RU2684042C1 - Способ управления дизелем с турбонаддувом и устройство для его реализации - Google Patents
Способ управления дизелем с турбонаддувом и устройство для его реализации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2684042C1 RU2684042C1 RU2018113326A RU2018113326A RU2684042C1 RU 2684042 C1 RU2684042 C1 RU 2684042C1 RU 2018113326 A RU2018113326 A RU 2018113326A RU 2018113326 A RU2018113326 A RU 2018113326A RU 2684042 C1 RU2684042 C1 RU 2684042C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diesel engine
- control
- pressure
- diesel
- lever
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 70
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 51
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 22
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 210000000476 body water Anatomy 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 3
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002283 diesel fuel Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D1/00—Controlling fuel-injection pumps, e.g. of high pressure injection type
- F02D1/02—Controlling fuel-injection pumps, e.g. of high pressure injection type not restricted to adjustment of injection timing, e.g. varying amount of fuel delivered
- F02D1/08—Transmission of control impulse to pump control, e.g. with power drive or power assistance
- F02D1/12—Transmission of control impulse to pump control, e.g. with power drive or power assistance non-mechanical, e.g. hydraulic
- F02D1/14—Transmission of control impulse to pump control, e.g. with power drive or power assistance non-mechanical, e.g. hydraulic pneumatic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D23/00—Controlling engines characterised by their being supercharged
- F02D23/02—Controlling engines characterised by their being supercharged the engines being of fuel-injection type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в дизельных двигателях с турбонаддувом. Способ управления дизелем с турбонаддувом заключается в том, что после сгорания топлива и расширения в цилиндре дизеля (31) отходящие газы, обладающие избыточной энергией, направляются выпускным трубопроводом (7) для расширения в газовую турбину (10). Работа газовой турбины (10) с помощью вала передается компрессору (12) для сжатия поступающего в цилиндр дизеля наддувочного воздуха. Управление дизелем (31) с турбонаддувом осуществляется замыканием обратной связи по двум параметрам - скорости вращения коленчатого вала и давлению наддува. Управление скоростью вращения вала (2) дизеля (31) производится отрицательной обратной связью. Управление давлением наддува осуществляется положительной обратной связью двухимпульсным регулятором (30), воздействующим на общий регулирующий орган подачи топлива в цилиндр дизеля - рейку топливного насоса высокого давления. В выпускной трубопровод (7) перед газовой турбиной (10) производят подачу воды. Управление подачей воды осуществляется замыканием обратной связи по двум параметрам - скорости вращения коленчатого вала и давлению наддува. Раскрыто устройство управления дизелем с турбонаддувом. Технический результат заключается в обеспечении более полной утилизации энергии выпускных газов путем автоматического управления давлением наддува на любых режимах движения транспортной силовой установки, использующей в качестве двигателя дизель с турбонаддувом. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области управления силовых установок с тепловыми двигателями - поршневых ДВС и газотурбинных двигателей, а также к устройствам для осуществления указанной технологии.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ управления дизеля с турбонаддувом и устройство его реализации [1] (Двухимпульсный регулятор дизеля с турбонаддувом патент РФ №896246. Крутов В.И., Леонов И.В., Горшков В.А. и др. опубликован 07.01.1982 бюл. №1), который заключается в том, что после сгорания топлива и расширения в цилиндре дизеля отходящие газы (ОГ), обладающие определенной избыточной энергией, направляются в газовую турбину, работа которой механической связью передается компрессору для сжатия поступающего в цилиндр воздуха. Таким образом определенная часть избыточной энергии отходящих газов (ОГ) реализуется при расширении их в газовой турбине, что повышает общий КПД силовой установки. Управление процессом использования энергии газов при известном способе работы дизеля с турбонаддувом отсутствует, собственно управляется автоматическим регулятором только дизель по двум параметрам [2, 3]. Управление скорости вращения вала дизеля ω производится отрицательной обратной связью, а управление давления наддува Рк осуществляется положительной обратной связью, одним общим органом управления - рейкой топливного насоса высокого давления (ТНВД), оснащенного двухимпульсным регулятором [1]. Недостатком такого способа управления дизеля с турбонаддувом является низкая эффективность процессов утилизации энергии отходящих газов, особенно на низких значениях скорости вращения вала дизеля и малых нагрузках дизеля, при которых давление наддува воздуха Рк стремится к нулевому значению [4].
