RU157925U1

RU157925U1 - COMBINED POWER PLANT

Info

Publication number: RU157925U1
Application number: RU2015108313/06U
Authority: RU
Inventors: Валерий Валентинович Руднев; Марина Леонидовна Хасанова; Марина Владимировна Потапова
Priority date: 2015-03-10
Filing date: 2015-03-10
Publication date: 2015-12-20

Abstract

Комбинированная силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор тепловой аккумулятор-теплообменник, пневмоаккумулятор с теплообменником и регулируемым запорным клапаном, при этом вал отбора мощности соединен через первый фрикцион с валом двигателя внутреннего сгорания, через второй фрикцион с валом мотор-компрессором, выходной трубопровод мотор-компрессора с регулируемым запорным клапаном и золотниковым клапаном, а входной трубопровод мотор-компрессора с атмосферным золотниковым клапаном и тепловым аккумулятором соединен через золотниковый клапан с теплообменником, отличающаяся тем, что на двигатель внутреннего сгорания установлен электронный блок зажигания, электроуправляемая топливная форсунка, электроуправляемая дроссельная заслонка, электроуправляемый привод фрикционов и электроприводы управления регулируемыми запорными клапанами, управляемые электронным блоком, связанным с системой датчиков, включающей датчик частоты вращения вала, датчик частоты вращения вала мотор-компрессора, датчик частоты вращения вала отбора мощности, датчик температуры теплового аккумулятора теплообменника, датчик расхода воздуха двигателя, датчик кислорода в отработавших газах, датчик давления в пневмоаккумуляторе и датчик управления силовой установкой, а выпускной коллектор двигателя оснащен каталитическим нейтрализатором.A combined power plant containing an internal combustion engine and a heat accumulator-heat exchanger connected to it through the exhaust manifold, a pneumatic accumulator with a heat exchanger and an adjustable shut-off valve, while the power take-off shaft is connected through the first clutch to the shaft of the internal combustion engine, through the second clutch to the motor shaft compressor, the outlet pipeline of the motor-compressor with an adjustable shut-off valve and slide valve, and the input pipeline of the motor-compressor with an atmospheric slide valve and a heat accumulator is connected through a slide valve with a heat exchanger, characterized in that an electronic ignition unit is installed on the internal combustion engine, electrically controlled fuel injector, electrically controlled throttle valve, electrically controlled clutch actuator and actuator actuators controlled shut-off valves controlled by an electronic unit connected to a sensor system that includes a speed sensor shaft speed sensor, motor-compressor shaft speed sensor, PTO shaft speed sensor, heat exchanger heat accumulator temperature sensor, engine air flow sensor, exhaust gas oxygen sensor, air accumulator pressure sensor and powertrain control sensor, and the engine exhaust manifold is equipped with catalytic converter.

Description

Предложение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть использовано для получения дополнительной эффективной мощности силовой установки, включающей двигатель внутреннего сгорания, пневматический мотор-компрессор, пневмоаккумулятор и электронный блок управления.The proposal relates to mechanical engineering, namely to engine building, and can be used to obtain additional effective power of the power plant, including an internal combustion engine, a pneumatic motor-compressor, a pneumatic accumulator and an electronic control unit.

Известна комбинированная силовая установка (см. патент RU на полезную модель №145689, м. кл. F01K 7/00, опубл. 2014 г.), содержащая двигатель внутреннего сгорания, тепловой аккумулятор-теплообменник, пневмоаккумулятор с теплообменником, фрикционы и мотор-компрессор.Known combined power plant (see patent RU for utility model No. 145689, class. F01K 7/00, publ. 2014), containing an internal combustion engine, a heat accumulator-heat exchanger, an air accumulator with a heat exchanger, friction clutches and a motor-compressor .

Недостатком этой комбинированной установки являются не высокие экологические и эффективные показатели, так как процесс управления работой комбинированной установки осуществляется вручную, а отработавшие газы ДВС, отдавая теплоту тепловому аккумулятору-теплообменнику охлаждаются, а несгоревшие углеводороды выбрасываются в атмосферу.The disadvantage of this combined installation is not high environmental and efficient indicators, since the process of controlling the operation of the combined installation is carried out manually, and the exhaust gases of the internal combustion engine, giving up heat to the heat accumulator-heat exchanger, are cooled and unburned hydrocarbons are released into the atmosphere.

