BG111103A

BG111103A - Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене

Info

Publication number: BG111103A
Application number: BG10111103A
Authority: BG
Inventors: Evgeni гениДОМИШЛЯРОВ Ев Domishlyarov
Original assignee: ДОМИШЛЯРОВ ЕвгениDomishlyarov Evgeni
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-28

Abstract

Системата се прилага при всички видове двигатели с вътрешно горене, работещи с различни горива. @Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1) включва компресор (2), свързан към първи охладител (3) с първи топлообменник (4) с циркулиращ в него охлаждащ флуид и втори охладител (5). Тя се характеризира с това, че има и втори компресор (6), към чийто изход е свързан вторият охладител (5), който съдържа втори топлообменник (7) с циркулиращ в него охлаждащ флуид. Двата топлообменника (4 и 7) са присъединени през разпределител (9) към термопомпен агрегат (8), който може да е от климатизиращата система на автомобила.

Description

ОБЛАСТ НА ТЕХНИКАТА

Настоящото изобретение се отнася до система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, предназначени за автомобили с такива двигатели. Както и за хибридни сухопътни, водни и въздушни транспортни средства, включващи двигатели с вътрешно горене.

ПРЕДШЕСТВАЩО СЪСТОЯНИЕ НА ТЕХНИКАТА

Новите масови леки автомобили се правят с мотори с компресори и охлаждане на сгъстения въздух за горивната смес на двигателите им с вътрешно горене, независимо дали те а дизелови или бензинови. Целта е да се намалят изгорелите газове на километър път, за да се покрият непрекъснато нарастващите изисквания за екологично приемливи двигатели. Преследвайки тази цел, автоконструкторите проектират помалки двигатели, но задължително с един компресор. Стандартните турбокомпресори, задвижвани от изгорелите газове, или от компресори, въртени чрез предавка на движението от коляновия вал на самия двигател, са неефективни при ниски обороти на мотора. Затова, при такива режими, които са характерни за извънградско каране, например на 6-та скорост, турбозадвижваните компресори от изгорелите газове са доста неефективни.

Очевидно е, че за подобряване на динамичните качества на новите, по-маломощни двигатели, е необходимо да се поддържа по-високо въздушно налягане за ефективна работа на мотора във всичките му режими, за което е необходимо и постигането на по-ниска температура на • · · · · · • ·· ······· ··· ···

гориво въздушната смес, тъй като при висока температура не може да се постигне необходимата й плътност за оптимално протичане на горенето в цилиндрите на двигателите. Един от начините за това е чрез охждане на течното гориво. В патент на Япония JP2010275982 (А) (собственост на ISUZU MOTORS LTD) е представено такова решение. По същество то се свежда до разпръскване на течното гориво през множество дюзи при смесването му. По принцип, разпръскването на горивото се прави за всички двигатели, независимо дали то, повече или по-малко, се охлажда в процеса на разпръскването му. Другият компонент на гориво-въздушната смес е именно въздухът. И тъй като той е много повече от горивото, то неговата температура има решаващо значение за постигане на общо понижена температура на сместа като цяло. Затова решението, посочено в горецитираният японски патент, не е достатъчно ефективно.

В патент на Корея KR20100067030 (А), собственост на германския концерн MAN DIESEL, е представено техническо решение за компресиране на въздуха за гориво въздушната смес с два успоредно свързани компресора, задвижвани от изгорелите газове на мотора. Без съмнение такава система, и подобните й, понякога наричани «би-турбо», са поефективни от еднокомпресорните ситеми. Но налягането, което един турбокомпресор може да повиши при ниски обороти на двигателите е недостатъчно за ефективна работа на мотора. И два успоредно свързани компресора също не могат достатъчно да повишат налягането на входящия въздух.

От патент на Китай CN101936212 (А), собственост на фирмата

CHERY AUTOMOBILE CO LTD е известно решение за уплътняване на входящия въздух в двигателя чрез двустепенното му охлаждане. Но понеже се ползва само един компресор, то налягането не може да достигне до необходимите по-високи стойности, което е много важно за автомобилите при движение на по-голяма надморска височина, където естественото въздушно налягане е по-ниско (въздухът е по-рядък).

