Изобретение относится к двигателестроению, а именно к устройствам для запуска и регулирования двигателей, которые могут использоваться в различных отраслях народного хозяйства, например в автотранспорте для всетемпературного запуска тяжелых дизелей. The invention relates to engine building, and in particular to devices for starting and regulating engines that can be used in various sectors of the economy, for example, in motor vehicles for all-temperature starting of heavy diesel engines.
Известен ДВС с системой наддува "Гипербар", которая улучшает характеристики двигателя, в том числе пусковые, за счет изменения характеристики крутящего момента до получения постоянной мощности от двигателя. Известный ДВС содержит турбокомпрессор, пусковой электродвигатель, охладитель наддувочного воздуха, перепускной канал, топливный насос, регулятор подачи перепускного воздуха, камеры перемешивания выпускных газов и обводного воздуха, камеры сгорания и устройства для зажигания и контроля пламени [1]
В известном ДВС решается задача поддержания необходимого входного давления воздуха на входе в цилиндры ДВС, независимо от режима работы поршневой части. При этом за счет нагрева воздуха при сжатии в компрессоре происходит улучшение пусковых характеристик двигателя. В этом случае подача воздуха в двигатель производится минуя теплообменник.Known engine with a system of supercharging "Hyperbar", which improves engine performance, including starting, by changing the characteristics of the torque to obtain constant power from the engine. Famous internal combustion engine contains a turbocharger, a starting motor, a charge air cooler, a bypass channel, a fuel pump, a bypass air supply regulator, a chamber for mixing exhaust gases and bypass air, a combustion chamber and a device for ignition and flame control [1]
In the well-known ICE, the problem of maintaining the required inlet air pressure at the inlet to the ICE cylinders is solved, regardless of the operating mode of the piston part. At the same time, due to heating of the air during compression in the compressor, the starting characteristics of the engine are improved. In this case, air is supplied to the engine bypassing the heat exchanger.
К недостаткам известной системы наддува "Гипербар" можно отнести то, что система не обеспечивает полной подготовки двигателя в предпусковом режиме и непосредственную раскрутку двигателя от газовой турбины. The disadvantages of the known system of supercharging "Hyperbar" include the fact that the system does not provide complete engine preparation in the pre-start mode and the direct promotion of the engine from a gas turbine.
Известен также дизель с газотурбинным наддувом, ближайший по технической сущности к предлагаемому изобретению, содержащий газотурбинный двигатель, имеющий компрессор, соединенный с электростартером, камеру сгорания с регуляторами топлива и воздуха и турбину, выполненную со свободной ступенью, кинематически соединенной с коленчатым валом ДВС [2]
Недостатком известного ДВС является то, что после запуска дизеля свободная турбина продолжает вращаться через редуктор. Отсутствует регулирование параметров газа в двигателе и, кроме того, не предусмотрена утилизация тепла выхлопных газов из-за турбины и использование его для предпускового прогрева воды и масла. Отсутствует единый для ДВС электронный блок управления, что значительно усложняет регулирование двигателя в широком диапазоне режимов его работы и конструктивное выполнение.Also known is a gas turbine diesel engine closest in technical essence to the present invention, comprising a gas turbine engine having a compressor connected to an electric starter, a combustion chamber with fuel and air regulators and a turbine made with a free stage kinematically connected to the ICE crankshaft [2]
A disadvantage of the known ICE is that after starting the diesel engine, a free turbine continues to rotate through the gearbox. There is no regulation of the gas parameters in the engine and, in addition, there is no provision for the utilization of heat of exhaust gases due to the turbine and its use for preheating of water and oil. There is no single electronic control unit for internal combustion engines, which greatly complicates the regulation of the engine in a wide range of modes of operation and design.
На чертеже представлено устройство для запуска и регулирования ДВС. The drawing shows a device for starting and regulating ICE.