Данная конструкция двигателя является наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и принята за прототип.This engine design is the closest to the proposed technical essence and is taken as a prototype.

Задачей предложения является улучшение экологии и повышение эффективности комбинированной силовой установки.The objective of the proposal is to improve the environment and increase the efficiency of the combined power plant.

Решение поставленной задачи достигается тем, что комбинированная силовая установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания и соединенный с ним через выпускной коллектор тепловой аккумулятор-теплообменник, пневмоаккумулятор с теплообменником и регулируемым запорным клапаном, при этом вал отбора мощности соединен через первый фрикцион с валом двигателя внутреннего сгорания, через второй фрикцион с валом мотор-компрессором, выходной трубопровод мотор-компрессора с регулируемым запорным клапаном и золотниковым клапаном, а входной трубопровод мотор-компрессора с атмосферным золотниковым клапаном и тепловым аккумулятором соединен через золотниковый клапан с теплообменником, при этом на двигатель устанавливается электронный блок зажигания, электроуправляемая топливная форсунка, электроуправляемая дроссельная заслонка, электроуправляемый привод фрикционов и электроприводы управления регулируемыми запорными клапанами, управляемые электронным блоком, связанным с системой датчиков, включающей датчик частоты вращения вала, датчик частоты вращения вала мотор-компрессора, датчик частоты вращения вала отбора мощности, датчик температуры теплового аккумулятора теплообменника, датчик расхода воздуха двигателя, датчик кислорода в отработавших газах, датчик давления в пневмоаккумуляторе и датчик управления силовой установкой. Выпускной коллектор двигателя оснащен каталитическим нейтрализатором.The solution to this problem is achieved by the fact that the combined power plant, containing an internal combustion engine and connected to it through an exhaust manifold, a heat accumulator-heat exchanger, an air accumulator with a heat exchanger and an adjustable shut-off valve, while the power take-off shaft is connected through the first friction to the shaft of the internal combustion engine, through the second friction clutch with the shaft of the motor-compressor, the outlet pipeline of the motor-compressor with an adjustable shut-off valve and a slide valve, and the inlet the compressor motor circuit with an atmospheric spool valve and a heat accumulator is connected through a spool valve to a heat exchanger, while the engine is equipped with an electronic ignition unit, an electrically controlled fuel injector, an electrically controlled throttle valve, an electrically controlled clutch drive and electric drives for controlling adjustable shut-off valves controlled by an electronic unit connected with a sensor system including a shaft speed sensor, a motor-to shaft speed sensor compressors, the PTO shaft speed sensor, a battery temperature of the heat exchanger, engine air flow sensor, an oxygen sensor in the exhaust gas pressure sensor and accumulator control sensor powerplant. The exhaust manifold of the engine is equipped with a catalytic converter.

Анализ предлагаемого решения и известных позволяет сделать вывод о его соответствии условиям патентоспособности полезной модели. Предложение поясняется чертежом, где изображено принципиальное устройство комбинированной силовой установки.An analysis of the proposed solution and the known ones allows us to conclude that it meets the patentability conditions of the utility model. The proposal is illustrated in the drawing, which shows the basic structure of a combined power plant.

