Система управления турбокомпрессором комбинированного дизеля с наддувом

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению и может быть использовано для повышения мощностных, экономических и экологических показателей комбинированного дизеля с наддувом.
Известна система для обеспечения необходимой приемистости двигателя, содержащее двигатель, агрегаты наддува, системы, обеспечивающие работу двигателя, выпускной тракт с вмонтированным в него обводным газоходом с клапаном, кинематически связанным с исполнительным механизмом, который гидравлически связан с автоматом приемистости и выполнен в виде корпуса подпружиненной гильзы, соединенной с педалью подачи топлива, и золотника, механически связанного с электромагнитом. (Авторское свидетельство RU №2185520, F02D 23/00, F02B 37/18, опубликовано 20.07.2002).
В системе для обеспечения необходимой приемистости двигателя используется автомат приемистости, управление которым происходит посредством использования рабочей жидкости под давлением из напорной магистрали. При резком перемещении педали подачи топлива в сторону увеличения подачи топлива, кулачок от педали подачи топлива воздействует на гильзу, которая перекрывает сливной канал и в результате рабочая жидкость поступает под давлением из напорной магистрали в надпоршневую полость гидроцилиндра. Под давлением рабочей жидкости поршень передвигается и обеспечивает полное открытие заслонки, тем самым происходит выпуск отработавших газов в атмосферу, минуя эжектор системы охлаждения.
Недостатком известной системы является невозможность ее широкого применения на комбинированных дизелях с наддувом, так как она (известная система) только для силовых установок с эжекционными системами охлаждения. Система сложна по конструкции, так как в ней используются индивидуальные гидравлические устройства с пружиной для обеспечения управления заслонкой, а выходные характеристики применяемой жидкости и работающих пружин могут меняться в зависимости от температуры и временных эксплуатационных показателей. При работе данной системы на конечном этапе режима разгона в процессе закрытия заслонкой прямого выхода отработавших газов в атмосферу будет происходить резкое повышение противодавления на выходе из турбины, что приведет к снижению эффективности работы турбокомпрессора. Это приводит к неточному управлению турбокомпрессором комбинированного дизеля с наддувом, и в комплексе ведет к снижению эффективности работы комбинированного дизеля с наддувом на переходных режимах разгона.
Данная конструкция является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за наиболее близкий аналог (прототип).
Задачей предложения является повышение мощностных, экономических и экологических показателей комбинированного дизеля с наддувом.
Решение поставленной задачи достигается тем, что система управления турбокомпрессором комбинированного дизеля с наддувом снабжена пластинчато-роторным вакуумным насосом, установленным на выходе из турбины, и работающим за счет энергии, накапливаемой инерционным аккумулятором (Гулиа Н.В. Накопители энергии. - М.: Наука, 1980. - 150 с. ) на режимах торможения и принудительного холостого хода от трансмиссии через трансмиссионную электромагнитную муфту, мультипликатор и обгонную муфту. Установлен в насосном выпускном трубопроводе после турбины турбокомпрессора перед заслонкой с исполнительным механизмом пропорциональный кислородный датчик (Лещенко В.П. Кислородные датчики. - М.: Легион-Автодата, 2003. - 112 с), выполняющий определение количества кислорода в отработавших газах и подающий соответствующий сигнал на электронный блок управления. Установлен электронный блок управления, получающий сигналы от пропорционального кислородного датчика и датчиков положения педалей подачи топлива и тормоза и управляющий работой трансмиссионной электромагнитной муфты, насосной электромагнитной муфты и исполнительного механизма положения заслонки. Установлена насосная электромагнитная муфта (Гулиа Н.В., Клоков В.Г., Юрков С.А. Детали машин. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 417 с), передающая крутящий момент от инерционного аккумулятора к пластинчато-роторному вакуумному насосу при включении от сигнала с электронного блока управления и компенсирующая разность частот вращения маховика, который находится в инерционном аккумуляторе (на рисунке не показан). Установлены исполнительный механизм, заслонка и насосный выпускной трубопровод, где исполнительный механизм осуществляет открытие и закрытие заслонки, которая установлена в насосном выпускном трубопроводе, и в совокупности они предназначены для перекрытия сообщения турбины турбокомпрессора с атмосферой. Установлена на трансмиссии транспортного средства трансмиссионная электромагнитная муфта, предназначенная для снятия крутящего момента с трансмиссии транспортного средства в режиме торможения и передачи его на мультипликатор. Установлен между трансмиссионной электромагнитной муфтой и обгонной муфтой - мультипликатор (Прикладная механика / Под ред. В.В. Джамая. - М: Дрофа, 2004. - 415 с), предназначенный для преобразования и передачи крутящего момента и повышения угловой скорости выходного вала. Установлена между мультипликатором и инерционным аккумулятором обгонная муфта (Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И.Н. Жестковой. - 8-е изд., перераб. и доп.. - М.: Машиностроение, 2001. - Т.2. - 912 с), предназначенная для предотвращения передачи крутящего момента от инерционного аккумулятора к мультипликатору. В комплексе это приводит к снижению противодавления на выходе из турбины на режимах разгона комбинированного дизеля, что способствует более интенсивному разгону ротора турбокомпрессора и тем самым увеличению скорости повышения давления и массы воздушного заряда в цилиндрах дизеля, что ведет к повышению эффективности работы комбинированного дизеля с наддувом на переходных режимах разгона.