В связи с недостатками известного способа и известного устройства [1] управления тепловых двигателей - поршневых ДВС и газотурбинных двигателей требуется разработка новых способов управления. В первую очередь возникает потребность разработки способа управления турбонаддува дизелей, применение которого значительно повысит эффективность комбинированных турбопоршневых двигателей.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Проведенные экспериментальные исследования дизеля с турбонаддувом показали возможность управления давления надува за счет изменения угла опережения впрыска топлива [4], но это достигается снижением на некоторых режимах работы общего эффективного КПД силовой установки. Как правило, такими же недостатками обладают и другие способы управления турбонаддувом [3], так как повышение КПД газовых турбин ограничивается температурой газов и возрастанием при этом затрат энергии на собственные нужды. Последнее ограничение может быть устранено путем добавки к продуктам сгорания воду [3], приводящее к увеличению энтальпии рабочего тела. Впервые идея создания силовой установки с двумя рабочими телами (водяной пар и продукты сгорания), смешиваемых перед поступлением в турбину, была высказана инженером П.Д. Кузьминским в конце девятнадцатого века. Смешивание горячих продуктов сгорания (газов) с подогретой водой позволяет получить парогазовая смесь, обладающую более высоким потенциалом располагаемой энергии перед турбиной. Впрыск воды в продукты сгорания снижает температуру газов до приемлимых значений и повышает удельную энтальпию рабочего тела. Энтальпией называется сумма внутренней энергии рабочего тела и произведения его давления на объем, т.е. необходимой работы, чтобы ввести или вывести рабочее тело в его состояние.
Целью изобретения является разработка способа управления дизелей с турбонаддувом и устройства его осуществления, которое обеспечивает более полную утилизацию энергии выпускных газов путем автоматического управления давления наддува на любых режимах движения транспортной силовой установки, использующей в качестве двигателя дизель с турбонаддувом. Для выполнения указанной цели в двухимпульсной системе управления подачи топлива gт дизеля с турбонаддувом по скорости и давлению наддува организуется дополнительный контур управления турбокомпрессора путем впрыска воды gв в выпускной трубопровод перед турбиной.
Структурная схема предлагаемого способа управления дизеля с турбонаддувом по скорости и давлению наддува показана на фиг. 1. Основу ее составляет известная и применяемая на практике система управления топливоподачей дизеля с турбонаддувом, оснащенная двухимпульсным регулятором [1], которая разработана на Челябинском тракторном заводе.
Первый замкнутый обратной связью контур управления подачи топлива gт включает топливный насос высокого давления (ТНВД) с двухимпульсным регулятором дизеля по скорости со и давлению наддува Рк [1]. Замыкание отрицательной обратной связью по скорости со осуществляется с целью стабилизации скорости со дизеля и гарантирует повышение устойчивости системы управления. Замыкание системы управления положительной обратной связью по давлению наддува Рк. осуществляется с целью улучшения качества процесса сгорания и поддержания постоянного воздушно-топливного соотношения не ниже пределов дымления [2, 3].
Эффективность работы турбонаддува резко снижается на низких скоростных режимах работы дизеля и на малых нагрузках. С целью повышения эффективности работы дизеля с турбонаддувом на этих режимах организован второй замкнутый обратной связью контур управления подачи воды в выпускной трубопровод gв перед турбиной с двухимпульсным регулятором турбокомпрессора по скорости ω и давлению наддува Рк. На фиг. 2 представлена sT диаграмма [3] работы дизеля с турбонаддувом. Отдельные процессы термодинамического цикла сопрягаются между собой в узловых точках диаграммы а, b, с, d, е. Процессы в цилиндре дизеля на диаграмме фиг. 2 характеризуются следующим образом:
ab - сжатие воздуха в цилиндре
bc - сгорание при v=constant
cd - сгорание при р=constant
de - расщирение газов в цилиндре
еа - выпуск газов из цилиндра в выпускной патрубок в изобарном процессе
Процессы в турбокомпрессоре, связанном с дизелем, на диаграмме фиг. 2 характеризуются следующим образом:
ad* - подвода тепла отходящими из цилиндра газами в выпускной патрубок перед турбиной
d*e* - расширение газов в турбине
e*а* - выпуск газов из турбины в окружающую среду
аа* - сжатие воздуха в компрессоре
В выпускном патрубке перед турбиной осуществляется смешивание выпускных газов и водяного пара, образующегося при испарении впрыскиваемой воды. Образуемая парогазовая смесь поступает в турбину, что позволяет получить парогазовую смесь, обладающую более высоким потенциалом располагаемой энергии давления перед турбиной. Повышение эффективности процесса обеспечивается нагреванием воды в водоподогревателе выпускными газами после их расширения в турбине.