Предлагаемая комбинированная силовая установка содержит: двигатель внутреннего сгорания 1, электронный блок управления 2 с датчиком управления силовой установкой 3, электронный блок зажигания 4, электроуправляемая топливная форсунка 5, электроуправляемая дроссельная заслонка 6, датчик частоты вращения 7 вала, датчик расхода воздуха двигателя 8, выпускной коллектор 9, датчик кислорода в отработавших газах 10, каталитический нейтрализатор 11, тепловой аккумулятор-теплообменник 12, датчик температуры 13 теплового аккумулятора-теплообменника 12, датчик давления 14 в пневмоаккумуляторе 15. Пневмоаккумулятор 15 с регулируемым запорным клапаном 16 связан с электроприводом управления 17 и теплообменником 18. Вал 19 двигателя внутреннего сгорания 1 через первый фрикцион 20 с электроуправляемым приводом 21 соединен с валом отбора мощности 22 имеющим датчик частоты вращения 23 вала отбора мощности 22, который через второй фрикцион 24 и электроуправляемый привод 25 соединен с валом 26 мотор-компрессора 27 и датчиком частоты вращения 28 вала мотор-компрессора 27. Выходной трубопровод 29 мотор-компрессора 27 соединяется с регулируемым запорным клапаном 30 с электроприводом 31 и золотниковым клапаном 32. Входной трубопровод 33 мотор-компрессора 27 соединяется с атмосферным золотниковым клапаном 34 и тепловым аккумулятором-теплообменником 12, который через золотниковый клапан 35 соединен с теплообменником 18.The proposed combined power plant contains: an internal combustion engine 1, an electronic control unit 2 with a power unit control sensor 3, an electronic ignition unit 4, an electrically controlled fuel injector 5, an electrically controlled throttle valve 6, a rotational speed sensor 7 of the shaft, an engine air flow sensor 8, an exhaust a collector 9, an oxygen sensor in the exhaust gas 10, a catalytic converter 11, a heat accumulator-heat exchanger 12, a temperature sensor 13 of the heat accumulator-heat exchanger 12, the pressure sensor 14 in the pneumatic accumulator 15. The pneumatic accumulator 15 with an adjustable shut-off valve 16 is connected to the control electric actuator 17 and the heat exchanger 18. The shaft 19 of the internal combustion engine 1 is connected to the power take-off shaft 22 with a speed sensor 23 with a rotational speed sensor 23 through the first clutch 20 power 22, which through the second clutch 24 and the electric drive 25 is connected to the shaft 26 of the motor-compressor 27 and the speed sensor 28 of the shaft of the motor-compressor 27. The output pipe 29 of the motor-compressor 2 7 is connected to an adjustable shut-off valve 30 with an electric actuator 31 and a spool valve 32. The inlet pipe 33 of the motor-compressor 27 is connected to an atmospheric spool valve 34 and a heat accumulator-heat exchanger 12, which is connected through a spool valve 35 to the heat exchanger 18.

Предлагаемая комбинированная силовая установка управляется электронным блоком управления (ЭБУ) 2 с датчиком управления силовой установкой 3 используя информацию датчика частоты вращения 7 вала, датчика расхода воздуха 8 двигателя 1, датчика кислорода в отработавших газах 10, датчика температуры 13 теплового аккумулятора-теплообменника 12, датчика давления 14 в пневмоаккумуляторе 15, датчика частоты вращения 23 вала отбора мощности 22, и датчика частоты вращения 28 вала мотор-компрессора 27. Комбинированная силовая установка работает на следующих режимах:The proposed combined power plant is controlled by an electronic control unit (ECU) 2 with a power plant control sensor 3 using information from the shaft speed sensor 7, the air flow sensor 8 of the engine 1, the exhaust gas oxygen sensor 10, the temperature sensor 13 of the heat accumulator-heat exchanger 12, the sensor pressure 14 in the pneumatic accumulator 15, the speed sensor 23 of the power take-off shaft 22, and the speed sensor 28 of the motor-compressor shaft 27. The combined power plant operates on the following modes:

Первый режим - от двигателя внутреннего сгорания:The first mode is from an internal combustion engine:

Двигатель внутреннего сгорания 1 работает на установившемся экономичном режиме управляемый электроуправляемой дроссельной заслонкой 6, электронным блоком зажигания 4 и электроуправляемой топливной форсункой 5, передавая мощность через включенный электроуправляемым приводом 21 первый фрикцион 20 на вал отбора мощности 22, и через включенный электроуправляемым приводом 25 второй фрикцион 24 на вал 26 пневматического мотор-компрессора 27, который в режиме «компрессора» забирает воздух через атмосферный золотниковый клапан 34 и нагнетает через золотниковый клапан 32, охладитель теплообменника 18 в баллон пневмоаккумулятора 15, где происходит его накопление контролируемое датчиком давления в пневмоаккумуляторе 14.The internal combustion engine 1 operates in a steady economic mode controlled by an electrically controlled throttle valve 6, an electronic ignition unit 4 and an electrically controlled fuel injector 5, transmitting power through the first clutch 20 connected to the electrically controlled drive 21 to the power take-off shaft 22, and the second friction clutch 24 connected to the electrically controlled drive 25 on the shaft 26 of the pneumatic motor-compressor 27, which in the "compressor" mode takes air through an atmospheric spool valve 34 and pumps through spool valve 32, heat exchanger cooler 18 into the cylinder of the pneumatic accumulator 15, where it accumulates controlled by a pressure sensor in the pneumatic accumulator 14.

