Устройство для обеспечения работоспособности системы подогрева впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя силовой установки военных гусеничных машин в условиях низких температур
Владельцы патента RU 2696524:
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОЕННЫЙ УЧЕБНО-НАУЧНЫЙ ЦЕНТР СУХОПУТНЫХ ВОЙСК "ОБЩЕВОЙСКОВАЯ АКАДЕМИЯ ВООРУЖЕННЫХ СИЛ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ" (RU)
Изобретение относится к системам подогрева впускного воздуха (ПВВ) силовой установки военных гусеничных машин (ВГМ). Устройство для обеспечения работоспособности системы подогрева впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя силовой установки военных гусеничных машин в условиях низких температур, содержащее воздухоочиститель, воздухопитающую трубу, турбокомпрессор с установленным на нем подогревателем впускного воздуха, впускные и выпускные коллекторы, трубопроводы, при этом дополнительно во впускные коллекторы установлены обводящие воздушные контуры с тепловыми трубками, заполненными активным телом в виде смеси дистиллированной воды, аммиака, альдегидов, причем тепловые трубки соединены с выпускными коллекторами для передачи тепловой энергии отработавших газов воздуху, поступающему в цилиндры двигателя, при этом на выходе из турбокомпрессора перед впускными коллекторами установлены воздушные заслонки, автоматически регулирующие направление потока воздуха во впускной или обводящий воздушные контуры в зависимости от температуры окружающего воздуха и температуры воздушного заряда, определяемые соответствующими температурными датчиками, информация с которых поступает в блок управления и выдачи команд, вырабатывающий управляющее напряжение на исполнительный двигатель, который через редуктор и привод управляет положением воздушных заслонок. Изобретение обеспечивает более полное сгорание топлива, снижение жесткости работы двигателя, уменьшение среднего индикаторного давления, снижение удельного расхода топлива, износа двигателя, повышение эффективной мощности двигателя при эксплуатации в условиях низких температур. 2 ил.
Изобретение относится к военным гусеничным машинам, в частности к системам подогрева впускного воздуха (ПВВ) силовой установки военных гусеничных машин (ВГМ).
Военные гусеничные машины (ВГМ) эксплуатируются в различных природно-климатических условиях, в которых изменение температуры окружающего воздуха происходит не только в течение года или месяца, но и в течение одних суток.
В соответствии с ГОСТ 16350-80 более 70% территории Российской Федерации относится к зоне сурового климата. Эта зона характеризуется продолжительностью зимнего периода от 240 до 320 суток, минимальными температурами от минус 40 до минус 70°С. В этой зоне помимо продолжительных периодов низких температур часто возникают сильные ветры скоростью 25 м/с и выше.
Известные аналоги систем подогрева впускного воздуха (ПВВ), применяемые на военных гусеничных машинах (ВГМ), обеспечивают только лишь холодный пуск дизеля в зимних условиях и сокращение за счет этого времени подготовки танка к выходу по тревоге. Подогрев воздуха осуществляется только в момент пуска и некоторое время после начала работы дизеля горячими газами от сгорания топлива, подаваемого на свечи подогревателя, выполненного в тройнике нагнетателя, вместе с воздухом из воздушной системы во впускные коллекторы двигателя силовой установки в условиях низких температур.
Из изученных аналогов в качестве прототипа взята система подогрева впускного воздуха (ПВВ) силовой установки танка Т-72 (см. Дизель В-84М (В-84, В-84-1). - М.: Военное издательство 1991, с. 111-116), которая состоит из подогревателя впускного воздуха, блока управления ПВВ, счетчика-ограничителя, коробки сопротивлений, электропневмоклапана ЭК-48, редуктора ИЛ611-150/25К и соединительных трубопроводов топливной системы и системы очистки воздуха. Коробка сопротивлений, электропневмоклапан и редуктор установлены на кронштейне воздухоочистителя.
Низкая температура окружающего воздуха вызывает уменьшение температуры воздуха во впускном коллекторе силовой установки ВГМ. Впрыск топлива, имеющего пониженную температуру, в холодную воздушную среду вызывает увеличение периода задержки его самовоспламенения. В результате это приводит к неполному сгоранию топлива, жесткой работе двигателя, возрастанию среднего индикаторного давления, увеличению удельного расхода топлива, повышенному износу двигателя, к снижению эффективной мощности дизеля на 5÷6% и т.д.
Для обеспечения постоянной работоспособности силовой установки военной гусеничной машины в условиях низких температур необходимо осуществлять постоянный подогрев воздуха, поступающего в камеру сгорания дизеля.