Парогазовый цикл можно представить в виде совокупности двух циклов - ранее рассмотренного газовоздушного цикла в дизеле с турбонаддувом и парового. Процессы в паровом цикле на диаграмме фиг. 2 характеризуются следующим образом:
fg - подогрев воды в регенеративном подогревателе
gh - испарение воды и образование насыщенного пара
he - перегрев пара
е*е** - располагаемая энергия расширения после перегрева пара
На sT диаграмме фиг. 2 дополнительная полезная удельная работа энергетической установки в предлагаемом парогазовом цикле определяется суммой площадей газового а - d* - е* - а* и парового циклов f - g - h - e* - е**.
В регенеративном подогревателе вода нагревается до температуры кипения. Необходимая для этого теплота представляется площадью f - g - m - n. Удельная теплота, пошедшая на превращение воды в пар изображается площадью g - h - k - m. Затраты тепла в регенеративном подогревателе компенсируются из теплоты отработавшего в турбине рабочего! тела, состоящего из пара и газа, поступающего в атмосферу.
Указанные на фиг. 2. циклы построены для единичного значения масс продуктов сгорания. Общая подведенная теплота в парогазовом цикле слагается из теплоты, подведенной к газовой и паровой составляющей, которая зависит от реального соотношения масс продуктов сгорания и паров воды. Поэтому цикл работ в турбокомпрессоре и выпускном трубопроводе могут быть сдвинуты как показано на фиг. 2 на некоторое расстояние е*е* в зависимости от реального соотношения масс продуктов сгорания и паров воды. Анализ sT диаграмм парогазовых циклов дизелей с турбонаддувом показывает возможность повышения эффективных показателей до 8%, особенно важной является возможность улучшения характеристик дизелей с турбонаддувом в области низких нагрузок и малых скоростных режимах работы.
В период освоения парогазовых циклов работы тепловых машин было опробовано несколько способов работы энергетических установок, но не было предложено способа управления дизелей с турбонаддувом, который обеспечивает более полную утилизацию энергии выпускных газов путем автоматического управления давления наддува на любых режимах движения транспортной силовой установки, использующей в качестве двигателя дизель с турбонаддувом.
Известен способ управления дизеля с турбонаддувом, заключающийся в том, что после сгорания топлива и расширения в цилиндре дизеля отходящие газы, обладающие избыточной энергией, направляются выпускным трубопроводом для расширения в газовую турбину, работа которой с помощью механической связи валом передается компрессору для сжатия поступающего в цилиндр дизеля наддувочного воздуха, управление дизеля с турбонаддувом осуществляется замыканием обратной связи по двум параметрам - скорости вращения коленчатого вала и давлению наддува, причем, управление скорости вращения вала дизеля производится отрицательной обратной связью, а управление давления наддува осуществляется положительной обратной связью двухимпульсным регулятором, воздействующим на общий регулирующий орган подачи топлива в цилиндр дизеля - рейку топливного насоса.
Предлагается способ управления дизеля с турбонаддувом, отличающийся тем, что в выпускной трубопровод перед газовой турбиной производят подачу воды, причем управление подачей воды осуществляется - замыканием обратной связи по двум параметрам - отрицательной связью по скорости вращения коленчатого вала и положительной по давлению наддува.
Существенные признаки предлагаемого способа, которые совпадают с признаками аналога, заключаются в том, что после сгорания топлива и расширения в цилиндре дизеля отходящие газы, обладающие избыточной энергией, направляются выпускным трубопроводом для расширения в газовую турбину, работа которой с помощью механической связи валом передается компрессору для сжатия поступающего в цилиндр дизеля воздуха, управление дизеля с турбонаддувом осуществляется замыканием обратной связи по двум параметрам - скорости вращения коленчатого вала и давлению наддува, причем, управление скорости вращения вала дизеля производится отрицательной обратной связью, а управление давления наддува осуществляется положительной обратной связью двухимпульсным регулятором, воздействующим на общий регулирующий орган подачи топлива в цилиндр дизеля - рейку топливного насоса высокого давления.
