RU2623598C1 - Устройство управления двигателем внутреннего сгорания - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к управлению двигателей с наддувом. Техническим результатом является повышение эффективности работы двигателя и снижение выброса вредных веществ. Сущность изобретения заключается в том, что двигатель содержит турбонагнетатель (1), имеющий турбину (2) и компрессор (3), выход которого через охладитель (4) и первую дроссельную заслонку (5) сообщен с входным коллектором (6) двигателя внутреннего сгорания (7), катализатор (15), установленный в выходном тракте (18) двигателя (7) внутреннего сгорания, газотурбинный двигатель (17), вход подачи топлива которого через обратный клапан (43) сообщен с выпуском турбины (2), а выпуск сообщен со входом катализатора (15). На входе подачи воздуха газотурбинного двигателя (17) установлена вторая дроссельная заслонка (19), а между входом подачи топлива и выпуском газотурбинного двигателя установлен перепускной клапан (29). С валом отбора мощности газотурбинного двигателя (17) соединен редуктор (21), к которому присоединен ротор обратимой электрической машины (22), с которой последовательно соединены инвертор (23) и накопитель (24) электрической энергии. Катализатор (15) имеет нагреватель (25), подключенный к модулю (26) управления нагревателем, который подключен к выходу инвертора (23) и нагревателю (25). Устройство содержит также блок (11) управления, к входам которого подключена группа датчиков (12, 27, 38) температуры и давления, датчики (14, 28) контроля эмиссии отработавших газов и датчик (16) акселератора. Управляющие выходы блока (11) управления подключены к дроссельным заслонкам (5, 19), перепускным клапанам (9, 29), модулю (26) управления нагревателем и к инвертору (23). 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, работающим с использованием газотурбинного наддува.

В настоящее время одной из актуальных является проблема повышения экологической безопасности транспорта с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), решение которой сводится к решению задачи уменьшения токсичности выбрасываемых в атмосферу вредных веществ на единицу мощности двигателя. Один из путей решения поставленной задачи заключается в интенсификации сгорания топливно-воздушной смеси путем использования турбонаддува, который предусматривает использование специального компрессора, нагнетающего в цилиндры ДВС дополнительный воздух. Благодаря улучшению наполнения цилиндров топливовоздушной смесью повышается среднее эффективное давление цикла и эффективность сгорания топлива, следствием чего является возрастание мощности ДВС. Приводом турбонаддува обычно служит отработанный газ, энергия которого используется для вращения турбины, размещенной на одном валу с компрессором.

Известные устройства управления ДВС, описанные, например, в RU 2450133, RU 2167325, RU 2133353, US 20120109490 A1, US 8561403 В2, US 8406983 В2, обеспечивают автоматическую регулировку степени наддува путем управления клапанами, шунтирующими как компрессор, так и турбину. Однако такие устройства управления характеризуются значительным выбросом в атмосферу токсичных веществ. Этому также способствует эффект «турбоямы», который не только снижает динамические характеристики двигателя, но и не позволяет обеспечить эффективное сгорание топлива при попытке резкого изменения числа оборотов двигателя. Кроме того, включение турбины в выходной тракт ДВС приводит к снижению температуры выхлопных газов, подводимых к катализатору, установленному в выходном трубопроводе, что, в свою очередь, снижает эффективность его функционирования.

Для снижения выбросов окиси азота в настоящее время наиболее часто используется модуль EGR (Exhaust Gas Recirculation) рециркуляции отработавших газов, описанный, например, в RU 2521529, RU 2509906, DE 102013100096 А1, ЕР 1004760 А2, US 20140260242 A1, US 8725386 В2, US 20150240706 A1. Для снижения токсичности выхлопных газов часть этих газов через специальные управляемые клапаны направляются во входной коллектор ДВС, обеспечивая снижение содержания кислорода в камере сгорания, что, в свою очередь, приводит к снижению температуры горения и содержания окислов азота в отработавших газах. При этом модуль EGR улучшает экологические параметры ДВС, а технические характеристики двигателя остаются без изменения.

Однако из-за того, что модуль EGR и датчики функционируют в тяжелых условиях и покрываются нагаром, устройство отличается невысокой надежностью и стабильностью, проявляющейся в том, что модуль EGR может выключиться из системы управления двигателем. Следует также отметить, что на атмосферных бензиновых двигателях модуль EGR успешно работает только на средних оборотах; на ДВС с турбонаддувом этот диапазон еще меньше, что делает использование модуля EGR нецелесообразным.