Отработавшие газы двигателя внутреннего сгорания 1 по выпускному коллектору 9 попадают в каталитический нейтрализатор 11, где происходит доокисление, за счет чего температура отработавших газов увеличивается и уменьшается в них содержание вредных веществ.The exhaust gases of the internal combustion engine 1 through the exhaust manifold 9 fall into the catalytic converter 11, where additional oxidation occurs, due to which the temperature of the exhaust gases increases and the content of harmful substances decreases in them.

Теплота двигателя внутреннего сгорания 1 и теплота его отработавших газов поступают в охладитель теплового аккумулятора-теплообменника 12, накапливается в нем. Контроль накопленной теплоты осуществляется датчиком температуры аккумулятора-теплообменника 13.The heat of the internal combustion engine 1 and the heat of its exhaust gases enter the cooler of the heat accumulator-heat exchanger 12, accumulates in it. The accumulated heat is controlled by the temperature sensor of the battery-heat exchanger 13.

Второй режим - максимальной мощности:The second mode - maximum power:

Двигатель внутреннего сгорания 1 управляемый электроуправляемой дроссельной заслонкой 6, электронным блоком зажигания 4 и электроуправляемой топливной форсункой 5, вырабатывает максимальную мощность, крутящий момент которого передается с вала 19 через включенный электроуправляемым приводом 21 первый фрикцион 20 на вал отбора мощности 22.The internal combustion engine 1 controlled by an electrically controlled throttle valve 6, an electronic ignition unit 4 and an electrically controlled fuel injector 5 generates maximum power, the torque of which is transmitted from the shaft 19 through the first clutch 20 connected to the electrically controlled drive 21 to the power take-off shaft 22.

Из пневмоаккумулятора 15 сжатый воздух управляемый регулируемым запорным клапаном 16 имеющим электропривод управления 17, нагреваясь в теплообменнике 18 проходит через золотниковый клапан 35 и нагреватель теплового аккумулятора-теплообменника 12 в пневматический мотор-компрессор 27, заставляя его вырабатывать мощность. Воздух из мотор-компрессора 27 через регулируемый запорный клапан 30 управляемый электроприводом 31 поступает в атмосферу.From the pneumatic accumulator 15, compressed air controlled by an adjustable shut-off valve 16 having an electric control 17, heating in the heat exchanger 18 passes through the spool valve 35 and the heater of the heat accumulator-heat exchanger 12 into the pneumatic motor-compressor 27, causing it to generate power. Air from the motor-compressor 27 through an adjustable shut-off valve 30 controlled by an electric actuator 31 enters the atmosphere.

Мощность, вырабатываемая в пневматическом мотор-компрессоре 27 на режиме «мотора» передается через включенный электроуправляемым приводом 25 второй фрикцион 24 на вал отбора мощности 22, который суммирует максимальную мощность на нагрузку.The power generated in the pneumatic motor-compressor 27 in the “motor” mode is transmitted through the second clutch 24 connected by the electrically controlled drive 25 to the power take-off shaft 22, which summarizes the maximum load power.

Третий режим - рекуперации:The third mode - recovery:

Двигатель внутреннего сгорания 1 не работает, выключенный электроуправляемым приводом 21 первый фрикцион 20 отключен. Крутящий момент передается от нагрузки через вал отбора мощности 22, через включенный электроуправляемым приводом 25 второй фрикцион 24 пневматическому мотор-компрессору 27, который в режиме «компрессора» нагнетает воздух пополняя баллон пневмоаккумулятора 15.The internal combustion engine 1 does not work, off the electric drive 21, the first clutch 20 is turned off. The torque is transmitted from the load through the power take-off shaft 22, through the second friction clutch 24 activated by the electrically-controlled drive 25, to the pneumatic motor-compressor 27, which in the “compressor” mode pumps air replenishing the cylinder of the pneumatic accumulator 15.