Подобна на предходната система с двустепенното му охлаждане е позната и от японски патент JP2011074822 (А), собственост на фирмата DIESEL UNITED. Единият от нейните охладителите работи с пряко изпарение на охлаждащия флуид, което от термодинамична гледна точка е по-ефективно решение, но пък значително усложнява и оскъпява, не само изработването й, но и поддръжката й. Тя представлява система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене с един компресор и два въздухоохладителя и се състояща се от компресор, който е свързан към първия охладител с първи топлообменник с циркулиращ в него охлаждащ флуид и втори охладител. Тази система не е достатъчно ефективна, защото само чрез охлаждане и един компресор не могат да се достигнат желаните по-високи налягания за оптимална работа на двигателите. Тя е усложнена от втория охладител, който работи с пряко изпарение. Освен това, тя е предназначена само за дизелови двигатели, което значително ограничава нейното приложение при съвременните леки и хибридни автомобили, които масово са с бензинови двигатели.

Във всички споменати тук, и множество други, технически решения не е предвидено използването на термопомпи, които са най-ефективното познато техническо решение за постигане на бързо и силно охлаждане.

ТЕХНИЧЕСКА СЪЩНОСТ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Задача на настоящото изобретение е да се обезпечи система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, при която да се постигне едновременно по-висока степен на сгъстяване и по-значително понижаване на температурата на влизащия в моторите въздух за оптимална работа на двигателя при всички режими на движение, при което тя да бъде евтина за производство и в експлоатация, да може да се прилага и за усъвършенстване на безкомпресорни и едно компресорни мотори и да използва охладителна мощност от • · високоефективните термопомпени системи, включително и от съществуващите такива за климатиците в съвременните автомобили.

Задачата е решена чрез система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене с два компресора и два въздухоохладителя, състояща се от един компресор, свързан към първи охладител с първи топлообменник с циркулиращ в него охлаждащ флуид и втори охладител, характеризираща се с това, че има и втори компресор към чийто изход е свързан вторият охладител, който съдържа втори топлообменник с циркулиращ в него охлаждащ флуид, при което двата топлообменника са присъединени към термопомпен агрегат през разпределител.

В едно предпочитано изпълнение система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, единият компресор се задвижва от електрически мотор, а вторият компресор се задвижва от турбина, въртяна от изходящите изгорели газове от двигателя .

В друго предпочитано изпълнение система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, вторият компресор също може да се задвижва от електрически мотор.

В друго предпочитано изпълнение система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, компресорите могат да са регулируеми.

В друго предпочитано изпълнение система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, компресорите може да са свързани последователно един след друг в един въздуховод.

В друго предпочитано изпълнение система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, компресорите може да са свързани успоредно към съединяващ ги един въздуховод.

• ·

В друго предпочитано изпълнение система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, въздуховодът може да е свързан към двигателя през въздушен филтър.

В друго предпочитано изпълнение система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, термопомпеният агрегат е термопомопения агрегат на климатизиращата система на автомобила.

В друго предпочитано изпълнение система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, термопомпеният агрегат и разпределителят могат да са регулируеми.

В друго предпочитано изпълнение система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, термопомпеният агрегат и разпределителят включват циркулационни помпи.

Предимствата на системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене се състоят в постигането на високоефективно сгъстяване и охлаждане на въздуха, подаван към двигателя, което му осигурява икономична работа, водеща до нисък разход на гориво и минимално изхвърляне на парникови газове в атмосферата при изгарянето на горивото. С това се постигат и най-високи стандарти за природосъобразност на автомобилите.

Важно предимство на системата, съгласно изобретението е, че тя използва готов термопомпен агрегат от охладителната система на автомобила.

Наличието на възможността за промяна на охлаждащата мощност и на двата охладителя на системата, благодарение на регулируемите разпределител и термопомпен агрегат, осигуряват нейната висока гъвкавост и затова тя има предимството да работи ефективно във всички режими на двигателя, независимо външните климатични условия.

