Спосіб визначення параметрів повітропостачання двигуна внутрішнього згоряння

Изобретение относится к двигателестроению и может быть использовано при доводке систем воздухоснабжения двигателей внутреннего сгорания. Известен способ определения параметров воздухоснабжения на каждом эксплуатационном режиме при испытаниях двигателя, оборудованного автономным источником наддувочного воздуха, позволяющим получать различные давления наддува на каждом эксплуатационном режиме и имеющего выпускную систему, снабженную двухступенчатым дросселем, настроенным в соответствии с расчетной характеристикой турбины турбокомпрессора. Варьирование давлением и расходом воздуха осуществляется заслонкой, установленной во впускном трубопроводе, давление газов на выходе из двигателя создает двухступенчатый дроссель [1]. К недостаткам этого способа, принятого в качестве аналога, относится: необходимость создания компрессорной станции, затраты на сооружение и эксплуатацию которой будут тем выше, чем выше будет мощность испытуемых двигателей, кроме того, создание давления газов на выходе из двигателя двухступенчатым дросселем снижает точность определения параметров воздухоснабжения на эксплуатационных режимах, что повышает трудоемкость и стоимость доводочных работ. Известен двигатель внутреннего сгорания с наддувом от турбокомпрессора, засасывающего воздух из атмосферы на режимах большой мощности, а при понижении мощности воздух в турбокомпрессор подается установленной перед ним воздуходувкой с приводом от электродвигателя трехфазного переменного тока, имеющего постоянную частоту вращения не зависимо от частоты вращения двигателя внутреннего сгорания, Присоединение воздуходувки к компрессору турбокомпрессора осуществляется с помощью установленной в воздухопроводе трубчатой задвижки золотникового типа, перемещающейся в осевом направлении с помощью электрогидравлической системы управления ею. Повышение давления при включении воздуходувки составляет 5 7кПа. Электродвигатель подключен к электрической трехфазной сети корабля [2]. Известное устройство, принятое в качестве аналога, не может быть применено для решения поставленной задачи определения параметров воздухоснабжения и наименьшего расхода топлива на каждом эксплуатационном режиме, так как воздуходувка имеет постоянную (не регулируемую) частоту вращения, обеспечивающее незначительное повышение давления наддува в узком диапазоне режимов работы двигателя и на переходных режимах. Известен двигатель внутреннего сгорания с наддувом от турбокомпрессора и дополнительного компрессора, привод которого состоит из электродвигателя, имеющего постоянную частоту вращения, и инерционного груза, поддерживающего постоянную частоту вращения компрессора при включении и выключении подачи воздуха компрессором. Подача воздуха из дополнительного компрессора в компрессор турбокомпрессора производится открытием вентиля, а при отключении подачи воздуха из компрессора, закрывается также и вентиль на впуске воздуха в компрессор, что уменьшает затраты мощности на его привод. Подача воздуха в турбокомпрессор осуществляется кратковременно только при запуске двигателя и резком набросе нагрузки, на этот интервал и рассчитывается вся система [3]. Известное устройство, принятое в качестве аналога, не может быть применено для решения поставленной задачи определения параметров воздухоснабжения и наименьшего расхода топлива на каждом эксплуатационном режиме, так как приводной компрессор имеет постоянную (не регулируемую) частоту вращения и кратковременно (с помощью вентилей) создает небольшое давление наддува, необходимое для улучшения условий на режимах запуска и резкого наброса нагрузки. В качестве прототипа изобретения принят известный двигатель внутреннего сгорания с наддувом от турбокомпрессора и дополнительного объемного компрессора с приводом от коленчатого вала двигателя через редуктор с постоянным передаточным отношением. В привод объемного компрессора встроена автоматическая муфта , с помощью которой производится его включение в зависимости от давления воздуха в продувочном ресивере. Объемная воздуходувка работает при пуске и небольших нагрузках [4]. Известное устройство не может быть применено для решения поставленной задачи определения параметров воздухоснабжения и наименьшего расхода топлива »а каждом эксплуатационном режиме, так как дополнительный объемный компрессор на каждом эксплуатационном режиме работы двигателя имеет постоянную (нерегулируемую) частоту вращения, причем включается он в узком диапазоне режима работы двигателя (при запуске и малых нагрузках). Кроме того, привод объемного компрессора от коленчатого вала двигателя требует специальных методик пересчета полученных при испытаниях расходов топлива к условиям системы воздухоснабжения от автономного турбокомпрессора. Задачей предполагаемого изобретения является снижение трудоемкости определения параметров воздухоснабжения и наименьшего расхода топлива на каждом эксплуатационном режиме работы двигателя внутреннего сгорания. Технический результат достигается путем создания на входе в двигатель суммарного давления наддува при помощи подачи воздуха компрессором турбокомпрессора и подачи дополнительного