Устройство содержит газотурбинный двигатель, имеющий компрессор 1, соединенный с электростартером 2, камеру 3 сгорания с регулятором 4 топлива и воздуха и турбину 5, выполненную со свободной ступенью 6, кинематически соединенной с коленчатым валом 7. ДВС снабжен водяным насосом 8, рубашкой 9 охлаждения ДВС, подключенной к насосу 8, теплообменником 10, соединенным посредством насоса 8 с рубашкой 9 охлаждения с одной стороны и с трактом 11 свободной ступени 6 турбины 5 с другой, муфтой 12 сцепления, установленной в кинематическом соединении, и электронным блоком 13 управления, подключенным к регулятору 4 топлива и воздуха, к водяному насосу 8, муфте 12 сцепления, валу 7 ДВС и электростартеру 2. Камера сгорания ДВС снабжена свечой 14 зажигания, соединенной с электронным блоком 13. The device comprises a gas turbine engine having a compressor 1 connected to an electric starter 2, a combustion chamber 3 with a fuel and air regulator 4, and a turbine 5 made with a free stage 6 kinematically connected to the crankshaft 7. The ICE is equipped with a water pump 8 and an ICE cooling jacket 9 connected to the pump 8, a heat exchanger 10 connected by means of the pump 8 to the cooling jacket 9 on one side and to the path 11 of the free stage 6 of the turbine 5 on the other, a clutch 12 mounted in a kinematic connection, and an electron a control unit 13 connected to a fuel and air regulator 4, to a water pump 8, a clutch 12, an internal combustion engine shaft 7 and an electric starter 2. The internal combustion engine combustion chamber is equipped with a spark plug 14 connected to the electronic unit 13.
При работе ДВС в момент его запуска с электронного блока 13 управления подаются сигналы на электростартер 2, регулятор 4 расхода топлива и воздуха и свечу 14 зажигания, причем сигналы подаются по программе, заложенной в блоке 13. Электростартер 2 начинает раскручивать вал газотурбинного двигателя, а компрессор 1 сжимать воздух и подавать в камеру сгорания. При достижении определенного давления за компрессором 1 срабатывает сигнал подачи топлива и воздуха. Стехиометрия расхода воздуха топливу обеспечивается программой, заложенной в электронном блоке 13. Свеча 14 зажигания включается по сигналу из блока 13 в момент образования топливовоздушной смеси, готовой к воспламенению. Из камеры 3 сгорания выхлопные газы срабатываются на турбине 5 и свободной ступени 6. Выхлопные газы из тракта 11 поступают в теплообменник 10. Крутящий момент с вала свободной турбины ступени 6 раскручивает насос 8. Посредством его вода из ДВС поступает в теплообменник 10, нагревается в нем газами из-за турбины и снова поступает в ДВС. Как только вода нагреется до определенной температуры с блока 13 поступает сигнал на включение муфты 12 сцепления. Начинается раскрутка вала ДВС, и продолжается циркуляция воды через теплообменник 10. При достижении ДВС режима малого газа с блока 13 поступает сигнал на прекращение подачи топлива в камеру сгорания. Газотурбинный двигатель отключается. ДВС выходит на самостоятельный режим работы, а управление им осуществляется с электронного блока 13. When the internal combustion engine is operating, at the time of its start-up, signals are sent to the electric starter 2 from the electronic control unit 13, the fuel and air regulator 4 and the spark plug 14, the signals being given according to the program laid down in block 13. The electric starter 2 starts to spin the gas turbine engine shaft, and the compressor 1 compress air and feed into the combustion chamber. When a certain pressure is reached behind the compressor 1, the fuel and air supply signal is triggered. The stoichiometry of air flow to the fuel is provided by the program embedded in the electronic unit 13. The spark plug 14 is turned on by a signal from the unit 13 at the time of formation of the air-fuel mixture, ready for ignition. From the combustion chamber 3, the exhaust gases are triggered on the turbine 5 and the free stage 6. The exhaust gases from the path 11 enter the heat exchanger 10. The torque from the shaft of the free turbine of the stage 6 spins the pump 8. By means of it, the water from the internal combustion engine enters the heat exchanger 10, heats up in it gases from behind the turbine and again enters the internal combustion engine. As soon as the water is heated to a certain temperature, a signal is sent from block 13 to turn on the clutch 12. The promotion of the internal combustion engine shaft starts, and water circulation continues through the heat exchanger 10. When the internal combustion engine reaches the idle gas mode, a signal is sent from block 13 to stop the fuel supply to the combustion chamber. The gas turbine engine shuts off. ICE enters an independent mode of operation, and it is controlled from the electronic unit 13.
Такое выполнение устройства позволяет в 2-3 раза быстрее, по сравнению с существующими ДВС, осуществить запуск при значительно низких температурах окружающей среды, обеспечить единое (с одного электронного блока) регулирование всей системой, значительно снизить вес ДВС за счет ввода электронного блока управления. This embodiment of the device allows 2–3 times faster than existing ICEs to start at significantly low ambient temperatures, provide uniform (from one electronic unit) regulation of the entire system, and significantly reduce the ICE weight by introducing an electronic control unit.