Известный и предлагаемый способы имеют существенные отличия в том, что в выпускной трубопровод перед газовой турбиной производят подачу воды, причем управление подачей воды осуществляется - замыканием обратной связи по двум параметрам - отрицательной связью по скорости вращения коленчатого вала и положительноц по давлению наддува.
Известен двухимпульсный регулятор дизеля с турбонаддувом, содержащий корпус, топливный насос с органом дозирования топливоподачи, центробежный чувствительный элемент скорости, пневматический чувствительный элемент давления наддува с мембраной, суммирующий рычаг и рычаг управления, причем, мембрана пневматического чувствительного элемента давления связана с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимися шарниром ползушкой с суммирующим рычагом, одно плечо которого таким образом подсоединено штоком к подпружиненной мембране пневматического чувствительного элемента, второе плечо присоединено шарниром к центробежному чувствительному элементу и главной пружине, соединенной с рычагом управления, а средняя точка суммирующего рычага - к органу дозирования топливоподачи; причем, перемещение концов суммирующего рычага ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами.
Предлагается устройство управления дизеля с турбонаддувом, отличающееся тем, что содержит дополнительно водяной насос с органом дозирования подачи воды, центробежный чувствительный элемент скорости, пневматический чувствительный элемент давления наддува с мембраной, суммирующий рычаг и рычаг управления, причем, мембрана пневматического чувствительного элемента давления связана с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимися шарниром ползушкой с суммирующим рычагом, одно плечо которого таким образом подсоединено штоком к подпружиненной мембране пневматического чувствительного элемента; второе плечо подсоединено шарниром к центробежному чувствительному элементу и главной пружине, соединенной с рычагом управления, а средняя точка суммирующего рычага - к органу дозирования топливоподачи; причем, перемещение концов суммирующего суммирующего рычага ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами.
Существенные признаки предлагаемого устройства, которые совпадают с признаками аналога, заключаются в том, что имеют двухимпульсный регулятор дизеля с турбонаддувом, содержащий корпус, топливный насос с органом дозирования топливоподачи, центробежный чувствительный элемент скорости, пневматический чувствительный элемент давления наддува с мембраной, суммирующий рычаг и рычаг управления, причем, мембрана пневматического чувствительного элемента давления связана с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимися шарниром ползушкой с суммирующим рычагом, одно плечо которого таким образом подсоединено штоком к подпружиненной мембране пневматического чувствительного элемента, второе плечо подсоединено шарниром к центробежному чувствительному элементу и главной пружине, соединенной с рычагом управления, а средняя точка суммирующего рычага - к органу дозирования топливоподачи; причем, перемещение концов суммирующего рычага ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами.
Существенным отличием предлагаемого устройства управления дизеля с турбонаддувом от известного является то, что оно содержит дополнительно водяной насос с органом дозирования подачи воды, центробежный чувствительный элемент скорости, пневматический чувствительный элемент давления наддува с мембраной, суммирующий рычаг и рычаг управления, причем, мембрана пневматического чувствительного элемента давления связана с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимися шарниром ползушкой с суммирующим рычагом, одно плечо которого таким образом подсоединено штоком к подпружиненной. мембране пневматического чувствительного элемента, второе плечо подсоединено шарниром к центробежному чувствительному элементу и главной пружине, соединенной с рычагом управления, а средняя точка суммирующего рычага - к органу дозирования топливоподачи; причем, перемещение концов суммирующего суммирующего рычага ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами.