Известно использование газотурбинных двигателей в автомобилях, описанное в US 20140230436 A1, US 20140203760 A1, CN 101272924, US 20120228040 A1, US 20050126182 A1. Газотурбинные двигатели имеют ряд преимуществ перед поршневыми, так как могут работать на любом жидком или газообразном топливе с большим избытком воздуха. Вследствие этого продукты сгорания имеют значительно меньшую концентрацию токсичных веществ, а рабочие органы совершают только вращательное движение и легко уравновешиваются. Кроме того, характеристика крутящего момента двигателя протекает весьма благоприятно, так как с уменьшением_частоты вращения крутящий момент резко возрастает. Это объясняется тем обстоятельством, что вал тяговой турбины двухвального газотурбинного двигателя механически не связан с валом турбины компрессора, число его оборотов может изменяться в зависимости от нагрузки, не оказывая существенного влияния на число оборотов вала компрессора. Поэтому в отличие от поршневого двигателя, у которого под влиянием возрастающей нагрузки по мере уменьшения числа оборотов крутящий момент вначале несколько возрастает, а затем падает, у двухвального газотурбинного двигателя крутящий момент автоматически возрастает по мере увеличения нагрузки.

Вращательное движение вала является единственным видом движения в газовой турбине (в то время как в двигателе внутреннего сгорания помимо вращательного движения коленчатого вала имеет место возвратно-поступательное движение поршня, а также сложное движение шатуна), что позволяет значительно увеличить число оборотов вала двигателя данного типа по сравнению с поршневым и уменьшить массу и габаритные размеры двигателя. Газотурбинные двигатели легко запускаются при низких температурах и отличаются хорошим соотношением габаритов и мощности. Управление мощностью газотурбинного двигателя обеспечивается изменением подачи топлива и воздуха в камеру сгорания, что приводит к изменению температуры и количества газов, поступающих на лопатки рабочего колеса турбины.

Недостатками газотурбинных двигателей являются низкая экономичность на номинальном режиме по сравнению с поршневыми двигателями, большой расход воздуха при данной мощности, резкое ухудшение экономичности при работе на частичной нагрузке и невозможность торможения автомобиля двигателем. Указанные недостатки препятствуют широкому использованию газотурбинных двигателей в качестве самостоятельных движителей автомобиля. Поэтому они в большей степени используются в системах управления как вспомогательные двигатели на экологически чистых гибридных автомобилях для зарядки аккумуляторов.

Известны технические решения, заключающиеся во включении второй турбины в выходной тракт ниже по потоку от компрессорной турбины. На впуске второй турбины выхлопные газы сохраняют высокую температуру (около 600°C) и их энергия используется для разгона этой турбины. На выпуске этой турбины температура газов снижается приблизительно до 500°C, после чего газы отводятся через обычную систему выпуска, катализатор и глушитель. Вращательное движение второй турбины передается через несколько понижающих передаточных устройств на коленчатый вал двигателя, увеличивая вращательный момент, повышая устойчивость и плавность его вращения. Однако такое решение характеризуется снижением температуры выхлопных газов на входе катализатора и, как следствие, снижением эффективности его функционирования, в частности, по причине увеличения времени прогрева до номинальных значений температуры.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является устройство управления двигателем внутреннего сгорания, описанное в US 20140325983 и содержащее турбонагнетатель, включающий турбину, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания, с которым через первый перепускной клапан сообщен выпуск турбины, и компрессор, вход которого сообщен с первым воздушным фильтром, а выход через последовательно установленные охладитель и первую дроссельную заслонку сообщен с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, катализатор, установленный после выпуска турбины, и блок управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками температуры и давления, установленными на первой дроссельной заслонке, на входном коллекторе, блоке цилиндров и выходном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, и датчиками контроля эмиссии отработавших газов, установленными на входе и выходе катализатора, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора, а первый и второй управляющие выходы подключены, соответственно, к первой дроссельной заслонке и перепускному клапану.

Конструктивное выполнение известного устройства обеспечивает постоянный контроль и регулировку температуры в катализаторе на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания для минимизации вредных выбросов выхлопных газов в атмосферу. При этом для управления режимом работы катализатора используются те же исполнительные элементы, что и для управления турбонаддувом двигателя внутреннего сгорания. Вследствие этого при нажатии педали акселератора блок управления выбирает некий компромиссный режим работы двигателя, обеспечивающий при данной приемистости уменьшение (но не минимальное значение, как того требует сигнал с управляющего контура катализатора) уровня выбросов выхлопных газов.

