УСТРОЙСТВО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИЕМИСТОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ВОЕННОЙ АВТОМОБИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

Полезная модель относится к области военной техники, в частности к агрегатам турбонаддува двигателей внутреннего сгорания.
Необходимость обеспечения высокоманевренных динамичных боевых действий Сухопутных войск, более высокие потребности развивающейся тактики и оперативного искусства обуславливают непрерывное повышение требований к одному из главных боевых свойств военной автомобильной техники - подвижности. В этой связи в перспективных требованиях к уровню подвижности указывается на необходимость увеличения этого свойства образцов военной автомобильной техники в 1,3…1,4 раза.
Обеспечение превосходства над зарубежными аналогами, прежде всего, по средней скорости, как одного из частных показателей подвижности, является основной тенденцией развития отечественной военной автомобильной техники. Особое влияние на уровень подвижности оказывает приемистость силовой установки, которая в свою очередь в значительной степени зависит от инерционности используемого в ее составе турбокомпрессора.
Так, известен турбокомпрессор, содержащий: рабочие колеса турбины и компрессора, размещенные по двухконсольной схеме с расположением подшипников между ними: корпус подшипников, с уплотнительными кольцами. Последние снабжены радиальными каналами (Патент RU 2202052 F04D 25/04, F02B 37/00. Опубл. 10.04.2013).
Недостатком данной конструкции является инерционность, в результате которой появляется «турбояма» («турбозадержка»), снижающая мощность двигателя при пуске и разгоне.
Из уровня техники известен турбокомпрессор с регулируемым наддувом (Патент RU 2517952 F04D 25/04, F02B 37/00. Опубл. 10.06.2014), содержащий турбокомпрессор, в корпусе в которого размещаются рабочее колесо турбины, соединенное неподвижно с валом рабочего колеса первой ступени компрессора, вращающегося на подшипниках, рабочее колесо второй ступени компрессора с дугообразными лопатками, вал которого через первую обгонную муфту соединен с валом рабочего колеса первой ступени компрессора, с другой стороны через вторую обгонную муфту соединен с валом электродвигателя с регулируемым управлением.
В качестве существенного недостатка представленного турбокомпрессора с регулируемым наддувом следует отметить значительные затраты энергии из бортовой сети автомобиля на функционирование электродвигателя.
Также известна система наддува транспортного двигателя, содержащая: двигатель с турбиной, ресиверы, соединенные с компрессором, электронный блок управления, маховик, соединенный с компрессором через электромагнитную муфту, редуктор, соединенный с маховиком и трансмиссией посредством обгонной муфты и электромагнитной муфты привода соответственно, воздуховоды с электропневмоклапанами для подачи воздуха от ресивера в двигатель.
Недостатком системы является сложность конструкции, обусловленная наличием дополнительных устройств пневматического контура, а также значительные компоновочные трудности, связанные с необходимостью размещения дополнительных баллонов с сжатым воздухом в ограниченном объеме моторно-трансмиссионного отделения.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является регулируемый турбокомпрессор двигателя образца военной автомобильной техники (Патент RU 208752 F04D 25/00, F02B 37/10, F60T 1/10. Опубл. 11.01.2022), содержащий: двигатель, турбокомпрессор, состоящий из турбины и компрессора, жестко зафиксированных на валу, бесконтактную магнитную муфту, состоящую из внутреннего ротора, жестко закрепленного на валу маховика, внешнего ротора жестко закрепленного на валу турбокомпрессора и промежуточного стакана из немагнитного материала, собственно маховик, на котором с противоположных сторон расположены обгонная муфта и электромагнитная муфта, мультипликатор валом соединенный с электромагнитной муфтой привода мультипликатора, трансмиссию транспортного средства, педали тормоза и подачи топлива, электронный блок управления. По периметру внутренней поверхности внешнего ротора и по внешней поверхности внутреннего ротора располагают магниты переменной полярности.
В качестве недостатков прототипа следует отметить его недостаточную эффективность, обусловленную следующим:
1. Наличие жесткой связи между турбиной и компрессором обеспечивает большой инерционный момент вала турбокомпрессора, что снижает угловое ускорение колес турбокомпрессора, тем самым увеличивая время выхода двигателя на установившийся режим. Таким образом, снижается приемистость двигателя.
2. На переходных режимах турбина (до момента выхода ее на установившийся режим) создает дополнительное гидравлическое сопротивление в выпускной системе, что затрудняет процесс газообмена в цилиндрах дизельного двигателя. Что также значительно снижает приемистость двигателя.
Техническим результатом заявленного устройства является повышение эффективности за счет увеличения приемистости двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом.
Технический результат достигается тем, что устройство обеспечения приемистости двигателя военной автомобильной техники, содержит турбокомпрессор, состоящий из турбины и компрессора, бесконтактную магнитную муфту, состоящую из внутреннего ротора, жестко закрепленного на валу маховика, внешнего ротора, жестко закрепленного на валу турбокомпрессора, расположенных по периметру внутренней поверхности внешнего ротора и по внешней поверхности внутреннего ротора магнитов переменной полярности и промежуточного стакана из немагнитного материала, собственно маховик, на котором расположена обгонная муфта, мультипликатор, валом соединенный с электромагнитной муфтой привода мультипликатора, выполненной с возможностью соединения выходного звена трансмиссии транспортного средства и мультипликатора, электронный блок управления, выполненный с возможностью приема сигналов от микропереключателя, расположенного под педалью тормоза и микропереключателя, расположенного под педалью подачи топлива. Устройство содержит бесконтактную магнитную муфту, выполненную с возможностью передачи крутящего момента в магнитном поле и отключения турбины от компрессора, состоящую из выполненного заодно с компрессорным валом внутреннего ротора, жестко закрепленного на турбинном валу внешнего ротора, с размещенными на роторах магнитами переменной полярности и промежуточного стакана из немагнитного материала, а также регулировочную заслонку, выполненную с возможностью осуществления перепуска отработавших газов в атмосферу.