• ·

Предимство на системата, съгласно изобретението, е универсалното й приложение при всички видове двигатели с вътрешно горене, както при заводското им конструиране, така и за по-нататъшното им подобрение и усъвършенстване.

Системата има предимството, че се прилага при всички видове двигатели с вътрешно горене, работещи с най различни горива като: бензин, дизел, природен газ, пропан-бутанов газ, биодизел, етанол, метанол, Браунов газ, водородно обогатени петролни горива и други подобни, както и техните смеси. Системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, е компактна, защото топлообменниците се разполагат на мястото на съществуващите въздуховоди, а мястото на въздушния филтър и функциите му не се променят.

Важно експлоатационно предимство на системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, е че се регулира, както охладителната мощност на всеки топлообменник, чрез разпределителя и термопомпения агрегат, така и степента на сгъстяване чрез регулируемите компресори, което позволява тя да бъде гъвкава и да поддържа ефективни енергийни параметри на автомобила при всякакви режими на движение.

ПОЯСНЕНИЕ НА ПРИЛОЖЕНАТА ФИГУРА

Фигурата представлява схематично изображение на системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението.

ПРИМЕРИ ЗА ИЗПЪЛНЕНИЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Показаното на фигурата примерно изпълнение на системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене е с два компресора и два въздухоохладителя. Единият компресор 2 • ·

е свързан към първи охладител 3 с първи топлообменник 4 с циркулиращ в него охлаждащ флуид и втори охладител 5. Системата се характеризира с това, че има и втори компресор 6, към чийто изход е свързан вторият охладител 5, който съдържа втори топлообменник 7 с циркулиращ в него охлаждащ флуид, при което двата топлообменника, 4 и 7, са присъединени към термопомпен агрегат 8 през разпределител 9.

Единият компресор 3 се задвижва от електрически мотор 10, а вторият компресор 6 се задвижва от турбина 11, въртяна от изходящите изгорели газове от двигателя 1, а компресорите 2 и 6 са регулируеми и са свързани последователно един след друг в един въздуховод 12, водещ до двигателя 1. Въздуховодът 12 е свързан към двигателя 1 през въздушен филтър 13, а термопомпеният агрегат 8 е термопомопения агрегат на климатизиращата система на автомобила. Термопомпеният агрегат 8 и разпределителят 9 са регулируеми, като и двата включват циркулационни помпи.

За осигуряване на гъвкаво нагаждане към пътните условия и икономично изразходване на енергия при движението на автомобила, системата има максимални възможности, благодарение на предвидената регулация на всичките й базови елементи.

ИЗПОЛЗВАНЕ НА ИЗОБРЕТЕНИЕТО

Системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, работи по следният начин, представен чрез основните режими на движение и без промяна на софтуера на стандартния автомобилен компютър:

При натискане на педала за газ, се повишава налягането, чрез увеличение на оборотите на компресор 2, и понижава температурата на входящия въздух, чрез двата охладителя 3 и 5, в зависимост от степента на натискане на педала на газта. Стандартния компютър на всеки автомобил реагира на повишеното количество въздух със съответното увеличение на

горивото, при което двигателят 1 бързо увеличава оборотите си, а от там и въртящия момент и мощността, предавана за движение.

При задържане на педала за газ, в определено положение, се запазва постоянно количеството на подавания въздух и температурата му, поради което компютърът на автомобила подава постоянно количество гориво и съответно двигателят 1 работи с постоянни обороти и колата върви равномерно.

При отнемаме на газта на автомобила падат оборотите на компресорите 2 и 6 и съответно масата на подавания въздух - респективно автомобилният компютър намалява горивото и двигателят 1 също намалява оборотите си.

Описаната система, съгласно изобретението, може да намери широко приложение в различни релсови, нерелсови и водни транспортни средства с двигатели 1 с вътрешно горене, както и с хибридни силови системи.