Сравнение свойств заявляемого и известного решений показывает, что у заявляемого решения появляются новые свойства, не совпадающие со свойствами известных решений, и что заявляемое решение обладает существенными отличиями.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 3 изображена структурная схема устройства управления дизеля с турбонаддувом:
1. - корпус
2. - коленчатый вал
3. - поршень
4. - камера сгорания
5. - выпускной клапан
6. - впускной клапан
7. - выпускной трубопровод
8. - впускной трубопровод
9. - водоподогреватель
10. - турбина
11. - впускной патрубок
12. - компрессор
13. - топливная форсунка
14. - водяная форсунка
15. - водяной трубопровод
16. - трубопровод отходящих газов
17. - орган дозирования воды
18. - водяной насос
19. - пневматический чувствительный элемент (давления наддува)
20. - пружина (пневматического чувствительного элемента давления)
21. - шток
22. - мебрана
23. - упор штока
24. - грузы
25. - центробежный чувствительный элемент скорости ***
26. - главная пружина
27. - упор центробежного чувствительного элемента скорости
28. - суммирующий рычаг
29. - рычаг управления
30. - двухимпульсный регулятор дизеля
31. - дизель
32. - турбокомпрессор
Дизель 31 включает в себя корпус 1 и поршень 3, образующие камеру сгорания 4. Выпускной клапан 5 направляет газы из камеры сгорания 4 в выпускной трубопровод 7 дизеля 31. Впускной трубопровод 8 дизеля 31 соединяет пневматический чувствительный элемент 19 давления наддува и двухимпульсный регулятор дизеля 30 с впускным патрубком 11 дизеля 31, в который компрессор 12 нагнетает воздух, поступающий в камеру сгорания 4 через впускной клапан 6. В выпускном трубопроводе 7 дизеля 31 перед турбиной 10 установлена водяная форсунка 14. Отходящие после турбины 10 газы направляются трубопроводом отходящих газов 16 в водоподогреватель 9, в котором подаваемая водяным насосом в водяную форсунку 14 вода нагревается отходящими из турбины 10 газами. Вода подается в водоподогреватель 9 водяным трубопроводом 15 от водяного насоса 18, оснащенным органом дозирования 17 в зависимости от скорости вращениясо коленчатого вала 2 дизеля и давления надува Рк.
Двухимпульсный регулятор 30 [1] дизеля 31 управляет подачей топлива топливной форсункой 13 в камеру сгорания 4 дизеля 31 в зависимости от скорости вращения со коленчатого вала 2 дизеля 31 и давления наддува Рк.
Аналогичную схему имеет дополнительный двухимпульсный регулятор, состоящий из пневматического чувствительного элемента давления наддува 19 и центробежного чувствительного элемента скорости ω 25. Коленчатый вал 2 дизеля 31 соединен с грузами 24 центробежного чувствительного элемента скорости 25, который опирается на нижний конец суммирующего рычага 28, соединенного главной пружиной 26 с рычагом управления 29. Суммирующий рычаг 28 соединяет своими концами А и С оба чувствительных элемента 19 и 24, а средняя точка его В соединена с орган дозирования воды 17 водяного насоса 18, осуществляющего впрыск воды в выпускной трубопровод 7 в зависимости от скорости вращения со коленчатого вала 2 дизеля 31 и давления наддува Рк во впускном патрубке 11, которое с помощью впускного трубопровода 8 передается на мембрану 22 пневматического чувствительного элемента давления 19. Мембрана 22 штоком 21 соединена с верхним концом суммирующего рычага 28. Пружина 20 заключена между мембраной 22 и корпусом 1. Таким образом мембрана 22 пневматического чувствительного элемента давления 19 связана с одной стороны впускным трубопроводом 8 с впускным патрубком 11 дизеля 31, а с другой стороны со штоком 21, соединяющимся шарниром ползушкой с суммирующим рычагом 28, одно плечо которого таким образом подсоединено штоком к подпружиненной мембране 22 пневматического чувствительного элемента 19, второе плечо подсоединено шарниром к центробежному чувствительному элементу 25 и главной пружине 26, соединенной с рычагом управления 29, а средняя точка суммирующего рычага 28 - к органу дозирования подачи воды. Перемещения концов суммирующего рычага 28 ограничиваются двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами - упором штока 23 и упором центробежного чувствительного элементу скорости 27.
Турбина 10 и компрессор 12 расположены на общем валу турбокомпрессора 32.
РАБОТА УСТРОЙСТВА
Впрыск топлива топливной форсункой 13 в камеру сгорания 4 дизеля 31 вызывает процесс его сгорания. Выпускной клапан 5 направляет газы из камеры сгорания 4 в выпускной трубопровод 7 дизеля 31. Энергия выпускных газов перед турбиной 10 увеличивается путем впрыска воды выпускной трубопровод 7 водяной форсункой 14, за счет подогрева воды в водонагревателе 9 проходящими через него выпускными пазами после реализации их энергии в турбине 10.
Двухимпульсный регулятор 30 дизеля 31 [1] управляет подачей топлива топливной форсункой 13 в камеру сгорания 4 дизеля 31 в зависимости от скорости вращения со коленчатого вала 2 дизеля 31 и давления наддува Рк путем осуществления отрицательной обратной связи по скорости и положительной обратной связи по давлению наддува. При осуществлении отрицательной обратной связи по скорости подача топлива снижается общеизвестным способом при увеличении скорости вращения вала дизеля [2]. При осуществлении положительной обратной связи по давлению наддува подача топлива увеличивается известным способом при росте давления наддува [1].
