Дизельный двигатель внутреннего сгорания военной гусеничной машины с устройством управления приводным турбокомпрессором

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности к устройствам турбонаддува двигателей внутреннего сгорания военных гусеничных машин.
Известно устройство наддува воздуха двигателя внутреннего сгорания (Патент на полезную модель RU №2698374 МПК F02B 39/10, F04D 29/58, опубликовано 26.08.2019), содержащее воздухозаборник, электрический компрессор с контуром охлаждения, теплообменник для охлаждения выходящего из компрессора сжатого воздуха, контур рециркуляции.
Недостатком известного устройства является низкая надежность конструкции. Это обусловлено тем, что обязательным условием функционирования устройства является наличие дополнительного источника электроэнергии, питающего электродвигатель компрессора. В случае отказа электрооборудования, устройство перестанет выполнять свои функции.
Известна силовая установка (Авторское свидетельство СССР №567836 кл. F02B 37/00, опубликовано 1977 г.), принятая за прототип, содержащая двигатель с впускным и выпускным коллекторами, приводной турбокомпрессор, механическую передачу, обгонную муфту, редуктор, электродвигатель, электрогенератор и датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя.
Недостатком прототипа является следующее:
наличие жесткой связи между рабочим колесом турбины и рабочим колесом компрессора образуется большой инерционный момент вала турбокомпрессора. Этот инерционный момент снижает ускорение рабочего колеса компрессора, тем самым увеличивая время выхода двигателя внутреннего сгорания на установившийся режим. Таким образом, снижается приемистость двигателя;
на переходных режимах турбина (до момента выхода ее на установившийся режим работы) создает дополнительное гидравлическое сопротивление в выпускной системе, что затрудняет процесс газообмена в цилиндрах дизельного двигателя. Что также значительно снижает приемистость двигателя.
Техническим результатом предложенной полезной модели является повышение приемистости двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.
Технический результат предложенной полезной модели достигается тем, что в двигателе внутреннего сгорания военной гусеничной машины с устройством управления приводным компрессором, содержащем впускной и выпускной коллекторы, приводной турбокомпрессор, механическую передачу, обгонную муфту, редуктор, электродвигатель, электрогенератор, датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя, согласно полезной модели, приводной турбокомпрессор содержит механизм размыкания вала турбокомпрессора, выполненный в виде обгонной муфты; в выпускном коллекторе установлена заслонка отвода отработавших газов, перенаправляющая поток отработавших газов в канал отвода отработавших газов; установлен электронный блок управления, электрически связанный с накопителем электрической энергии и датчиком положения педали акселератора.
Предложение поясняется схемой.
Предлагаемый дизельный двигатель внутреннего сгорания военной гусеничной машины с устройством управления приводным турбокомпрессором содержит: двигатель внутреннего сгорания 1 с впускным 2 и выпускным 3 коллекторами, заслонку отвода отработавших газов 4, канал отвода отработавших газов 5, приводной турбокомпрессор, состоящий из турбины 6, компрессора 7 и механизма размыкания вала турбокомпрессора 8, выполненного в виде обгонной муфты; электронный блок управления 9, электрогенератор 10, накопитель электрической энергии 11, электродвигатель 12, редуктор 13, обгонную муфту 14, механическую передачу 15, датчик частоты вращения коленчатого вала 16 и датчик положения педали акселератора 17.
Двигатель внутреннего сгорания 1 с впускным 2 и выпускным 3 коллекторами, механически связан с электрогенератором 10 и, через обгонную муфту 8, редуктор 13 и механическую передачу 15, с приводным турбокомпрессором. Выпускной коллектор 3 снабжен заслонкой отвода отработавших газов 4, которая соединена с каналом отвода отработавших газов 5 и с турбиной 6 приводного турбокомпрессора. Турбина 6 через механизм размыкания вала турбокомпрессора 8, выполненный в виде обгонной муфты, соединена с компрессором 7. Редуктор 13 механически соединен с электродвигателем 12. Электрическая энергия, выработанная электрогенератором 10, накапливается в накопителе электрической энергии 11 и по команде электронного блока управления 9 передается электродвигателю 12. На электронный блок управления 9, который осуществляет общее управление работой приводного турбокомпрессора, поступает информация от датчика положения педали акселератора 17, от датчика частоты вращения коленчатого вала 16 и информация о состоянии накопителя электрической энергии 11.
Предлагаемая модель работает следующим образом.
При работе двигателя внутреннего сгорания 1 на установившемся режиме работы и во время снижения частоты вращения коленчатого вала (при уменьшении подачи топлива), отработавшие газы через выпускной коллектор 3 поступают на турбину 6, обеспечивая ее вращение. Образованный крутящий момент турбины 6 через механизм размыкания вала турбокомпрессора 8 передается на компрессор 7. Об указанных выше режимах работы двигателя свидетельствуют датчик вращения коленчатого вала 16 и датчик положения педали акселератора 17, информация с которых поступает в электронный блок управления 9. Электронный блок управления 9 переключает накопитель электрической энергии 11 в режим накопления электрической энергии. Недостающая энергия для привода компрессора 7 (обычно это бывает в двухтактных двигателях) подводится от вала двигателя 1 через обгонную муфту 14 и повышающую механическую передачу 15. Это обеспечивает двигателю 1 оптимальное воздухоснабжение и повышает его экономичность и приемистость. При увеличении подачи топлива (о чем свидетельствует датчик положения педали акселератора 17), двигатель переходит на неустановившийся режим работы. В этот момент электронный блок управления 9 дает команду накопителю электрической энергии 11 на передачу электрической энергии электромотору 12, который через редуктор 13 и механическую передачу 15 раскручивает компрессор 7. При этом крутящий момент на компрессоре 7 превышает крутящий момент на турбине 6, в результате чего механизм размыкания вала турбокомпрессора 8, выполненный в виде обгонной муфты, прерывает передачу крутящего момента на турбину 6, тем самым снижая инерционность турбокомпрессора, обеспечивая ускоренный выход компрессора на номинальный режим. Одновременно с подачей команды на включение электродвигателя 12, электронный блок управления 9 подает сигнал на заслонку отвода отработавших газов 4, которая перенаправляет поток отработавших газов в канал отвода отработавших газов 5, минуя турбину 6, благодаря чему снижается гидравлическое сопротивление в выхлопной системе, что способствует повышению эффективности газообмена в цилиндрах двигателя.
После увеличения частоты вращения коленчатого вала до значения, соответствующего максимальной мощности (параметры заранее вводятся в электронный блок управления 9, согласно внешней скоростной характеристике соответствующей модели силовой установки) электронный блок управления 9 направляет управляющий сигнал на заслонку отвода отработавших газов 6, которая возвращается в первоначальное положение, перенаправляя отработавшие газы двигателя на турбину 6. Одновременно с этим, электронный блок управления 9 отключает электродвигатель 12 и переводит накопитель электрической энергии 11 в режим накопления электрической энергии, вырабатываемой электрогенератором 10.
По сравнению с прототипом, предлагаемое техническое решение позволяет значительно увеличить приемистость двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом, и, как следствие, улучшить основные показатели по подвижности военной гусеничной машины.