Анализ предлагаемого решения позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели.
Предложение поясняется рисунком, где изображена система управления турбокомпрессором комбинированного дизеля с наддувом.
Предлагаемая система управления турбокомпрессором комбинированного дизеля с наддувом содержит воздушный фильтр 1, компрессор 2, дизель 3, турбину 4, исполнительный механизм 5, пропорциональный кислородный датчик 6, заслонку 7, пластинчато-роторный вакуумный насос 8, насосную электромагнитную муфту 9, инерционный аккумулятор 10, обгонную муфту 11, насосный выпускной трубопровод 12, глушитель 13, мультипликатор 14, трансмиссионную электромагнитную муфту 15, трансмиссию 16, педаль тормоза 17, педаль подачи топлива 18, электронный блок управления 19, выпускной трубопровод 20, впускной трубопровод 21.
Предлагаемая система управления турбокомпрессором комбинированного дизеля с наддувом работает следующим образом.
При равномерном движении (плавном разгоне) транспортного средства воздух через воздушный фильтр 1 поступает в компрессор 2, где сжимается и под необходимым давлением поступает по впускному трубопроводу 21 в цилиндры дизеля 3 (расчет турбокомпрессора производится для одной рабочей точки, в которой он работает с максимальным коэффициентом полезного действия, в качестве расчетной точки выбирается характерная точка характеристики двигателя, вблизи которой располагаются преимущественные режимы его работы). После рабочего процесса в цилиндрах дизеля 3 отработавшие газы поступают по выпускному трубопроводу 20 на турбину 4, совершают работу по раскручиванию ротора турбокомпрессора, и далее выводятся через открытую заслонку 7 по насосному выпускному трубопроводу 12 и через глушитель в атмосферу. Электронный блок управления 19 получает соответствующие сигналы от датчиков положения педали тормоза 17 и педали подачи топлива 18 и подает сигнал выключения на трансмиссионную электромагнитную муфту 15 и насосную электромагнитную муфту 9, которые соответственно выключены. Мультипликатор 14 и обгонная муфта 11 в работе не участвуют. Инерционный аккумулятор 10 находится в заряженном или разряженном состоянии (в зависимости от предыдущего режима работы), от привода пластинчато-роторного вакуумного насоса 8 отключен насосной электромагнитной муфтой 9, в работе не участвует.
При торможении транспортного средства, когда происходит нажатие на педаль тормоза 17, передается сигнал от датчика положения педали тормоза (на рисунке не обозначен) на электронный блок управления 19, где он обрабатывается, формируется в управляющий сигнал, и передается на трансмиссионную электромагнитную муфту 15, которая осуществляет соединение трансмиссии 16 и мультипликатора 14. Мультипликатор 14 увеличивает частоту вращения выходного звена трансмиссии 16 и передает крутящий момент через обгонную муфту 11 на инерционный аккумулятор 10. Обгонная муфта 11 компенсирует разность частот вращения мультипликатора 14 и инерционного аккумулятора 10. Инерционный аккумулятор 10 запасает энергию вращения маховика, который находится в инерционном аккумуляторе (на рисунке не показан). Насосная электромагнитная муфта 9, под действием управляющего сигнала от электронного блока управления 19, находится в выключенном состоянии, и крутящий момент с инерционного аккумулятора 10 на пластинчато-роторный вакуумный насос 8 не передается, соответственно пластинчато-роторный вакуумный насос 8 в работе участия не принимает.
При нейтральном положении педали тормоза 17 трансмиссионная электромагнитная муфта 15 отключает передачу крутящего момента от трансмиссии 16 на мультипликатор 14, не создавая дополнительных затрат энергии силовой установки.