Таким образом, в известном техническом решении не представляется возможным обеспечить режим работы двигателя внутреннего сгорания, который характеризуется одновременно необходимой приемистостью и оптимальной работой катализатора, так как эти требования могут вступать в противоречие, вследствие чего катализатор не может обеспечить требуемую эффективность по снижению выбросов в атмосферу.

В основу изобретения положена задача создать устройство управления двигателем внутреннего сгорания, конструктивное выполнение которого позволило бы повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания путем дожигания несгоревших остатков топлива и снижения выброса вредных веществ путем оптимизации работы катализатора.

Поставленная задача достигается тем, что устройство управления двигателем внутреннего сгорания, содержащее турбонагнетатель, включающий турбину, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания, с которым через первый перепускной клапан сообщен выпуск турбины, и компрессор, вход которого сообщен с первым воздушным фильтром, а выход через последовательно установленные охладитель и первую дроссельную заслонку сообщен с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, катализатор, установленный после выпуска турбины, и блок управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками температуры и давления, установленными на первой дроссельной заслонке, на входном коллекторе, блоке цилиндров и выходном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, и датчиками контроля эмиссии отработавших газов, установленными на входе и выходе катализатора, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора, а первый и второй управляющие выходы подключены, соответственно, к первой дроссельной заслонке и перепускному клапану, согласно изобретению, содержит газотурбинный двигатель, вход подачи топлива которого через обратный клапан сообщен с выпуском турбины, а выпуск сообщен со входом катализатора, второй воздушный фильтр и вторую дроссельную заслонку, последовательно соединенные со входом подачи воздуха газотурбинного двигателя, второй перепускной клапан, установленный между входом подачи топлива и выпуском газотурбинного двигателя, редуктор, вход которого соединен с валом отбора мощности газотурбинного двигателя, обратимую электрическую машину, ротор которой соединен с выходом редуктора, инвертор, электрически связанный с обратимой электрической машиной, накопитель электрической энергии, подключенный к инвертору, нагреватель, установленный в катализаторе, модуль управления нагревателем, подключенный к выходу инвертора и входу нагревателя, дополнительные датчики температуры и давления, установленные на выходе второй дроссельной заслонки и на катализаторе, и дополнительный датчик контроля эмиссии отработавших газов, установленный на выпуске турбины, при этом соответствующие дополнительные информационные входы блока управления соединены с дополнительными датчиками контроля температуры и давления и дополнительным датчиком контроля эмиссии отработавших газов, а соответствующие дополнительные управляющие выходы соединены со второй дроссельной заслонкой, вторым перепускным клапаном, модулем управления нагревателем и инвертором.

Предпочтительно, чтобы газотурбинный двигатель был выполнен в виде двухвального газотурбинного двигателя, содержащего размещенные на первом валу центробежный компрессор, впуск которого является входом подачи воздуха двухвального газотурбинного двигателя, и компрессорную турбину, силовую турбину, размещенную на втором валу, причем впуск силовой турбины сообщен с выпуском компрессорной турбины, а выпуск служит выпуском газотурбинного двигателя, камеру сгорания, установленную на входе подачи топлива газотурбинного двигателя, инжектор, установленный в камере сгорания и выполненный с возможностью вспомогательной подачи топлива, модуль подачи топлива, сообщенный с инжектором и подключенный к соответствующему дополнительному управляющему выходу блока управления, и датчик температуры и давления, установленный на впуске силовой турбины и подключенный к соответствующему дополнительному информационному входу блока управления.

Полезно, чтобы устройство содержало электродвигатель, кинематически связанный с валом турбонагнетателя, вход питания которого подключен к дополнительному выходу инвертора.

Конструктивно выгодно, чтобы устройство содержало муфту, посредством которой редуктор через дополнительный выход соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, при этом управляющий вход муфты подключен к соответствующему дополнительному управляющему выходу блока управления.

Предпочтительно, чтобы редуктор был выполнен в виде гидродинамического редуктора, а муфта была выполнена в виде гидродинамической муфты.

