СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Полезная модель относится к двигателестроению, применению малотоксичных газовых двигателей на транспорте, в частности, на маневровых тепловозах.
Наиболее близким аналогом заявленной полезной модели является силовая установка автомобиля (транспортного средства), которая содержит двигатель внутреннего сгорания, генератор синтез газа (термохимический реактор), блок управления работой двигателя, блок управления работой термохимического реактора и лямбдамер (датчик содержания кислорода). Двигатель содержит впускной и выпускной газовые коллекторы и форсунки для подачи газового топлива на сжигание. Термохимический реактор (ТХР) содержит впускной канал для воздуха, устройство для подачи газового топлива и выпускной канал, из которого во впускной газовый коллектор двигателя подаются продукты термохимической реакции парциального окисления газового топлива (см. Многотопливные газовые двигатели с элементами адаптивного управления, «Газ в моторах» спецвыпуск №626, приложение к журналу «Газовая промышленность», 2008, с.68-72).
Из-за отставания показаний датчика содержания кислорода от изменений в режиме работы двигателя, тепловой инерции ТХР и инерционности подачи в него газа, а также, из-за удаленности ТХР от впускной системы двигателя, в упомянутом выше техническом решении подача синтез-газа в двигатель не согласована с режимом работы двигателя. Все выше перечисленное приводит к повышенному выбросу токсичных компонентов с выпускными газами двигателя и ухудшению экономичности.
В эксплуатации силовые установки маневровых тепловозов работают до 70% рабочего времени в режиме холостого хода, а большую часть работы под нагрузкой - на неустановившихся режимах. При работе в режиме холостого хода и в режиме малой нагрузки процесс сгорания в цилиндрах двигателя происходит недостаточно эффективно, что приводит к увеличению выбросов токсичных компонентов с отработавшими газами.
Таким образом, техническое решение, являющееся наиболее близким аналогом заявленной полезной модели, имеет следующие недостатки:
повышенный выброс токсичных компонентов с выпускными газами двигателя на неустановившихся режимах работы двигателя и низкая экономичность работы двигателя.
Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание экономичной силовой установки с улучшенными экологическими характеристиками.
Заявленное изобретение позволяет обеспечить достижение следующих технических результатов:
- улучшение экологических характеристик силовой установки транспортного средства, например, тепловоза, за счет уменьшения выброса токсичных компонентов с отработавшими газами;
- повышение экономичности во время работы на неустановившихся режимах, за счет уменьшения рассогласованности работы термохимического реактора (ТХР) с работой двигателя внутреннего сгорания (ДВС).
Технический результат заявленной полезной модели достигается тем, что силовая установка транспортного средства содержит двигатель внутреннего сгорания, термохимический реактор, блок управления работой двигателя, блок управления работой термохимического реактора и датчик содержания кислорода. Двигатель содержит впускной и выпускной газовые коллекторы и форсунки для подачи газового топлива. Термохимический реактор содержит впускной канал для воздуха, устройство для подачи газового топлива и выпускной канал из которого во впускной газовый коллектор двигателя подаются продукты термохимической реакции парциального окисления газового топлива. Силовая установка также содержит трубопровод рециркуляции продуктов сгорания двигателя, перепускной клапан и патрубок, который непосредственно соединен с впускным газовым коллектором двигателя и с трубопроводом рециркуляции продуктов сгорания двигателя. Перепускной клапан установлен в трубопроводе рециркуляции продуктов сгорания двигателя, датчик содержания кислорода установлен в выпускном газовом коллекторе двигателя и соединен с блоком управления работой двигателя, термохимический реактор установлен с зазором в упомянутом патрубке, причем этот патрубок предназначен для подачи воздуха, обеспечивающего парциальное окисление газового топлива в термохимическом реакторе и сжигание газового топлива в двигателе. Блок управления работой двигателя и блок управления работой термохимического реактора соединены с контроллером транспортного средства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена силовая установка транспортного средства;
На фиг.2 представлена блок-схема управления силовой установкой транспортного средства (маневрового тепловоза).
Силовая установка транспортного средства (маневрового тепловоза) содержит двигатель внутреннего сгорания 1, впускной газовый коллектор 2 двигателя 1, выпускной газовый коллектор 3 двигателя 1, блок управления 4 работой двигателя, электрический генератор 5, форсунки 6 для подачи газового топлива на сжигание в двигатель, датчик содержания кислорода 7, трубопровод рециркуляции 8 продуктов сгорания двигателя 1, перепускной клапан 9, термохимический реактор (ТХР) 10, пламегасящую сетку 11, устройство 12 для подачи газового топлива, свечу зажигания 13, датчик температуры 14, блок управления 15 работой ТХР, воздушную заслонку 16, патрубок 17, зазор 18 между стенкой патрубка 17 и ТХР 10 и контроллер 19 транспортного средства.
Двигатель 1 содержит впускной 2 и выпускной 3 газовые коллекторы и форсунки 6 для подачи газового топлива на сжигание. Управление работой двигателя осуществляется блоком управления 4 работой двигателя, двигателя 1 работает на природном газе и приводит во вращение электрический генератор 5.
Подача природного газа в двигателя 1 осуществляется форсунками 6 для подачи газового топлива на сжигание, установленными на впускном газовом коллекторе 2. На выпускном газовом коллекторе 3 установлен датчик содержания кислорода 7 в продуктах сгорания двигателя 1. Выпускной газовый коллектор 3 двигателя соединен трубопроводом рециркуляции 8 продуктов сгорания двигателя 1 с патрубком 17, через который подается воздух, обеспечивающий парциальное окисление газового топлива в ТХР 10 и сжигание газового топлива в двигателе 1. В трубопроводе рециркуляции 8 продуктов сгорания двигателя 1 установлен перепускной клапан 9.