Системата може да се конструира в различни варианти. Например, при безкомпресорни двигатели 1 да се използва само двустепенно охлаждане, чрез двата охладителя 3 и 5, чиито топлообменници 4 и 7 да бъдат поставени в съществуващите въздуховоди към въздушния филтър на колата. При което те могат да са свързани последователно в тръбопровода

на охлаждащия флуид на климатизиращата система на колата.

Същата описана конфигурация на системата може да се приложи и към еднокомпресорни двигатели, или мотори с „би-турбо” компресори, като не се променят съществуващите охладители на въздуха (интеркулери). Само се добавят един или два термопомпени охладители 3 и/или 5.

При безкомпресорни двигатели 1 може да се добавят два електрически компресора 2, съответно с два охладителя 3 и 5, чиито топлообменници 4 и 7 да бъдат пряко поставени в охладителния контур на охлаждащия флуид на климатизиращата система на колата. Изборът на всяка конфигурация се прави в зависимост от конкретния автомобил, • · · · · · • ·· ···*··· ··· ··· надморската височина и климатичните условия, където той най-често ще се експлоатира. Съответно се подбират параметрите на отделените елементи, като компресори 2 и 6, охладители 3 и 5, топлообменници 4 и 7, входящи филтри и т.н., както и настройките на автомобилният компютър. Този подбор е предмет на детайлно проектиране и следва от предварително направени компютърни симулации за необходимите тягови характеристики на конкретен автомобил. След подбора на параметрите се правят нови симулации на база на параметрите на проектираните възли и елементи. И накрая се изготвя нов алгоритъм, и съответния му софтуер, за програмиране за автомобилния компютър и контролерите на съответните възли. За еднотипни автомобили, или за автомобили с близки параметри, може да се прилага стандартизиран базов проект.

Системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно изобретението, показана на фиг.1, е лесно и евтино изпълнима, защото всичките й основни елементи се произвеждат масово и са достъпни на пазара на невисоки цени. А проектирането на системата може да се прави с предварително закупено ноу-хау, симулатори и софтуер, без да се губи време и да се дават допълнителни средства за това.

Claims

ПАТЕНТНИ ПРЕТЕНЦИИ

1. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1) с два компресора и два въздухоохладителя, състояща се от един компресор (2), свързан към първи охладител (3) с първи топлообменник (4) с циркулиращ в него охлаждащ флуид и втори охладител (5), характеризираща се с това, че има и втори компресор (6) към чийто изход е свързан вторият охладител (5), който съдържа втори топлообменник (7) с циркулиращ в него охлаждащ флуид, при което двата топлообменника (4 и 7) са присъединени към термопомпен агрегат (8) през разпределител (9).
2. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1), съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че единият компресор (3) се задвижва от електрически мотор (10), а вторият компресор (6) се задвижва от турбина (11), въртяна от изходящите изгорели газове от двигателя (1).
3. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1), съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че вторият компресор (6) също се задвижва от електрически мотор.
4. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1), съгласно претенции от 1 до 3, характеризираща се с това, че компресорите (3, 6) са регулируеми.
5. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1), съгласно претенции от 1 до 4, характеризираща се с това, че компресорите (3, 6) са свързани последователно един след друг в един въздуховод (12).
6. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1), съгласно претенции от 1 до 5, характеризираща се с това, че компресорите (3, 6) са свързани успоредно към съединяващ ги един въздуховод (12).
7. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1), съгласно претенции от 1 до 6, характеризираща се с това, че въздуховодът (12) е свързан към двигателя (1) през въздушен филтър (13).
8. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1), съгласно претенции от 1 до 7, характеризираща се с това, че термопомпеният агрегат (8) е термопомопения агрегат на климатизиращата система на автомобила.
9. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1), съгласно претенции от 1 до 8, характеризираща се с това, че термопомпеният агрегат (8) и разпределителят (9) са регулируеми.
10. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1), съгласно претенции от 1 до 8, характеризираща се с това, че термопомпеният агрегат (8) и разпределителят (9) включват циркулационни помпи.