Система регулирования температуры наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания

Система регулирования температуры наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к системам автоматического регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС, и может быть использовано транспортными средствами.

Известно изобретение “Двигатель внутреннего сгорания” (Авторское свидетельство 1498933, F 02 G 5/02, 1989). Изобретение позволяет повысить эффективность использования теплоты отработавших газов путем получения дополнительной электрической энергии в термоэлектрогенераторе. Двигатель содержит турбокомпрессор подачи наддувочного воздуха, впускной трубопровод, подключенный к воздухонапорному патрубку турбокомпрессора, охладитель наддувочного воздуха, установленный во впускном трубопроводе, выхлопной трубопровод, подключенный к турбине турбокомпрессора, и термоэлектрогенератор. Горячие спаи термоэлементов генератора размещены в выхлопном трубопроводе, а холодные спаи - в участке впускного трубопровода. При получении электрической энергии в термоэлектрогенераторе температура наддувочного воздуха повышается, что позволяет на частичных нагрузках и при низких температурах окружающей среды повысить экономичность двигателя.

Однако в этом устройстве термоэлектрические установки обладают низкой энергетической эффективностью.

Также известна система жидкостного охлаждения и быстрого прогрева ДВС (Патент RU 2117780, F 01 Р 3/00, 1998). Устройство содержит рубашку охлаждения двигателя, контуры горячей и холодной циркуляции, средство управления потоками жидкости, газораспределитель, устройство подогрева. Данное устройство предназначено для охлаждения системы охлаждения и быстрого прогрева двигателя отработавшими газами. Однако подогрев и охлаждение наддувочного воздуха в этом устройстве не предусмотрены.

Известен также способ подачи воздуха в ДВС (Авторское свидетельство СССР №1270384, F 02 В 29/04, 1986). Устройство содержит двигатель, емкость для хранения жидкого аммиака, впускной-трубопровод, дозатор, впускной коллектор. Основным недостатком данного устройства является то, что дозатор не сможет регулировать подачу нужного количества аммиака на переменных нагрузках, а на частичных нагрузках вообще следует прекратить подачу жидкого аммиака.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является "Устройство для регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС" (патент RU 2184251, F 02 В 29/04, 2002).

Заявленное изобретение решает задачу создания системы регулирования температуры наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания.

Техническим результатом, достигаемым при этом, является возможность выбора рабочей температуры наддувочного воздуха и поддержание заданного рабочего температурного режима при частичных нагрузках работы двигателя и на номинальных нагрузках в жарких климатических условиях.

Технический результат достигается тем, что известная система, содержащая турбокомпрессор, систему охлаждения, электрический исполнительный механизм, четырехходовой кран, газораспределитель, электрический распределитель отработавших газов, каналы подачи наддувочного воздуха на охладитель и теплообменник, канал подачи воздуха в двигатель, емкость с жидким хладагентом и дозатор, согласно изобретению связана с системой охлаждения двигателя с программным регулированием через четырехходовой кран с электрическим исполнительным механизмом, связанным с блоком управления, вход которой при работе на частичных нагрузках через канал перепуска подключен к теплообменнику наддувочного воздуха, а выход - к двигателю. Кроме того, она также содержит электромагнитный клапан, вход которого подключен к емкости жидкого хладагента, выход - через дозатор к теплообменнику наддувочного воздуха и электрически связан с блоком управления, содержащем устройство управления температурной точки росы, связанное с электромагнитным клапаном подачи жидкого хладагента в теплообменник, кроме того, она дополнительно содержит канал отвода отработавших газов от газораспределителя, связанный электрически с блоком управления и подключенный к теплообменнику наддувочного воздуха, выход - к каналу отвода отработавших газов в атмосферу. Кроме того, она также содержит электромагнитный клапан, вход которого подключен к емкости жидкого хладагента, а выход - через дозатор к теплообменнику наддувочного воздуха и электрически связан с блоком управления, содержащем устройство управления температурой точки росы, связанное с электромагнитным клапаном подачи жидкого хладагента в теплообменник.

Предлагаемая система регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС представлена на прилагаемых чертежах: на фиг.1 - вариант 1 с системой охлаждения двигателя, на фиг.2 - вариант 2 с системой отработавших газов. Оба варианта подключены к жидкому хладагенту.

Система регулирования температуры наддувочного воздуха двигателя по варианту 1, представленная на фиг.1, содержит двигатель 1, газовую турбину 2, турбокомпрессор 3, распределитель наддувочного воздуха 4, электродвигатель 5, охладитель наддувочного воздуха 6, датчик температуры наддувочного воздуха 7, теплообменник 8, датчик нагрузки 9, задатчик температуры наддувочного воздуха 10, канал отработавших газов 11, каналы наддувочного воздуха 12, 13, 14, 15, 16, датчик температуры системы охлаждения 17, циркуляционный насос 18, канал системы охлаждения 19, электрический исполнительный механизм 20, каналы системы охлаждения 22, 23, 24, 26, 27, охладитель 25, задатчик температуры системы охлаждения 28, блок управления 29, емкость с жидким хладагентом 35, электромагнитный клапан 36, дозатор 37, канал подачи хладагента 38.