В настоящее время во взятом прототипе дизеля СУ ВГМ система подогрева впускного воздуха осуществляет подогрев воздуха в момент пуска и некоторое время после начала работы дизеля горячими газами от сгорания топлива, подаваемого на свечи подогревателя. После пуска горение топлива в камерах сгорания поддерживается за счет воздуха, поступающего из нагнетателя, и продолжается в течение 120 с после пуска дизеля - режим совместной работы дизеля и ПВВ (режим сопровождения).
Во взятом прототипе ПВВ конструктивно не предусмотрены постоянный подогрев воздуха во впускном коллекторе дизеля и не обеспечивается автоматическое поддержание оптимальной температуры воздушного заряда, поэтому для обеспечения работоспособности дизеля силовой установки (СУ) ВГМ в условиях низких температур предлагается устанавливать устройство, обеспечивающее подогрев впускного воздуха и автоматическое поддержание оптимальной температуры воздушного заряда, подаваемого в цилиндры двигателя во время его работы в условиях низких температур.
В связи с этим возникает необходимость разработки и применения устройства для обеспечения работоспособности системы подогрева впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя силовой установки и обеспечивающее автоматическое поддержание необходимой температуры воздушного заряда во впускных коллекторах при работе двигателя в условиях низких температур. В результате использования этого устройства будет обеспечиваться: полное сгорание топлива, снижение жесткости работы двигателя, уменьшение среднего индикаторного давления, снижение удельного расхода топлива, снижение износа двигателя, повышение эффективной мощности двигателя и т.д.
Задачей настоящего технического решения является разработка устройства для обеспечения работоспособности системы подогрева впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя силовой установки военных гусеничных машин в условиях низких температур.
Для достижения поставленной задачи предлагается устройство для обеспечения работоспособности системы подогрева впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя силовой установки военных гусеничных машин в условиях низких температур, содержащее воздухоочиститель, воздухопитающую трубу, турбокомпрессор с установленным на нем подогревателем впускного воздуха, впускные и выпускные коллекторы, трубопроводы, отличающееся тем, что дополнительно во впускные коллекторы установлены обводящие воздушные контуры с тепловыми трубками, заполненными активным телом (смесь дистиллированной воды, аммиака, альдегидов), причем тепловые трубки соединены с выпускными коллекторами для передачи тепловой энергии отработавших газов воздуху, поступающему в цилиндры двигателя, при этом на выходе из турбокомпрессора перед впускными коллекторами установлены воздушные заслонки, автоматически регулирующие направление потока воздуха во впускной или обводящий воздушные контуры в зависимости от температуры окружающего воздуха и температуры воздушного заряда, определяемые соответствующими температурными датчиками, информация с которых поступает в блок управления и выдачи команд, вырабатывающий управляющее напряжение на исполнительный двигатель, который через редуктор и привод управляет положением воздушных заслонок. Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1, 2, которое состоит из дизеля 1, воздухоочистителя 3, воздухопитающей трубы 7, турбокомпрессора 5, воздушных заслонок 12, привода управления воздушными заслонками 6, датчика положения воздушных заслонок 11, редуктора 9, исполнительного двигателя 10, блока управления и выработки команд 17, двух впускных коллекторов 4 и 21, обводящих воздушных контуров 13 с тепловыми трубками 16, заполненными активным телом (смесь дистиллированной воды, аммиака, альдегидов), датчиков, измеряющие температуру окружающего воздуха 20 и воздушного заряда 18, двух выпускных коллекторов 2 и 14, двух обводных газопроводов 8 и 19, эжектора 15.
Во время работы дизеля 1 силовой установки окружающий воздух, проходя через воздухоочиститель 3, очищаясь от механических частиц, поступает в турбокомпрессор 5 через воздухопитающую трубу 7. Температура впускного воздуха определяется температурными датчиками 20, расположенными во впускных коллекторах 4 и 21. Информация о температуре воздуха поступает в блок управления и выработки команд 17. Кроме этого, на блок управления и выработки команд 17 подается информация о текущем положении воздушных заслонок 12 с датчика положения воздушных заслонок 11 и о температуре воздушного заряда в обводящих воздушных контурах 13 с тепловыми трубками 16 с датчиков температуры воздушного заряда 18 для выработки напряжения управления положением заслонок. Эти сигналы в блоке управления и выработки команд 17 преобразуется в управляющее напряжение, которое поступает на исполнительный двигатель 10. Исполнительный двигатель 10 через редуктор 9 и привод управления воздушными заслонками 6 управляет положением воздушными заслонками 12.
