой байпасного канала, перепускных клапанов, установленных как перед воздушным охладителем, так и перед байпасным каналом, микропроцессорного блока управления и датчиков давления и температуры наддувочного воздуха, смонтированных на впускном трубопроводе и впускном коллекторе ДВС, при этом микропроцессорный блок управления, оказывая управляющее воздействие на перепускные клапаны, позволит им направлять наддувочный воздух в зависимости от его температуры либо в байпасный канал, либо в воздушный охладитель, или обеспечить одновременное прохождение наддувочного воздуха как по воздушному охладителю, так и по байпасному каналу, а направление движения наддувочного воздуха осуществляется на основании показаний датчиков температуры и давления и реализуется микропроцессорным блоком управления.
Технический результат использования изобретения - сохранение конструкции турбокомпрессора, обеспечение максимальной производительности системы воздухоподачи, обеспечение оптимальной температуры наддувочного воздуха от создаваемого давления наддува, минимизация потерь давления в системе наддува на частичных нагрузочных и скоростных режимах работы ДВС при сохранении допустимой рабочей температуры наддувочного воздуха.
Предлагается система регулирования температуры наддувочного воздуха поясняется чертежом (фиг. 1). Предлагаемая система состоит из:
1 - турбокомпрессор;
2 - трубопровод наддувочного воздуха;
3 - впускной коллектор;
4 - перепускной клапан воздушного охладителя;
5 - воздушный охладитель;
6 - байпасный канал;
7 - датчик температуры воздуха во впускном трубопроводе;
8 - датчик давления воздуха во впускном трубопроводе;
9 - датчик температуры воздуха во впускном коллекторе;
10 - датчик давления воздуха во впускном коллекторе;
11 - микропроцессорный блок управления;
12 - перепускной клапан байпасной линии;
Рассмотрим схему работы предлагаемой системы.
Очищенный воздух из воздушного фильтра (не показано) поступает на насосное колесо турбокомпрессора 1, после чего осуществляется сжатие воздуха до давления выше атмосферного. Далее по трубопроводу надувочного воздуха 2 сжатый воздух поступает либо в воздушный охладитель 5 через перепускной клапан 4, либо сжатый воздух поступает в байпасный канал 6 через перепускной клапан 12. При этом критериями направления надувочного воздуха является его давление и температура.
В случае если давление надувочного воздуха свыше 0,15 МПа и температура свыше 340 К, что определяется датчиками температуры 7 и давления 8, установленными в трубопроводе наддувочного воздуха 2, то микропроцессорный блок управления 11 открывает перепускной клапан 4 и наддувочный воздух поступает в воздушный охладитель 5, тем самым снижется температура нагнетаемого в ДВС воздуха, при этом перепускной клапан 12 находиться в закрытом положении, т.е. не позволяет проходить нагнетаемому воздуху через байпасный канал 6. Из воздушного охладителя 5 сжатый и охлажденный воздух поступает во впускной коллектор 3, после чего попадает в камеру сгорания ДВС. Если давление наддувочного воздуха во впускном коллекторе 3 свыше 0,15 МПа, а температура ниже 290 К, что определяется датчиками температуры 9 и давления 10, установленными во впускном коллекторе 3, то микропроцессорный блок управления 11 частично открывает перепускной клапан 12, тем самым позволяя проходить наддувочному воздуху через байпасный канал 6, до тех пор, пока температура наддувочного воздуха во впускном коллекторе 3 не достигнет значения 340 К, при этом после достижения температуры 340 К наддувочного воздуха во впускном коллекторе 3, микропроцессорный блок управления 11 должен прекратить прохождение наддувочного воздуха по байпасному каналу 6 путем его частичного перекрытия перепускным калапном 12.
В случае если давление надувочного воздуха ниже 0,15 МПа и температура ниже 340 К, что определяется датчиками температуры 7 и давления 8, установленными в трубопроводе наддувочного воздуха 2, то микропроцессорный блок управления 11 открывает перепускной клапан 12 и надувочный воздух поступает в байпасный канал 6, тем самым не изменяется температура нагнетаемого в ДВС воздуха после турбокомпрессора 1, при этом перепускной клапан 4 находиться в закрытом положении, т.е. не позволяет проходить нагнетаемому воздуху через воздушный охладитель 5. Из байпасного канала 6 сжатый воздух поступает во впускной коллектор 3, после чего попадает в камеру сгорания ДВС. Если давление наддувочного воздуха во впускном коллекторе 3 ниже 0,15 МПа, а температура свыше 340 К, что определяется датчиками температуры 9 и давления 10, установленными во впускном коллекторе 3, то микропроцессорный блок управления И частично открывает перепускной клапан 4, тем самым позволяя проходить наддувочному воздуху через воздушный охладитель 5, до тех пор, пока температура наддувочного воздуха во впускном коллекторе 3 не достигнет значения 290 К, при этом после достижения температуры 290 К наддувочного воздуха во впускном коллекторе 3, микропроцессорный блок управления 11 должен прекратить прохождение наддувочного воздуха по воздушному охладителю 5 путем его частичного перекрытия перепускным клапаном 4.
Использование максимальной и минимальной температуры наддувочного воздуха на значениях 340 К и 290 К соответственно не является обязательным, а может устанавливаться индивидуально под каждый ДВС, на котором применяется данная система в зависимости от их конструктивных особенностей и условий эксплуатации.
Использование давления наддувочного воздуха на значении 0,15 МПа не является обязательным, а может устанавливаться индивидуально под каждый ДВС, на котором применяется данная система в зависимости от их конструктивных особенностей и условий эксплуатации.
Тем самым реализованный алгоритм работы системы управления наддувочным воздухом получить наибольшую эффективность как на режимах малых нагрузок, когда давление и температура наддувочного воздуха низкие и тем самым повысить эффективность работы ДВС. А при высоких нагрузках, т.е. высоком давлении наддува, позволяет получить охлажденный наддувочный воздух во впускном коллекторе. Использование микропроцессорного блока управления перепускными клапанами позволяет программировать алгоритм управления в зависимости от природных и производственных условий, тем самым система может быть «гибкой» и приспосабливаться к внешним условиях ее эксплуатации.
Заявляемое техническое решение соответствует требованию промышленной применимости и возможно для реализации на стандартном технологическом оборудовании.