BG1669U1 - Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене - Google Patents

Abstract

Системата 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 (1) е с един компресор (2) и два въздухоохладителя, като изходът на компресора (2) е свързан към първи охладител (3) с първи топлообменник (4) с циркулиращ в него охлаждащ флуид, а входът на компресора (2) е свързан към 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, при което двата топлообменника (4 и 7) са присъединени към термопомпен агрегат (8) през разпределител (9).

Description

Област на техниката

Настоящият полезен модел 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 са 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 по-малки 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 охлаждане на течното гориво. В патент на Япония JP 2010275982 (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 помалко, 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 горецитирания японски патент, не е достатъчно ефективно.

В патент на Корея KR 20100067030 (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 по-ефективни от еднокомпресорните системи. 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 CN 101936212 (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 JP 2011074822 (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, като изходът на компресора е свързан към първи охладител с първи топлообменник, с циркулиращ в него охлаждащ флуид, а входът на компресора е свързан към втори охладител. Тази система не е дос1669 U1 татъчно 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, защото дизеловите двигатели повече замърсяват околната среда, в сравнение с бензиновите.

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 полезния модел

Задача на настоящия полезен модел 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 еднокомпресорни мотори и да използва охладителна мощност от високоефективните термопомпени системи, включително и от съществуващите такива на климатиците в съвременните автомобили.

Задачата е решена чрез система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели е вътрешно горене с един компресор и два въздухоохладителя, като изходът на компресора е свързан към първи охладител с първи топлообменник, с циркулиращ в него охлаждащ флуид, а входът на компресора е свързан към 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 на системата за подаване на сгъстен въздух за горив ната смес на двигатели с вътрешно горене, съгласно полезния модел, единият компресор е механически свързан към задвижващия го електрически мотор, а вторият компресор е механически свързан към задвижващата го турбина, въртяна от изходящите изгорели газове от двигателя.

В друго предпочитано изпълнение на системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, вторият компресор също е механически свързан към задвижващ го електрически мотор.

В друго предпочитано изпълнение на системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, компресорите са регулируеми.

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

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

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

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

В друго предпочитано изпълнение на системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, 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, C това се постигат и най-високи стандарти за природосъобразност на автомобилите.

Важно предимство на системата, съгласно полезния модел 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 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 полезния модел, 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 полезния модел 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.

Системата има много широки възможности за универсално приложение, благодарение на предвидената активна регулация на всичките й базови елементи, което осигурява много висока горивна ефективност на всеки двигател с вътрешно горене, на който е монтирана.

Пояснение на приложената фигура

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

Примери за изпълнение на полезния модел

Показаното на фигурата примерно изпълнение на системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене 1 с един компресор 2 и два въздухоохладителя, като изходът на компресора 2 е свързан към първи охладител 3 с първи топлообменник 4, с циркулиращ в него охлаждащ флуид, а входът на компресора 2 е свързан към 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. Двата топлообменника 4 и 7 са присъединени към термопомпен агрегат 8 през разпределител 9. Компресорът 2 е механически свързан към задвижващия го електрически мотор 10, а вторият компресор 6 е механически свързан към задвижващата го турбина 11, въртяна от изходящите изгорели газове от двигателя 1.

Компресорите 2 и 6 са регулируеми и са последователно свързани в един въздуховод 12, водещ до двигателя 1. Въздуховодът 12 е свързан към двигателя 1 през въздушен филтър 13, а термопомпеният агрегат 8 е термопомпеният агрегат на климатизиращата система на автомобила. Термопомпеният агрегат 8 и разпределителят 9 са регулируеми, като и двата включват циркулационни помпи.

Използване на полезния модел

Системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, работи по следния 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,

1669 Ш в зависимост от степента на натискане на педала на газта. Стандартният компютър на всеки автомобил реагира на повишеното количество въздух със съответното увеличение на горивото, при което двигателят 1 бързо увеличава оборотите си, а оттам 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 полезния модел, 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 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, като не се променят съществуващите охладители на въздуха (интеркулери). Само се добавят един или дватермопомпени охладители 3 и/или 5.

При безкомпресорни двигатели 1 може да се добавят два последователно работещи 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 автомобилния 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 автомобили с близки горивни параметри, може да се прилага стандартизиран базов проект.

Системата за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене, 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 (6)

1. Претенции

   1. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1) с един компресор (2) и два въздухоохладителя, като изходът на компресора (2) е свързан към първи охладител (3) с първи топлообменник (4) с циркулиращ в него охлаждащ флуид, а входът на компресора (2) е свързан към 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. 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 (2) е механически свързан към задвижващия го електрически мотор (10), а вторият компресор (6) е механически свързан към задвижващата го турбина (11), въртяна от изходящите изгорели газове

   1669 Ul от двигателя (1).
3. 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 е механически свързан към задвижващ го електрически мотор.
4. 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 (2, 6) са регулируеми.
5. 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 (2, 6) са свързани последователно един след друг в един въздуховод (12).
6. 6. Система за подаване на сгъстен въздух за горивната смес на двигатели с вътрешно горене (1) съгласно претенции от 1 до 5, характе