Технический результат настоящего изобретения заключается в возможности дожигания несгоревших остатков топлива благодаря автоматической петле регулирования, выполненной на базе введенного в выходной тракт двигателя внутреннего сгорания газотурбинного двигателя, и оптимизации режима работы катализатора путем управления работой газотурбинного двигателя и автоматической регулировкой катализатора.

Кроме того, управляемый механический привод от газотурбинного двигателя на вал турбонагнетателя и коленчатый вал двигателя внутреннего сгорания позволяют улучшить динамические характеристики двигателя внутреннего сгорания, минимизировать эффект турбоямы и обеспечить устойчивость и плавность вращения коленчатого вала, что также снижает уровень вредных примесей в выходном тракте двигателя внутреннего сгорания.

Предложенное устройство просто в реализации, а введенный газотурбинный двигатель может быть выполнен на базе малогабаритных газотурбинных двигателей, например, широко используемых в авиамоделизме.

Изобретение поясняется сопровождающим чертежом, который не охватывает и, тем более не ограничивает весь объем притязаний данного технического решения, а является лишь иллюстрирующим материалом частного случая выполнения, на котором представлена функциональная схема устройства управления двигателем внутреннего сгорания, согласно изобретению.

Устройство управления двигателем внутреннего сгорания содержит турбонагнетатель 1, включающий турбину 2 и компрессор 3, выход которого через последовательно включенные охладитель 4 и первую дроссельную заслонку 5 сообщен с входным коллектором 6 двигателя 7 внутреннего сгорания. Вход компрессора 3 соединен с воздушным фильтром 8, который, в свою очередь, соединен с атмосферой.

Устройство также включает первый перепускной клапан 9, установленный на выпускном тракте двигателя 7 внутреннего сгорания между его выходным коллектором 10 и выпуском турбины 2, и блок 11 управления.

Информационные входы блока 11 управления электрически связаны с датчиками 12 температуры и давления, установленными на входе первой дроссельной заслонки 5, на входном коллекторе 6, блоке 13 цилиндров и выходном коллекторе 10 двигателя 7 внутреннего сгорания. Кроме того, к информационным входам блока 11 управления подключены датчики 14 контроля эмиссии отработавших газов, установленные на входе и выходе катализатора 15. Управляющий вход блока управления 11 подключен к датчику 16 акселератора, а первый и второй управляющий выходы подключены, соответственно, к первой дроссельной заслонке 5 и первому перепускному клапану 9.

Отличительной особенностью патентуемого устройства управления двигателем внутреннего сгорания является то, что в его конструктивную схему включен газотурбинный двигатель 17, установленный в выходном тракте 18 двигателя внутреннего сгорания, обеспечивающий дожигание остатков топлива, содержащихся в отработанных газах двигателя 7 внутреннего сгорания.

Вход подачи топлива газотурбинного двигателя 17 соединен с выпуском турбины 2, а выпуск газотурбинного двигателя 17 соединен с входом катализатора 15. Вход подачи воздуха газотурбинного двигателя 17 соединен через вторую дроссельную заслонку 19 с выходом второго воздушного фильтра 20, вход которого соединен с атмосферой.

Устройство управления двигателем внутреннего сгорания содержит также редуктор 21, вход которого соединен с валом отбора мощности газотурбинного двигателя 17, обратимую электрическую машину 22, ротор которой соединен с выходом редуктора 21, инвертор 23, электрически связанный с обратимой электрической машиной 22, и накопитель 24 электрической энергии, подключенный к инвертору 23.

В описываемом варианте изобретения катализатор 15 снабжен нагревательным элементом 25, в частности электрическим нагревательным элементом, подключенным к модулю 26 управления нагревательным элементом, который, в свою очередь, подключен к выходу инвертора 23.

Для функционирования описываемого устройства и формирования управляющих сигналов, направленных на повышение эффективности двигателя 7 внутреннего сгорания и оптимизацию работы катализатора 15, устройство включает дополнительные датчики 27 температуры и давления, установленные на выходе второй дроссельной заслонки 19 и катализаторе 15, и дополнительный датчик 28 контроля эмиссии отработавших газов, установленный на выпуске турбины 2. Названные дополнительные датчики 27, 28 электрически связаны с соответствующими информационными входами блока 11 управления, дополнительные управляющие выходы которого соединены со второй дроссельной заслонкой 19, вторым перепускным клапаном 29, установленном в выходном тракте 18 двигателя внутреннего сгорания между входом подачи топлива и выпуском газотурбинного двигателя 17, модулем 26 управления нагревательным элементом и инвертором 23.