Вход блока управления 4 работой двигателя соединен с датчиком содержания кислорода 7 в продуктах сгорания двигателя 1, а его выходы соединены с форсунками 6 для подачи газового топлива на сжигание и перепускным клапаном 9.
ТХР 10 содержит камеру реактора, ограниченную со всех сторон о пламегасящей сеткой 11, с установленными в ней устройством 12 для подачи газового топлива, свечой зажигания 13 и датчиком температуры 14. Блок управления 15 работой ТХР, поддерживает необходимые для работы ТХР параметры.
Выходы блока управления 15 работой ТХР соединены со свечой зажигания 13, устройством 12 и с воздушной заслонкой 16, дозирующей подачу воздуха в ТХР. Вход блока управления 15 работой ТХР соединен с датчиком температуры 14.
ТХР 10 установлен в подводящем воздух патрубке 17, который непосредственно соединен с впускным газовым коллектором 2 двигателя 1 и с трубопроводом рециркуляции 8 продуктов сгорания двигателя 1. Между стенкой патрубка 17 и ТХР 10 имеется зазор 18.
Блок управления 4 работой двигателя и блок управления 15 работой термохимического реактора соединены с контроллером 19 транспортного средства.
Силовая установка работает следующим образом.
В форсунки 6 для подачи газового топлива на сжигание в соответствии с сигналом от блока управления 4 работой двигателя подается природный газ, а во впускной газовый коллектор 2 двигателя 1 поступает синтез-газ из выпускного канала ТХР. Кроме того во впускной газовый коллектор 2 поступает из зазора 18 либо воздух, либо (при открытом перепускном клапане 9) смесь воздуха и продуктов сгорания двигателя из трубопровода рециркуляции 8 продуктов сгорания двигателя 1.
Синтез-газ подается из выпускного канала ТХР 10 в двигателя 1 как инициирующая добавка к основному газовому топливу (природному газу), которая улучшает сгорание топлива.
2
Сначала ТХР работает в режиме розжига, при котором воздух подается через патрубок 17, а на устройство 12 поступает природный газ. Воздушно-газовая смесь поджигается посредством свечи зажигания 13. После достижения в ТХР рабочей температуры (около 600°С) по сигналу с датчика температуры 14 блок управления 15 работой ТХР выключает свечу зажигания 13. После выключения зажигания, горение газового топлива прекращается и, в ТХР происходит реакция парциального (неполного) окисления природного газа, которая идет с образованием синтез-газа, в составе которого содержится H.
Во впускной коллектор 2 двигателя 1 подаются продукты термохимической реакции парциального окисления природного газа из выпускного канала термохимического реактора 10. Продукты сгорания из двигателя 1 поступают в выпускной газовый коллектор 3.
При работе транспортного средства в режиме холостого хода часть продуктов сгорания двигателя 1 из выпускного газового коллектора 3 поступает по трубопроводу рециркуляции 8 продуктов сгорания двигателя 1 в патрубок 17. Рециркуляция осуществляется при открытии перепускного клапана 9. Перепускной клапан 9 открывается по управляющему сигналу из блока управления 4 работой двигателя 1.
Рециркуляция выпускных газов с помощью перепускного клапана 9 используется для снижения токсичности продуктов сгорания двигателя на режимах малых нагрузок.
Кроме того, при открытом перепускном клапане 9 ТХР 10 дополнительно подогревается проходящими в зазоре 18 продуктами сгорания двигателя, поступающими из трубопровода рециркуляции 8 продуктов сгорания двигателя 1. Таким образом, подача горячих продуктов сгорания перед ТХР облегчает поддержание теплового режима ТХР (~600°С) при работе на режимах малых нагрузок.
Управление работой силовой установки транспортного средства осуществляется машинистом с помощью переключения позиций контроллера 19 транспортного средства. При этом контроллер 19 представляет собой многопозиционный переключающий аппарат с помощью которого изменяют режим работы двигателя. Контроллер 19 установлен на транспортном средстве, например тепловозе и используется для пуска, регулирования скорости, реверса и торможения двигателей.
В соответствии с текущим режимом работы двигателя контроллер 19 транспортного средства задает уровень подачи газового топлива в двигатель 1. Ограничение подачи газа газового топлива в двигатель 1 дополнительно корректируется по показаниям датчика содержания кислорода 7, подающего сигнал о концентрации кислорода в отработавших газах. Этот сигнал используется блоком управления 4 работой двигателя 1 для поддержания (при сжигании топлива) оптимального (стехиометрического) соотношения «воздух/газовое топливо».
Необходимые для работы ТХР параметры поддерживает блок управления 15 работой ТХР. В соответствии с заданной позицией контроллера 19 транспортного средства блок управления 15 работой ТХР осуществляет подачу природного газа через устройство 12 в ТХР 10 и осуществляет, путем подачи управляющего сигнала на воздушную заслонку 16, поступление необходимого количества воздуха в ТХР.
Использование полезной модели позволит снизить выбросы токсичных компонентов с отработавшими газами силовой установкой транспортного средства маневрового тепловоза и улучшить экономичность силовой установки на характерных для эксплуатации неустановившихся режимах работы.