Увеличение подачи топлива топливной форсункой 13 в камеру сгорания 4 вызывает рост давления наддува и скорости вращения вала 2 дизеля 31, которое воспринимается грузами центробежного чувствительного элемента скорости и вызывает перемещение суммирующего рычага и органа дозирования топливоподачи на снижение подачи, что вызывает снижение энергии выпускных газов и давления надувочного воздуха, осуществляя отрицательную обратную связь по скорости [1]. Увеличение давления наддува во впускном патрубке в свою очередь передается на пневматический чувствительный элемент давления с помощью впускного трубопровода. Пневматический чувствительный элемент давления перемещает шток и верхний конец и среднюю точку суммирующего рычага, соединенную с органом дозирования топливоподачи, в сторону увеличения подачи топлива, осуществляя тем самым положительную обратную связь по давлению наддува [1].
Аналогично работает дополнительный двухимпульсный регулятор (рис. 3), состоящий из пневматического чувствительного элемента давления наддува 19, центробежного чувствительного элемента скорости ω 25 и водяного насоса 18 с форсункой 14. Перед подачей воды водяной форсункой 14 в выпускной трубопровод 7 вода от водяного насоса 18 через водяной трубопровод 15 подается в водоподогреватель 9 для ее нагревания и тем самым для увеличения общей энергии паров воды и энтальпии парогазовой смеси перед турбиной 10.
Увеличение подачи воды водяной форсункой 14 в выпускной трубопровод 7 вызывает рост скорости вращения вала 2 дизеля 31 за счет роста давления наддува и улучшения качества сгорания топлива в цилиндре. Рост скорости вращения вала 2 дизеля 31 воспринимается грузами центробежного чувствительного элемента скорости 25 и вызывает перемещение суммирующего рычага 28 и органа дозирования подачи воды 17 на снижение подачи, осуществляя отрицательную обратную связь по скорости. Одновременно рост давления наддува вызывает повышение энергии выпускных газов. Увеличение давления наддува во впускном патрубке в свою очередь передается на пневматический чувствительный элемент давления посредством впускного трубопровода. Пневматический чувствительный элемент давления наддува перемещает шток и верхний конец суммирующего рычага в сторону увеличения подачи воды, осуществляя положительную обратную связь по давлению наддува.
Таким образом управление подачей воды в выпускной трубопровод 7 осуществляется дополнительным двухимпульсным регулятором, аналогичным по устройству известному двухимпульсному регулятору [1], состоящим из пневматического чувствительного элемента давления наддува 19 и центробежного чувствительного элемента скорости 25, соединенных суммирующим рычагом 28 с органом дозирования подачи воды 17 таким образом, что подача воды снижается при увеличении скорости вращения вала 2 дизеля и увеличивается при увеличении давления наддува.
Дополнительный двухимпульсный регулятор имеет схему, аналогичную известному двухимпульсному регулятору [1], который состоит из пневматического чувствительного элемента давления наддува 19 и центробежного чувствительного элемента скорости ω 25. Дополнительный двухимпульсный регулятор работает аналогично известному двухимпульсному регулятору [1]. Коленчатый вал 2 дизеля 31 соединен с грузами 24 центробежного чувствительного элемента скорости 25, который опирается на нижний конец суммирующего рычага 28, соединенного главной пружиной 26 с рычагом управления 29. Суммирующий рычаг 28 соединяет своими концами А и С оба чувствительных элемента 19 и 24, а средняя точка его В соединена с орган дозирования воды 17 водяного насоса 18, осуществляющего впрыск воды в выпускной трубопровод 7 в зависимости от скорости вращения со коленчатого вала 2 дизеля 31 и давления надувочного воздуха Рк во впускном патрубке 11. Давление Рк во впускном патрубке 11 с помощью впускного трубопровода 8 передается на мембрану 22 пневматического чувствительного элемента давления наддува 19, которая штоком 21 соединена с верхним концом суммирующего рычага 28. Пружина 20 заключена между мембраной 22 и корпусом 1. Таким образом мембрана 22 пневматического чувствительного элемента давления 19 связана с одной стороны впускным трубопроводом 8 с впускным патрубком 11 дизеля 31, а с другой стороны со штоком 21, соединяющимся шарниром ползушкой с суммирующим рычагом 28, одно плечо которого таким образом подсоединено штоком к подпружиненной мембране 22 пневматического чувствительного элемента 19, второе плечо подсоединено шарниром к центробежному чувствительному элементу 25 и главной пружине 26, соединенной с рычагом управления 29, а средняя точка суммирующего рычага 28 - к органу дозирования подачи воды. Перемещения концов суммирующего рычага 28 ограничиваются двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами - упором штока 23 и упором центробежного чувствительного элементу скорости 27.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Заявляемые способ управления дизеля с турбонаддувом и устройство его реализации позволяют повысить эффективность транспортных машин с ДВС и снизить расход энергии по сравнению с известными устройствами. Применение их позволяет снизить потери энергии и повысить экономичность транспортных машин с ДВС на любых неустановившихся режимах работы путем, особенно для судовых силовых установок, в которых не требуется дополнительная организация заправки водой. Проведенный анализ работы предлагаемого устройства показывает [2, 3], что в соответствии с заявленным изобретением может оно быть реализовано с обеспечением безопасности работы.