В описываемом варианте устройства управления двигателем внутреннего сгорания газотурбинный двигатель 17 выполнен в виде двухвального газотурбинного двигателя, содержащего размещенные на общем первом валу 30 центробежный компрессор 31, впуск которого является входом подачи воздуха газотурбинного двигателя 17, и компрессорную турбину 32. Газотурбинный двигатель 17 также включает установленную на втором валу 33 силовую турбину 34, впуск которой сообщен с выпуском компрессорной турбины 32. Второй вал 33 является валом отбора мощности газотурбинного двигателя 17.

Кроме того, газотурбинный двигатель 17 включает камеру 35 сгорания, первый вход которой служит входом подачи воздуха и соединен с выпуском центробежного компрессора 31, второй вход является входом подачи топлива газотурбинного двигателя 17, а выход соединен с впуском силовой турбины 32. В камере 35 сгорания установлен инжектор 36, выполненный с возможностью вспомогательной подачи топлива и сообщенный с модулем 37 подачи топлива, который подключен к соответствующему дополнительному управляющему выходу блока 11 управления. На впуске силовой турбины 34 установлен датчик 38 температуры и давления, выход которого является дополнительным информационным выходом газотурбинного двигателя 17.

Устройство содержит электродвигатель 39, который кинематически связан с валом турбонагнетателя 1, при этом вход питания электродвигателя 39 подключен к дополнительному выходу инвертора 23, на схеме обозначенному буквой А.

В описываемом варианте устройство содержит муфту 40, посредством которой редуктор 21 через дополнительный выход соединен с коленчатым валом 41 двигателя внутреннего сгорания (связь условно обозначена буквой В), при этом управляющий вход муфты 40 подключен к соответствующему дополнительному управляющему выходу блока 11 управления.

В частном случае редуктор 21 и муфта 40 могут представлять собой гидродинамический редуктор и гидродинамическую муфту, выполненные на базе гидродинамических трансформаторов, широко используемые в автоматических коробках передач автомобилей, что позволит обеспечить плавную передачу крутящего момента.

В выходном трубопроводе на выпуске катализатора 15 установлен глушитель 42.

Для отключения выпуска турбины 2 от камеры 35 сгорания газотурбинного двигателя 17 на время возможных переходных процессов при срабатывании инжектора 36 на входе подачи топлива газотурбинного двигателя 17 установлен обратный клапан 43.

Устройство управления двигателем внутреннего сгорания работает следующим образом.

При запуске двигателя 7 внутреннего сгорания блок 11 управления формирует управляющие команды, по которым первый перепускной клапана 9 находится в закрытом положении, а второй перепускной клапана 29 - в открытом положении. При этом поток атмосферного воздуха через первый фильтр 8 поступает на вход компрессора 3 турбонагнетателя 1, где он сжимается, а его температура повышается. Далее воздушный поток через охладитель 4 и первую дроссельную заслонку 5 поступает во входной коллектор 6 двигателя 7 внутреннего сгорания. Количество поступающего воздуха регулируется блоком 11 управления по показаниям датчиков 12 температуры и давления и датчика 16 акселератора путем управления первой дроссельной заслонкой 5 и первым перепускным клапаном 9.

Все отработавшие газы, поступающие из выходного коллектора 10, направляются к турбине 2 турбонагнетателя 1, раскручивая ее вместе с компрессором 3, установленным на одном валу с турбиной 2. Далее отработавшие газы по выходному тракту 18 двигателя внутреннего сгорания через открытый второй перепускной клапан 29, катализатор 15 и выпускной трубопровод с глушителем 42 выбрасываются в атмосферу. Такое первоначальное направление потока отработавших газов необходимо для уменьшения сопротивления потоку при запуске двигателя.

После запуска двигателя блок 11 управления обеспечивает закрытие второго перепускного клапана 29, вследствие чего поток отработавших газов направляется на лопасти компрессорной турбины 32 газотурбинного двигателя 17, раскручивая ее вместе с центробежным компрессором 31. Это обеспечивает подачу сжатого атмосферного воздуха через второй воздушный фильтр 20 и вторую дроссельную заслонку 19 в камеру 35 сгорания газотурбинного двигателя, что приводит к возгоранию остатков топлива и повышению температуры отработавших газов, которые поступают на лопасти силовой турбины 34, приводя ее во вращение. Отработавшие газы, которые практически не содержат остатков топлива, с выхода газотурбинного двигателя 17 поступают на вход катализатора 15, который вследствие повышения температуры (относительно выпуска турбины 2) быстро прогревается и выходит на номинальный режим функционирования, при котором содержание вредных примесей в отработавших газах минимально.