Четвертый режим - от пневматического мотор-компрессора:The fourth mode is from a pneumatic motor compressor:

Двигатель внутреннего сгорания 1 не работает, выключенный электроуправляемым приводом 21 первый фрикцион 20 отключен.The internal combustion engine 1 does not work, off the electric drive 21, the first clutch 20 is turned off.

Мощность, вырабатываемая в пневматическом мотор-компрессоре 27 на режиме «мотора» передается через включенный электроуправляемым приводом 25 второй фрикцион 24 на вал отбора мощности 22 и на нагрузку.The power generated in the pneumatic motor-compressor 27 in the “motor” mode is transmitted through the second clutch 24 connected by the electrically controlled drive 25 to the power take-off shaft 22 and to the load.

Теплота двигателя внутреннего сгорания 1 и теплота его отработавших газов поступают в охладитель теплового аккумулятора-теплообменника 12, накапливается в нем и отдается воздуху поступающему в пневматический мотор-компрессор 27 повышая его эффективность.The heat of the internal combustion engine 1 and the heat of its exhaust gases enters the cooler of the heat accumulator-heat exchanger 12, accumulates in it and is given to the air entering the pneumatic motor-compressor 27 increasing its efficiency.

Переходный режим управляется электронным блоком управления 2 на основании показаний датчика управления силовой установкой 3 используя информацию датчика частоты вращения 7 вала, датчика расхода воздуха двигателя 8, датчика кислорода в отработавших газах 10, датчика температуры 13 теплового аккумулятора-теплообменника 12, датчика давления 14 в пневмоаккумуляторе 15, датчика частоты вращения 23 вала отбора мощности 22, и датчика частоты вращения 28 вала мотор-компрессора 27. Управление осуществляется через электронный блок зажигания 4, электроуправляемую топливную форсунку 5, электроуправляемую дроссельную заслонку 6, электропривод управления 17 запорным клапаном 16, электроуправляемым приводом 21 первого фрикциона 20, электроуправляемый привод 25 второго фрикциона 24, электроприводом 31 запорного клапана 30.The transition mode is controlled by the electronic control unit 2 based on the readings of the power plant control sensor 3 using information from the shaft speed sensor 7, the engine air consumption sensor 8, the exhaust gas oxygen sensor 10, the temperature sensor 13 of the heat accumulator-heat exchanger 12, and the pressure sensor 14 in the pneumatic accumulator 15, the rotational speed sensor 23 of the power take-off shaft 22, and the rotational speed sensor 28 of the motor-compressor shaft 27. The control is via an electronic ignition unit 4, electric trolled fuel injector 5, electrically controllable throttle valve 6, the actuator 17 controls shut-off valve 16, the electrically operated clutch 21 of the first 20, second 25 electrically-drive clutch 24, electric drive 31, the check valve 30.

По сравнению с прототипом предлагаемая комбинированная силовая установка повышает ее эффективность работы за счет автоматизированного управления режимами работы. Улучшение экологии достигается за счет установки каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателя внутреннего сгорания.Compared with the prototype, the proposed combined power plant increases its operational efficiency due to the automated control of operating modes. Improving the environment is achieved through the installation of a catalytic converter for the exhaust gases of an internal combustion engine.

Claims

A combined power plant comprising an internal combustion engine and a heat accumulator-heat exchanger connected to it through the exhaust manifold, a pneumatic accumulator with a heat exchanger and an adjustable shut-off valve, while the power take-off shaft is connected through the first clutch to the shaft of the internal combustion engine, through the second clutch to the motor shaft compressor, the output pipe of the motor-compressor with an adjustable shut-off valve and slide valve, and the inlet pipe of the motor-compressor with atmospheric ash a nickel valve and a heat accumulator are connected through a spool valve to a heat exchanger, characterized in that an electronic ignition unit, an electrically controlled fuel nozzle, an electrically controlled throttle valve, an electrically controlled clutch actuator and electric actuators for controlling adjustable shut-off valves, controlled by an electronic unit connected to the system, are installed on the internal combustion engine sensors, including a shaft speed sensor, a shaft speed sensor of the motor-compressor, a cha Toty rotation of the power shaft, a heat exchanger sensor battery temperature, engine air flow sensor, an oxygen sensor in the exhaust gas pressure sensor and accumulator control sensor power plant, and the exhaust manifold of the engine equipped with a catalytic converter.