Распределитель 4 механически связан с электродвигателем 5. В зависимости от нагрузки и температуры распределитель направляет наддувочный воздух по каналу 14 на охладитель 6 или по каналу 13 на перепуск.

Электрический исполнительный механизм 20 подключен к четырехходовому регулирующему органу - крану 21 и связан с каналом 19 приема охлаждающей жидкости из двигателя, с каналами перепуска 22, 23 на теплообменник 8 и в двигатель 1 и с каналом 24 подачи жидкости в охладитель 25.

На фиг.2 представлена система регулирования температуры наддувочного воздуха с использованием газораспределителя. Система кроме вышеназванных элементов содержит газораспределитель 30 с электроприводом 31, электрически связанным с блоком управления 29, каналы подвода 32 к теплообменнику 8 и отвода 33 отработавших газов от теплообменника 8 к каналу 34 основного выпуска в атмосферу, емкость с жидким хладагентом 35, электромагнитный клапан 36, дозатор 37, канал подачи хладагента 38.

Задатчик температуры наддувочного воздуха 10 и блок управления 29 позволяют работать системе в 4-х режимах.

Режим №1.

Р_ет≤0,25 Р_ен. Поток наддувочного воздуха по каналу 13, теплообменник 8 и канал 16 поступает в двигатель.

Режим №2.

0,25 Р_ен≤P_ет≤0,4 P_ен. Часть потока наддувочного воздуха по каналу 13 идет на перепуск, а другая часть - на охладитель 6.

Режим №3.

Р_ет≤0,4 Р_ен. Весь поток наддувочного воздуха по каналу 23 идет на охладитель 6.

Режим №4.

Р_ет+Р_ен, T_st>T_so. Теплообменник 8 работает в холодильном режиме.

Здесь P_ет - текущее значение мощности;

Р_ен - эффективная номинальная мощность;

T_st - текущее значение температуры наддувочного воздуха;

T_so - оптимальное значение температуры наддувочного воздуха.

Задатчик температуры системы охлаждения 28 и блок управления 29 позволяют работать в системе в 4-х режимах.

Режим №1. Р_ет≤0,25 Р_ен. В системе охлаждения поддерживается температура Т_в=95° С. Весь поток охлаждающей жидкости по каналу 22 идет в теплообменник 8 и по каналу 27 поступает в двигатель.

Режим №2.

0,25 P_ен≤Р_ет≤0,4 Р_ен. В системе охлаждения поддерживается температура Т_в=95° С, где Т_в - температура охлаждающей воды. Весь поток охлаждающей жидкости по каналу 23 идет в двигатель.

Режим №3.

P_ет≥0,4 Р_ен. Часть потока охлаждающей жидкости по каналу 23 поступает на перепуск, а часть - по каналу 24 в охладитель 25 и по каналу 26 в двигатель.

Режим №4.

Р_ет>Р_ен. Весь поток охлаждающей жидкости по каналу 24 идет в охладитель 25, затем по каналу 26 поступает в двигатель.

В блок управления 29 поступают сигналы от датчиков температуры наддувочного воздуха 7 и системы охлаждения 17 и задатчиков 10, 28.

Система регулирования температуры наддувочного воздуха ДВС работает следующим образом.

После запуска двигателя система начинает работать. При этом:

1. Если Р_ет≥0,25 Р_ен, в системе охлаждения двигателя сигнал от датчика нагрузки 9 поступает на задатчик 28, который формирует соответствующий сигнал и подает его в блок управления 29. Одновременно в блок управления 29 подается сигнал от датчика температуры 17. По этим сигналам формируется сигнал управления и подается в электрический исполнительный механизм 20, который приводит в действие четырехходовой кран 21, открывается канал 22 и весь поток охлаждающей жидкости с температурой Т_в=95° С направляется в теплообменник 8. В системе наддувочного воздуха сигнал от датчика нагрузки 9 поступает на задатчик 10, где формируется сигнал и подается в блок управления 29, а сигнал от датчика температуры наддувочного воздуха 7 поступает в блок управления 20. По этим сигналам в блоке управления 29 формируется сигнал управления и подается на электродвигатель 5, который приводит в действие распределитель 4, открывает канал 13, и наддувочный воздух по этому каналу направляется в теплообменник 8, где происходит теплообмен с жидкостью системы охлаждения, которая подогревается до заданной температуры и направляется в двигатель.

2. Если 0,25 Р_ен≤Р_ет≤0,4 Р_ен, то в системе охлаждения под действием блока управления и электрического исполнительного механизма закрываются каналы 22, 24, открывается канал 23, при этом охлаждающая жидкость с температурой Т_в=95° С по этому каналу поступает в двигатель.