Литература:
1. Кругов В.И., Леонов И.В., Горшков В.А. и др. патент РФ №896246 Двухимпульсный регулятор дизеля с турбонаддувом. 07.01.1982. бюлю №1.
2. Крутов В.И. Автоматическое регулирование ДВС. - М: Машгиз, 1963. - 600 с.
3. Теплотехника: Учебник для вузов / А.М. Архаров, И.А.. Архаров, В.Н. Афанасьев и др.; Под ред. A.M. Архарова, В.Н. Афанасьева. 2-е изд, перераб. и доп.. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2004. - 712 с.
4. И.В. Леонов, Галеев В.Л. Исследование возможности улучшения системы воздухоснабжения дизеля с турбонаддувом. «Известия ВУЗов». «Машиностроение». №4 - 1980. с. 79-82.
Claims (2)
1. Способ управления дизелем с турбонаддувом, который заключается в том, что после сгорания топлива и расширения в цилиндре дизеля отходящие газы, обладающие избыточной энергией, направляются выпускным трубопроводом для расширения в газовую турбину, работа которой с помощью механической связи валом передается компрессору для сжатия поступающего в цилиндр дизеля наддувочного воздуха, управление дизелем с турбонаддувом осуществляется замыканием обратной связи по двум параметрам - скорости вращения коленчатого вала и давлению наддува, причем управление скоростью вращения вала дизеля производится отрицательной обратной связью, а управление давлением наддува осуществляется положительной обратной связью двухимпульсным регулятором, воздействующим на общий регулирующий орган подачи топлива в цилиндр дизеля - рейку топливного насоса высокого давления, отличающийся тем, что в выпускной трубопровод перед газовой турбиной производят подачу воды, причем управление подачей воды осуществляется замыканием обратной связи по двум параметрам - скорости вращения коленчатого вала и давлению наддува.
2. Устройство управления дизелем с турбонаддувом, включающее корпус, дизель, турбокомпрессор, двухимпульсный регулятор топливоподачи, топливный насос с органом дозирования топливоподачи, центробежный чувствительный элемент скорости, пневматический чувствительный элемент давления наддува с мембраной, суммирующий рычаг и рычаг управления, причем мембрана пневматического чувствительного элемента давления связана с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимися шарниром ползушкой с суммирующим рычагом, одно плечо которого, таким образом, подсоединено штоком к подпружиненной мембране пневматического чувствительного элемента, второе плечо подсоединено шарниром к центробежному чувствительному элементу и главной пружине, соединенной с рычагом управления, а средняя точка суммирующего рычага - к органу дозирования топливоподачи; причем перемещение концов суммирующего рычага ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами, отличающееся тем, что снабжено дополнительно водяным насосом с органом дозирования подачи воды, центробежным чувствительным элементом скорости, пневматическим чувствительным элементом давления наддува с мембраной, суммирующим рычагом и рычагом управления, причем мембрана пневматического чувствительного элемента давления связана с одной стороны трубопроводом с впускным патрубком дизеля, а с другой стороны с пружиной и штоком, соединяющимися шарниром ползушкой с суммирующим рычагом, одно плечо которого, таким образом, подсоединено штоком к подпружиненной мембране пневматического чувствительного элемента, второе плечо подсоединено шарниром к центробежному чувствительному элементу и главной пружине, соединенной с рычагом управления, а средняя точка суммирующего рычага - к органу дозирования подачи воды, причем перемещение концов суммирующего рычага ограничивается двумя регулируемыми в корпусе резьбой упорами.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113326A RU2684042C1 (ru) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | Способ управления дизелем с турбонаддувом и устройство для его реализации |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018113326A RU2684042C1 (ru) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | Способ управления дизелем с турбонаддувом и устройство для его реализации |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2684042C1 true RU2684042C1 (ru) | 2019-04-03 |