При резком нажатии (включая максимальное нажатие) на педаль подачи топлива 18, происходит резкое изменение соотношения в работе систем воздухоснабжения и топливоподачи по причине инерционности турбокомпрессора на переходных режимах работы двигателя. Сигнал от датчика положения педали подачи топлива (на рисунке не обозначено) передается на электронный блок управления 19. Вследствие недостаточного количества воздуха в цилиндрах дизеля 3 процесс сгорания топлива в них (цилиндрах) происходит с низкой эффективностью (из-за переобогащенной топливно-воздушной смеси), и пропорциональный кислородный датчик 6 подает соответствующий сигнал на электронный блок управления 19. Электронный блок управления 19 передает включающие сигналы на насосную электромагнитную муфту 9 привода пластинчато-роторного вакуумного насоса 8 и на исполнительный механизм 5 привода заслонки 7. Происходит подключении инерционного аккумулятора 10 к пластинчато-роторному вакуумному насосу 8, и вследствие его (пластинчато-роторного вакуумного насоса 8) работы и закрытия заслонки 7 создается разряжение на участке между турбиной 4 и пластинчато-роторным вакуумным насосом 8, за счет которого снижается противодавление на выходе из турбины 4 турбокомпрессора. Электронный блок управления 19 получает соответствующие сигналы от датчиков положения педали тормоза 17 и педали подачи топлива 18 и подает сигнал выключения на трансмиссионную электромагнитную муфту 15 и насосную электромагнитную муфту 9, которые соответственно выключены. Мультипликатор 14 и обгонная муфта 11 в работе не участвуют. Таким образом, происходит более интенсивный разгон ротора турбокомпрессора, что приводит к более быстрому увеличению давления наддува и, следовательно, к более быстрому увеличению массы воздушного заряда в цилиндрах дизеля 3, необходимого для эффективного процесса сгорания топлива.
При достижении необходимого значения коэффициента избытка воздуха для эффективного сгорания топлива в цилиндрах дизеля 3, с пропорционального кислородного датчика 5 поступает соответствующий сигнал на электронный блок управления 19, который соответственно подает управляющие сигналы на исполнительный механизм 5 на открытие заслонки 7 (уменьшая тем самым сопротивление отработавшим газам), и на насосную электромагнитную муфту 9 (отключая тем самым пластинчато-роторный вакуумный насос 8).
По сравнению с наиболее близким аналогом (прототипом), предлагаемая система управления турбокомпрессором комбинированного дизеля с наддувом, состоящая из конструктивных элементов: воздушного фильтра, впускного трубопровода, компрессора, турбины, дизеля, выпускного трубопровода, глушителя, трансмиссии, педали тормоза, педали подачи топлива, обладающих взаимным расположением и связью между собой, и отличающаяся тем, что установлены дополнительные конструктивные элементы: исполнительный механизм, пропорциональный кислородный датчик, заслонка, пластинчато-роторный вакуумный насос, насосный выпускной трубопровод, насосная электромагнитная муфта, инерционный аккумулятор, обгонная муфта, мультипликатор, трансмиссионная электромагнитная муфта, электронный блок управления, которые в свою очередь в совокупности взаимно расположены и обладают между собой связью. И в результате реализации этой связи, их совместной работы на режимах торможения, происходит запасание энергии в инерционном аккумуляторе от трансмиссии транспортного средства через включенную трансмиссионную электромагнитную муфту от управляющего сигнала от электронного блока управления, получающего соответствующий сигнал от датчика положения педали тормоза. А в результате реализации связи на режимах разгона происходит передача ранее запасенной энергии от инерционного аккумулятора на пластинчато-роторный вакуумный насос через включенную насосную электромагнитную муфту от управляющего сигнала от электронного блока управления, получающего соответствующие сигналы от датчика положения педали подачи топлива и пропорционального кислородного датчика, что позволяет осуществлять снижение противодавления на выходе из турбины турбокомпрессора, и тем самым, позволяет сократить время разгона ротора турбокомпрессора, и выполнить более качественное регулирование процесса воздухоснабжения на переходных режимах разгона комбинированного дизеля с наддувом.
По сравнению с наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемая система управления турбокомпрессором комбинированного дизеля с наддувом обеспечивает повышение эффективности работы комбинированного дизеля с газотурбинным наддувом, то есть улучшает согласованность работы поршневой части двигателя и системы воздухоснабжения на переходных режимах разгона двигателя, и тем самым улучшает мощностные показатели и топливную экономичность, уменьшает количество выбросов токсичных компонентов с отработавшими газами, возникающих при неполном сгорании топлива.
Указанные преимущества свидетельствуют о достижении поставленной задачи - повышение мощностных, экономических и экологических показателей комбинированного дизеля с наддувом.