воздуха дополнительным приводным компрессором, поддерживания одного из исследуемых эксплуатационных режимов работы двигателя, измерения суммарного давления наддува, давления и температуры газов перед турбиной турбокомпрессора, удельного расхода топлива, расходов воздуха и газов, регулирования количества воздуха подаваемого дополнительным приводным компрессором при помощи варьирования его частоты вращения. Изобретение отличается тем, что дополнительно измеряют максимальное давление сгорания в цилиндрах, изменяют частоту вращения дополнительного приводного компрессора вне зависимости от частоты вращения двигателя, причем диапазон изменения частоты вращения дополнительного приводного компрессора ограничивают по величине максимального давления сгорания в цилиндрах и величине температуры газов перед турбиной турбокомпрессора. На чертеже (фиг.) изображена схема устройства для реализации изобретения, где двигатель 1 оборудован турбокомпрессором 2, компрессор которого соединен последовательно с дополнительным компрессором 3, имеющем привод от электродвигателя 4. Между компрессором турбокомпрессора и двигателем установлен воздухоохладитель 5. Воздух, поступающий из атмосферы, сжимается в компрессоре 3, приводимым во вращение электродвигателем 4, создающим различную частоту вращения дополнительного компрессора, затем сжимается в компрессоре турбокомпрессора 2 и охлаждается в воздухоохладителе 5, после чего поступает в двигатель 1. Выпускные газы двигателя 1 приводят во вращение турбину турбокомпрессора, затем отводятся в атмосферу. На каждом эксплуатационном режиме работы двигателя измеряют суммарное давление наддува, давление и температуру газов перед турбиной турбокомпрессора, удельный расход топлива, расход воздуха и газов, максимальное давление сгорания в цилиндрах, давление и температуру воздуха на входе в систему воздухоснабжения и давление газов на выходе из турбины турбокомпрессора. После этого изменяют количество воздуха, подаваемое дополнительным компрессором, варьированием частоты его вращения, вне зависимости от частоты вращения двигателя в диапазоне ограниченном допустимой величиной максимального давления сгорания в цилиндрах и величиной температуры газов перед турбиной турбокомпрессора. Изменение частоты вращения дополнительного компрессора осуществляется изменением частоты вращения электродвигателя за счет регулирования его возбуждения. После измерения указанных параметров на всех эксплуатационных режимах при различных величинах расхода воздуха, определяют желаемый характер протекания кривых давления, расхода воздуха и к.п.д. турбокомпрессора на всех эксплуатационных режимах для разработки конструкции турбокомпрессора данного двигателя. Изобретение было реализовано при создании мощностного ряда двигателей 16ЧН 26/27, имеющих наддув от турбокомпрессоpa с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха и мощности в диапазоне от 2941 до 4412кВт. Опытный двигатель был оборудован: а) турбокомпрессором ТК 41В-06 двигателя 16ЧН26/27 мощностью 2941кВт, имевшим расходы и давление наддувочного воздуха значительно ниже, чем расчетные двигатели 16ЧН 26/27 степень повышения давления частота расход воздуха вращения ротора турбокомпрессора б) центробежным приводным компрессором двигателя 10ДН 20,7/2 ´ 25,4 мощностью 2206кВт с приводом через редуктор от электромотора постоянного тока мощностью 260кВт. Варьирование давлением и расходом наддувочного воздуха осуществлялось изменением частоты вращения дополнительного приводного компрессора путем изменения частоти вращения электродвигателя за счет регулирования его возбуждения. При реализации изобретения якорную цепь электродвигателя питали от генератора ГС-504А двигателя 16 ЧН 26/27 (после выпрямительной установки УВКТ-5), а обмотки возбуждения от мотор-генератора МГ-4. Различной частоты вращения электродвигателя достигали за сет плавного ручного регулирования его возбуждения. Дополнительный компрессор был установлен непосредственно у двигателя и соединен последовательно с компрессором турбокомпресора двумя короткими трубопроводами. Частота его вращения изменялась от 3000 до 10000мин-1. Реализация изобретения позволила: 1. Создать суммарное давление наддува на входе в двигатель на величину до 30 - 35% и расход воздуха на величину до 50 - 60% больше, чем при наддуве только от турбокомпрессора, что соответствует повышению КПД турбокомпрессора в одноступенчатой системе воздухоснабжения от 0,43 - 0,53 до 0,58 - 0,85 в диапазоне частот вращения двигателя от 350 до 1000мин -1. 2. Установить зависимость основных параметров рабочего процесса от давления наддувочного воздуха и КПД турбокомпрессора в одноступенчатой системе воздухоснабжения на всех эксплуатационных режимах. 3. Выбрать закон изменения давления наддува и КПД турбокомпрессора одноступенчатой системы воздухоснабжения на эксплуатационных режимах, обеспечивающий наименьшее значение удельного расхода топлива с учетом ограничений по максимальному давлению сгорания в цилиндрах и температуре газов перед турбиной турбокомпрессора и реальных возможностей современных турбокомпрессоров, задать этот закон для разработки турбокомпрессоров мощностного ряда двигателей.