При положительных значениях температуры окружающего воздуха воздушные заслонки 12 направляют поток воздуха из турбокомпрессора 5 во впускные коллекторы 4 и далее - в цилиндры двигателя. Отработавшие газы через выпускные коллекторы 2, два обводных газопровода 8 и 19, выпускные коллекторы 14 поступают в эжектор 15 и удаляются из двигателя 1.
В условиях низких температур воздушные заслонки 12, управляемые исполнительным двигателем 10 через редуктор 9 направляют поток воздуха из турбокомпрессора 5 в обводящие воздушные контуры 13 с тепловыми трубками 16, заполненными активным телом (смесь дистиллированной воды, аммиака, альдегидов). При работе двигателя отработавшие газы удаляются выпускные коллекторы 2, два обводных газопровода 8 и 19, выпускные коллекторы 14 поступают в эжектор 15 и удаляются из двигателя 1, при этом часть тепловой энергии отработавших газов через тепловые трубки 16 передаются воздуху, поступающего в цилиндры двигателя по обводящему воздушному контуру 13, нагревая его до определенной температуры.
Устройство тепловой трубки представлено на фиг. 2, которое состоит из металлического корпуса 1, теплоизоляции 2, активного тела 3 (смесь дистиллированной воды, аммиака и альдегидов).
При работе двигателя отработавшие газы удаляются через выпускные коллекторы 5 (фиг. 2), при этом часть тепловой энергии отработавших газов через парогенератор I (зоны подвода тепла) тепловых трубок передаются активному телу 3 (смесь дистиллированной воды, аммиака и альдегидов), нагревая его до кипения. Активное тело 3 в парогенераторе I (зоне подвода тепла) начинает активно испаряться, при этом происходит перетекание образовавшегося пара через паропровод II в конденсатор III (доза цикловой подачи активного тела), где он конденсируется на холодных поверхностях конденсатора III (зона отвода тепла), отдавая тепловую энергию воздуху, поступающему в цилиндры двигателя по обводным контурам 4.
Сверхтеплопроводимость пара активного тела 3 тепловых трубок обеспечивает передачу тепла отработавших газов входному воздушному потоку, поступающему в цилиндры двигателя.
Пульсирующий процесс возврата конденсата в парогенератор 1 осуществляется автоматически за счет образовавшейся разницы давления жидкости и пара в течение одного цикла в рабочих объемах тепловых трубках.
Предложенное устройство обеспечивает работоспособности системы подогрева впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя силовой установки военных гусеничных машин в условиях низких температур, за счет подогрева воздуха во впускных коллекторах при работе двигателя.
Использование данного устройства в конструкции СУ ВГМ приводит к полному сгоранию топлива, снижению жесткости работы двигателя, уменьшению среднего индикаторного давления, снижению удельного расхода топлива, снижению износа двигателя, повышению эффективной мощности двигателя и как следствие, к обеспечению работоспособности СУ при эксплуатации в условиях низких температур. Кроме этого, данное устройство улучшает эксплуатационные возможности ВГМ и позволяет автоматизировать процесс поддержания необходимой температуры воздушного заряда, подаваемого в цилиндры дизеля в условиях низких температур.
Простота конструкции предлагаемого устройства позволяет устанавливать его в ходе серийного производства, а также при модернизации ВГМ и не потребует значительных материальных затрат.
Устройство для обеспечения работоспособности системы подогрева впускного воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя силовой установки военных гусеничных машин в условиях низких температур, содержащее воздухоочиститель, воздухопитающую трубу, турбокомпрессор с установленным на нем подогревателем впускного воздуха, впускные и выпускные коллекторы, трубопроводы, отличающееся тем, что дополнительно во впускные коллекторы установлены обводящие воздушные контуры с тепловыми трубками, заполненными активным телом в виде смеси дистиллированной воды, аммиака, альдегидов, причем тепловые трубки соединены с выпускными коллекторами для передачи тепловой энергии отработавших газов воздуху, поступающему в цилиндры двигателя, при этом на выходе из турбокомпрессора перед впускными коллекторами установлены воздушные заслонки, автоматически регулирующие направление потока воздуха во впускной или обводящий воздушные контуры в зависимости от температуры окружающего воздуха и температуры воздушного заряда, определяемые температурными датчиками, информация с которых поступает в блок управления и выдачи команд, вырабатывающий управляющее напряжение на исполнительный двигатель, который через редуктор и привод управляет положением воздушных заслонок.