Family
ID=66090108
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018113326A RU2684042C1 (ru) | 2018-04-12 | 2018-04-12 | Способ управления дизелем с турбонаддувом и устройство для его реализации |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2684042C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4085724A (en) * | 1975-06-12 | 1978-04-25 | Robert Bosch Gmbh | Fuel regulator for internal combustion engines with injection system |
| SU896246A1 (ru) * | 1980-04-23 | 1982-01-07 | Московское Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им.Н.Э.Баумана | Двухимпульсный регул тор дизел с турбонаддувом |
| US5261238A (en) * | 1990-12-20 | 1993-11-16 | Olsen Leonard E | Internal combustion steam engine |
| RU2237182C1 (ru) * | 2003-06-11 | 2004-09-27 | Военный инженерно-технический университет | Установка для автономного электротеплоснабжения |
| RU2338914C2 (ru) * | 2005-12-05 | 2008-11-20 | Алексей Васильевич Егоров | Двигатель внутреннего сгорания |
-
2018
- 2018-04-12 RU RU2018113326A patent/RU2684042C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4085724A (en) * | 1975-06-12 | 1978-04-25 | Robert Bosch Gmbh | Fuel regulator for internal combustion engines with injection system |
| SU896246A1 (ru) * | 1980-04-23 | 1982-01-07 | Московское Ордена Ленина,Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им.Н.Э.Баумана | Двухимпульсный регул тор дизел с турбонаддувом |
| US5261238A (en) * | 1990-12-20 | 1993-11-16 | Olsen Leonard E | Internal combustion steam engine |
| RU2237182C1 (ru) * | 2003-06-11 | 2004-09-27 | Военный инженерно-технический университет | Установка для автономного электротеплоснабжения |
| RU2338914C2 (ru) * | 2005-12-05 | 2008-11-20 | Алексей Васильевич Егоров | Двигатель внутреннего сгорания |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2627762C2 (ru) | Способ работы двигателя внутреннего сгорания с самовоспламенением | |
| EP1945932B1 (en) | An exhaust gas recirculation system | |
| US3257797A (en) | Tandem supercharging system | |
| US9410490B2 (en) | Fuel selection system and method for dual fuel engines | |
| US4428192A (en) | Turbocharged internal combustion engine | |
| US20150219030A1 (en) | Air Handling System for an Opposed-Piston Engine in which a Supercharger Provides Boost During Engine Startup and Drives EGR During Normal Engine Operation | |
| RU2338914C2 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания | |
| CN103266950A (zh) | 一种油水燃料复合式废气动力型二行程发动机 | |
| JP2598060B2 (ja) | 内燃機関の作動サイクルを制御する方法とその実施方法 | |
| RU2684042C1 (ru) | Способ управления дизелем с турбонаддувом и устройство для его реализации | |
| EP3612726A1 (en) | Gas engine, method for operating a gas engine and generator set | |
| RU202709U1 (ru) | Дизель | |
| US8266884B1 (en) | Asynchronous combustion system | |
| Buchman et al. | Method for Turbocharging Single Cylinder Four Stroke Engines | |
| RU160738U1 (ru) | Двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом | |
| JP2016125366A (ja) | 内燃機関 | |
| Vlaskos et al. | Design and performance of a controlled turbocharging system on marine diesel engines | |
| JP6537271B2 (ja) | 内燃機関 | |
| KR101098662B1 (ko) | 엔진 시스템 | |
| RU207444U1 (ru) | Дизельный двигатель военной гусеничной машины с устройством регулирования наддува | |
| US11913402B2 (en) | Diesel-steam power plant | |
| US20240151193A1 (en) | Multifuel closed-loop thermal cycle piston engine, system and method | |
| RU176215U1 (ru) | Вторичный паросиловой контур двс транспортного средства | |
| Thomasson et al. | Effects of pulsating flow on mass flow balance and surge margin in parallel turbocharged engines | |
| JPS603942Y2 (ja) | デイ−ゼル機関の空気供給装置 |