В этом случае наддувочный воздух по каналу 13 через теплообменник 8 без теплообмена поступает в двигатель 1.

3. Если Р_ет≥0,4 Р_ен, система охлаждения двигателя к системе наддувочного воздуха никакого отношения не имеет, она работает по своему заданному закону. Сигнал от датчика нагрузки 9 поступает в задатчик 10, формируется сигнал и подается в блок управления 29, одновременно в блок управления 29 поступает изменение сигнала от датчика температуры наддувочного воздуха 7. В блоке управления 29 формируется сигнал управления и подается на электродвигатель 5, который с помощью распределителя 4 закрывает канал 13 и открывает канал 14. Наддувочный воздух направляется в охладитель 6, где охлаждается до заданного значения и по каналу 15 через теплообменник 8 (в теплообменнике 8 теплообмен отсутствует) и каналу 16 направляется в двигатель. При необходимости часть наддувочного воздуха может быть направлена на перепуск по каналу 13.

После запуска двигателя при работе двигателя на частичных нагрузках, т.е. когда Р_ет≥0,25 Р_ен, сигналы от датчиков нагрузки 9 и температуры 7 поступают в блок управления 29, где формируется сигнал управления и поступает на электропривод 31, который приводится в действие. При этом открывается канал 32, и часть отработавших газов поступает в теплообменник 8, где происходит теплообмен с наддувочным воздухом. Такое состояние системы наддувочного воздуха сохраняется до тех пор, пока датчик температуры 7 не зафиксирует оптимальное значение температуры наддувочного воздуха для данного режима. После этого оптимальное значение температуры будет поддерживаться соответственно каналам 32. При повышении нагрузки двигателя, например если 0,25 Р_ен≤P_ет≤0,4 Р_ен, канал 32 закроется, система регулирования температуры наддувочного воздуха начинает работать по вышеописанному алгоритму.

При работе автомобиля в жарких регионах страны, когда для снижения температуры наддувочного воздуха мощности штатного охладителя 6 не хватает, появляется необходимость включения режима максимального охлаждения.

При этом датчик температуры наддувочного воздуха 7 регистрирует сильный рост температуры. В этом случае датчик температуры 7 посылает сигнал на блок управления 29, который в свою очередь посылает сигнал на электромагнитный клапан 36. Электромагнитный клапан 36 открывает канал 38, и по этому каналу через дозатор 37 в теплообменник 8 подается необходимое количество жидкого хладагента (фреон, аммиак и т.д.), хранящегося в емкости 35. Жидкий хладагент, испаряясь, перемешивается с наддувочным воздухом и охлаждает его. Далее охлажденный до оптимального значения наддувочный воздух в смеси с парами хладагента по каналу 16 подается в двигатель 1. При охлаждении наддувочного воздуха до точки росы блок управления 29 формирует сигнал, подает его на электромагнитный клапан 36. Электромагнитный клапан 36 частично закрывается и уменьшается подача жидкого хладагента в теплообменник 8, что приводит к увеличению температуры наддувочного воздуха выше температуры точки росы.

При сбросе нагрузки двигателя системы регулирования температуры наддувочного воздуха работают в обратном порядке.

Таким образом, подключение системы охлаждения с программным регулированием к системе регулирования температуры наддувочного воздуха позволяет выполнить подогрев воздуха на частичных режимах работы двигателя.

Подключение газораспределительного устройства к теплообменнику наддувочного воздуха позволяет выполнить быстрый прогрев наддувочного воздуха после запуска двигателя. В результате использования режима максимального охлаждения поддерживается рациональная температура наддувочного воздуха в жарких климатических условиях работы двигателя. При этом повышаются технико-экономические и экологические показатели транспортных двигателей, например, на автомобилях при движении в условиях крупного города с интенсивным движением транспорта.

1. Система регулирования температуры наддувочного воздуха двигателя внутреннего сгорания, содержащая турбокомпрессор, систему охлаждения, электрический исполнительный механизм, четырехходовой кран, газораспределитель, электрический распределитель отработавших газов, каналы подачи наддувочного воздуха на охладитель, теплообменник и канал подачи воздуха в двигатель, емкость с жидким хладагентом и дозатор, отличающаяся тем, что она связана с системой охлаждения двигателя с программным регулированием через четырехходовой кран с электрическим исполнительным механизмом, связанным с блоком управления, вход которой при работе на частичных нагрузках через канал перепуска подключен к теплообменнику наддувочного воздуха, а выход - к двигателю.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит канал отвода отработавших газов от газораспределителя, связанного электрически с блоком управления и подключенного к теплообменнику наддувочного воздуха, выход - к каналу отвода отработавших газов в атмосферу.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит электромагнитный клапан, вход которого подключен к емкости жидкого хладагента, а выход через дозатор - к теплообменнику наддувочного воздуха и электрически связан с блоком управления.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок управления содержит устройство управления температурой точки росы, связанное с электромагнитным клапаном подачи жидкого хладагента в теплообменник.