Предложение поясняется рисунками, где:
на фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства обеспечения приемистости двигателя военной автомобильной техники;
на фиг. 2 представлено устройство бесконтактной магнитной муфты.
Предлагаемое устройство, содержит двигатель 1, турбокомпрессор, состоящий из турбины 2 и компрессора 3, жестко зафиксированных на компрессорном 4 и турбинном 5 валу соответственно. Турбокомпрессор выполнен с возможностью безударного размыкания валов 4 и 5 за счет бесконтактной магнитной муфты 6, состоящей из внутреннего ротора 7, выполненного за одно с компрессорным валом 4, внешнего ротора 8, жестко закрепленного на турбинном валу 5, и промежуточного стакана 9 из немагнитного материала, закрепленного на валу 4, маховик 10, на котором с противоположных сторон расположены обгонная муфта 11 и вал 12, мультипликатор 13, валом соединенный с электромагнитной муфтой 14 привода мультипликатора, трансмиссию транспортного средства 15, педали тормоза 16 и подачи топлива 17, электронный блок управления 18.
Возможность безударного отсоединения маховика 10 от турбокомпрессора реализована за счет бесконтактной магнитной муфты 19, выполненной по аналогии с бесконтактной магнитной муфтой 6 и состоящей из внутреннего ротора 20, выполненного за одно с валом 12 маховика 10, внешнего ротора 21, жестко закрепленного на компрессорном валу 4, и промежуточного стакана 22 из немагнитного материала, закрепленного на валу 12.
По периметру внутренних поверхностей внешних роторов 8, 21 и по внешней поверхности внутренних роторов 7, 20 располагаются магниты переменной полярности (см. фиг. 2). Такое устройство бесконтактных магнитных муфт 6 и 19 обеспечивает передачу крутящего момента через магнитное поле между внутренним и внешним ротором по сигналу с электронного блока управления 18.
Перепуск отработавших газов в атмосферу, минуя турбину 2 турбокомпрессора, осуществляется за счет регулировочной заслонки 23.
Предлагаемое устройство обеспечения приемистости двигателя военной автомобильной техники работает следующим образом.
На режиме торможения транспортного средства маховик 10 запасает кинетическую энергию следующим образом. При нажатии на педаль тормоза 16, сигнал от микропереключателя расположенного под педалью (на фиг. не обозначен) передается на блок управления 18, где обрабатывается и формируется управляющий сигнал, передаваемый на электромагнитную муфту 14 привода мультипликатора, которая осуществляет соединение трансмиссии 15 и мультипликатора 13, увеличивающего в несколько раз частоту вращения выходного звена трансмиссии передаваемого посредством обгонной муфты 11 на маховик 10. Соединение маховика 10 с мультипликатором 13 через обгонную муфту 11 позволяет компенсировать разность частот их вращения. Маховик 10 раскручивается до высокой скорости и тем самым запасает кинетическую энергию торможения транспортного средства.
На режимах динамичного разгона транспортного средства возникает необходимость преодолеть эффект «провала» мощности или «турбоямы», что осуществляется за счет подкрутки компрессорного вала 4 турбокомпрессора. Для этого, при нажатии водителем на педаль подачи топлива 17 сигнал от микропереключателя, расположенного под педалью (на фиг. не обозначен), передается на электронный блок управления 18, где обрабатывается и формируется управляющий сигнал, на включение бесконтактной магнитной муфты 19, выключение бесконтактной магнитной муфты 6, а также на открытие регулировочной заслонки 23.
В результате получения управляющего сигнала муфта 19 бесконтактно (в магнитном поле) соединяет вал 12 маховика 10 с компрессорным валом 4. В результате чего крутящий момент с маховика 10 передается через вал 12 и 4 на компрессор 3 турбокомпрессора, обеспечивая его подкрутку на режимах динамичного разгона транспортного средства.
Одновременно с включением муфты 19 происходит выключение муфты 6, которая размыкает валы 4 и 5, в результате передача крутящего момента на турбину 2 прекращается.
С целью снижения гидравлического сопротивления на выпуске отработавших газов устанавливают регулировочную заслонку 23, которая, открываясь по сигналу от электронного блока управления 18, обеспечивает перепуск отработавших газов в атмосферу, минуя турбину 2.
После выхода турбокомпрессора на номинальный режим, по сигналу от электронного блока управления 18 бесконтактная магнитная муфта 19 выключается, передача крутящего момента от маховика 10 к компрессорному валу 4 турбокомпрессора прекращается. А бесконтактная магнитная муфта 6 напротив включается, что обеспечивает смыкание валов 4 и 5, следовательно, работу турбокомпрессора в штатном режиме передачи крутящего момента от турбины 2 на компрессор 3. Регулировочная заслонка 23 закрывается, это обеспечивает перенаправление отработавших газов на лопатки турбины 2.
По сравнению с прототипом предлагаемое техническое решение позволяет значительно улучшить приемистость двигателя военной автомобильной техники.