Таким образом, введение в состав устройства газотурбинного двигателя формирует автоматическую петлю регулирования, что позволяет минимизировать выбросы примесей в отработавших газах.

Вращение со второго вала 33 газотурбинного двигателя 17 через редуктор 21 передается на ротор обратимой электрической машины 22, обеспечивая выработку электрической энергии, которая через инвертор 23 подается в накопитель 24 электрической энергии, выполненный, например, в виде аккумулятора. Напряжение с выхода инвертора 23 через модуль 26 управления нагревательным элементом также подается на нагревательный 25 элемент катализатора. Нагрев катализатора 15 используется как для ускорения прогревания рабочих элементов (каталитических преобразователей) при запуске двигателя 7 внутреннего сгорания, так и для стабилизации температуры катализатора 15 в заданных пределах при штатной работе двигателя путем ее регулирования блоком 11 управления посредством второй дроссельной заслонки 20 по сигналам дополнительного датчика 28 контроля эмиссии отработавших газов, датчика 27 температуры и давления, а также датчика 38 температуры и давления, установленного на катализаторе 15. Таким образом, на всех режимах работы двигателя 7 внутреннего сгорания поддерживается температура катализатора 15, соответствующая режиму минимального содержания примесей в отработавших газах.

Минимизация содержания примесей в отработавших газах обеспечивается также за счет передачи дополнительной мощности на вал турбонагнетателя 1 от электродвигателя 39, электрически связанный с инвертором 23. Блок 11 управления на основании данных датчиков 12 температуры и давления, установленных на первой дроссельной заслонке 5, на входном коллекторе 6, блоке 13 цилиндров и выходном коллекторе 10 двигателя 7 внутреннего сгорания, а также датчика 16 акселератора подает управляющий сигнал на инвертор 23. В соответствии с величиной управляющего сигнала инвертор 23 подает напряжение питания на электродвигатель 39, который создает дополнительный крутящий момент на валу турбонагнетателя 1, что позволяет подать необходимое количество воздуха во входной коллектор 6 двигателя 7 внутреннего сгорания и минимизировать эффект «турбоямы». Это объясняется тем, что при отсутствии электродвигателя 39 на малых оборотах двигателя 7 внутреннего сгорания или сразу после резкого нажатия на педаль акселератора давление выхлопных газов мало отличается от атмосферного давления. Вследствие этого скорость вращения крыльчатки турбины 3 и, как следствие, вала турбонагнетателя 1 недостаточна для сжатия впускного воздуха компрессором 2 до заданного давления, в результате чего имеет место дефицит воздуха в горючей смеси и его составляющей - кислорода, что снижает приемистость двигателя.

На тяжелых участках дорог и при трогании с места часть мощности газотурбинного двигателя 17 через редуктор 21 и муфту 40 может быть направлена на коленчатый вал 41 двигателя 7 внутреннего сгорания, что также позволит снизить на него нагрузку и уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу. Управление муфтой 40 осуществляется по командам с блока 11 управления.

Передача крутящего момента от электродвигателя 30 на вал турбонагнетателя 1 может быть выполнена как в виде гидродинамической, так и шестеренчатой передачи, а также путем выполнения вала в качестве ротора электродвигателя.

Оптимизация режима работы газотурбинного двигателя 17 с целью обеспечения минимизации содержания вредных примесей на выходе катализатора 15 осуществляется блоком 11 управления по сигналам датчиков 14, 28 контроля эмиссии отработавших газов путем управления второй дроссельной заслонкой 19.

При резком изменении режима работы двигателя 7 внутреннего сгорания, приводящего к сокращению содержания топлива в выхлопных газах на выходе из турбины 2, может произойти снижение крутящего момента газотурбинного двигателя 17. В этом случае по команде с блока 11 управления, поступающей на инвертор 23, обратимая электрическая машина 22 может быть переведена в режим электродвигателя, питающегося от накопителя 24, что обеспечит необходимую скорость вращения второго вала 33. Кроме того, в этом случае модуль 37 подачи топлива через инжектор 36 может осуществить кратковременный впрыск топлива в камеру 35 сгорания, что также позволит поддержать необходимый режим работы газотурбинного двигателя 17. При этом обратный клапан 43 в момент срабатывания инжектора 36 исключает попадание газов из камеры 35 сгорания в выходной тракт 18 двигателя 7 внутреннего сгорания. Электрическая энергия накопителя 24 может быть также использована в бортовой сети автомобиля для питания различных устройств, в том числе для зарядки аккумулятора, что позволит снизить мощность, потребляемую основным генератором, и, как следствие, снизить потребление топлива и уменьшить выброс вредных примесей.

Таким образом, в отличие от известного устройства, использованного в качестве прототипа, оптимизация режима для минимизации выбросов примесей в отработавших газах обеспечивается автоматической петлей регулирования, выполненной на базе дополнительно введенного газотурбинного двигателя, что позволяет повысить экологические параметры двигателя. Кроме того, дополнительно обеспечивается увеличение приемистости двигателя за счет минимизации эффекта «турбоямы» и увеличения мощности за счет использования остаточной энергии отработавших газов.

Claims (6)

1. Устройство управления двигателем внутреннего сгорания, содержащее турбонагнетатель, включающий турбину, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания, с которым через первый перепускной клапан сообщен выпуск турбины, и компрессор, вход которого сообщен с первым воздушным фильтром, а выход через последовательно установленные охладитель и первую дроссельную заслонку сообщен с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, катализатор, установленный после выпуска турбины, и блок управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками температуры и давления, установленными на первой дроссельной заслонке, на входном коллекторе, блоке цилиндров и выходном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, и датчиками контроля эмиссии отработавших газов, установленными на входе и выходе катализатора, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора, а первый и второй управляющие выходы подключены, соответственно, к первой дроссельной заслонке и перепускному клапану, отличающееся тем, что содержит газотурбинный двигатель, вход подачи топлива которого через обратный клапан сообщен с выпуском турбины, а выпуск сообщен со входом катализатора, второй воздушный фильтр и вторую дроссельную заслонку, последовательно соединенные со входом подачи воздуха газотурбинного двигателя, второй перепускной клапан, установленный между входом подачи топлива и выпуском газотурбинного двигателя, редуктор, вход которого соединен с валом отбора мощности газотурбинного двигателя, обратимую электрическую машину, ротор которой соединен с выходом редуктора, инвертор, электрически связанный с обратимой электрической машиной, накопитель электрической энергии, подключенный к инвертору, нагреватель, установленный в катализаторе, модуль управления нагревателем, подключенный к выходу инвертора и входу нагревателя, дополнительные датчики температуры и давления, установленные на выходе второй дроссельной заслонки и на катализаторе, и дополнительный датчик контроля эмиссии отработавших газов, установленный на выпуске турбины, при этом соответствующие дополнительные информационные входы блока управления соединены с дополнительными датчиками контроля температуры и давления и дополнительным датчиком контроля эмиссии отработавших газов, а соответствующие дополнительные управляющие выходы соединены со второй дроссельной заслонкой, вторым перепускным клапаном, модулем управления нагревателем и инвертором.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что газотурбинный двигатель выполнен в виде двухвального газотурбинного двигателя, содержащего размещенные на первом валу центробежный компрессор, впуск которого является входом подачи воздуха двухвального газотурбинного двигателя, и компрессорную турбину, силовую турбину, размещенную на втором валу, причем впуск силовой турбины сообщен с выпуском компрессорной турбины, а выпуск служит выпуском газотурбинного двигателя, камеру сгорания, установленную на входе подачи топлива газотурбинного двигателя, инжектор, установленный в камере сгорания и выполненный с возможностью вспомогательной подачи топлива, модуль подачи топлива, сообщенный с инжектором и подключенный к соответствующему дополнительному управляющему выходу блока управления, и датчик температуры и давления, установленный на впуске силовой турбины и подключенный к соответствующему дополнительному информационному входу блока управления.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит электродвигатель, кинематически связанный с валом турбонагнетателя, вход питания которого подключен к дополнительному выходу инвертора.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что содержит муфту, посредством которой редуктор через дополнительный выход соединен с коленчатым валом двигателя внутреннего сгорания, при этом управляющий вход муфты подключен к соответствующему дополнительному управляющему выходу блока управления.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что редуктор выполнен в виде гидродинамического редуктора.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что муфта выполнена в виде гидродинамической муфты.

Images