PL207091B1 - System doładowania szybkoobrotowych silników spalinowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy sposobu doładowania silników spalinowych dwu i czterosuwowych z zapłonem iskrowym i samoczynnym stosowanych zwłaszcza do napędów.

Znane sposoby doładowania tych silników to jest za pomocą turbosprężarek lub sprężarek wyporowych napędzanych mechanicznie posiadają tę zasadniczą wadę, że są dość kosztowne, mają ograniczone możliwości regulacji parametrów ich pracy, oraz w przypadku stosowania turbosprężarek do małych silników z zapłonem iskrowym ze względu na małą ilość czynnika (spalin) oraz wysoką jego temperaturę, która powoduje zjawisko pełzania metalu na łopatkach turbiny przy wysokich obrotach dochodzących do 270 tys. obr./min.

Turbosprężarka posiada też tę zasadniczą wadę, że dostosowuje się do zmiennych warunków pracy silnika z pewnym opóźnieniem wynoszącym około kilka sekund, co pogarsza dynamikę pojazdu, oraz dławi swobodny wylot spalin, co powoduje powstawanie pozostałości spalin w świeżym ładunku z poprzedniego obiegu, oraz zwię ksza ujemne pole pracy na wykresie obiegu termodynamicznego, zmniejszając w ten sposób sprawność obiegu, a tym samym korzyści płynące z efektu turbodoładowania.

Również doładowanie przy użyciu sprężarki systemu Comprex posiada najistotniejszą wadę, którą są trudności związane z wymaganiami technologicznymi, gdyż pomimo chłodzącego działania powietrza przepływającego przez kanały wirnika występują znaczne różnice temperatury pomiędzy jego częściami, a powstające w efekcie nierównomiernego nagrzewania zmiany długości, wymagają stosowania zwiększonych luzów osiowych między wirnikiem i obudową, co zwiększa straty wentylacyjne i obniża sprawność sprężarki.

Występują również trudności w dostosowaniu sprężarki Comprex do silników z zapłonem iskrowym.

A takż e obecnie coraz powszechniejsze sposoby zwię kszania mocy silników spalinowych przy pomocy stosowania czterech zaworów na jeden cylinder silnika powodują duże koszty w produkcji.

Przedmiotem wynalazku jest opracowanie systemu doładowania elektromechanicznego pozbawionego tych wad.

System doładowania szybkoobrotowych silników spalinowych charakteryzuje się tym, że układ doładowania posiada dodatkową prądnicę-generator napędzaną od wału silnika spalinowego za pośrednictwem specjalnej bezstopniowej przekładni z paskiem klinowym, której przełożenie regulowane jest w zależności od wielkości obciążenia i obrotów silnika spalinowego i przekazującej odpowiednie obroty silnikowi elektrycznemu korzystnie prądu stałego skojarzonemu z prądnicą-generatorem oraz sprężarką. Napięcie znamionowe zasilania na jakie jest zbudowana dodatkowa prądnica-generator i silnik elektryczny nap ędowy sprężarki jest wyższe niż napięcie znamionowe typowej konwencjonalnej instalacji elektrycznej pojazdu dostosowanego do tego systemu doładowania.

Całość układu jest pokazana schematycznie na rysunku.

Układ doładowania składa się z silnika spalinowego 1, przekładni bezstopniowej 3 z paskiem klinowym, prądnicy-generatora 2, sprężarki 5 promieniowej przepływowej stanowiącej wraz z napędzającym ją silnikiem elektrycznym 6 jedną zwartą całość jako układ doładowujący oraz posiada mikroprocesor 7, potencjometr 8 i wyłączniki 9, 10 akumulatora oraz regulator podciśnieniowy 4 i stycznik 11.

Działanie układu jest następujące:

Podczas pracy silnika spalinowego 1 na biegu jałowym układ elektryczny jest wyłączony wyłącznikiem 9 głównym akumulatora, który jest sterowany przepustnicą gaźnika albo gardzieli ssącej, lub pośrednio pedałem przyśpieszenia jak również wyłącznik 10 sterowany z kokpitu pojazdu jest wyłączony i doładowanie jest wyłączone.

Z chwilą naciśnięcia na pedał przyśpieszenia wyłącznik 9 główny zostaje zwarty i jednocześnie przekładnia bezstopniowa 3 poprzez układ dźwigni i cięgien zostaje włączona do pracy (zostają sprzęgnięte dwie połówki kółek pasowych powodując napędzanie dodatkowej prądnicy-generatora 2, która zaczyna wytwarzać napięcie zasilające silnik elektryczny 6 sprężarki 5 przepływowej promieniowej poprzez stycznik 11 i mikroprocesor 7.

Dodatkowy wyłącznik 10 i potencjometr elektroniczny 8 służą do ręcznego włączania lub wyłączania z kokpitu pojazdu sprężarki 5 oraz sterowania bezpośrednio stopniem doładowania silnika w zależności od potrzeb i warunków drogowych. Przekładnia bezstopniowa 3 jest wyłącznym napędem prądnicy-generatora 2 i jej przełożenie płynnie steruje regulator podciśnieniowy 4 sterowany pePL 207 091 B1 dałem przyśpieszenia, którego pozycja pośrednio stanowi o obciążeniu i obrotach silnika elektrycznego 6 sprężarki 5 promieniowej przepływowej.

Zadaniem mikroprocesora 7 jest sterowanie całością pracy układu doładowującego, który poprzez impulsy pochodzące od poszczególnych czujników dba o prawidłową pracę silnika spalinowego 1, a zwłaszcza niedopuszczenie do spalania stukowego i jak najekonomiczniejszą jego pracę. Przez zdjęcie nogi z pedału przyśpieszenia sprężarka 5 zostaje wyłączona wyłącznikiem 9 akumulatora i jednocześnie z chwilą wyłączenia wyłącznika 10 dodatkowego przekładnia bezstopniowa 3 powoduje rozłączenie napędu prądnicy-generatora 2, aby przy wyłączonym doładowaniu nie pobierała energii z silnika spalinowego pojazdu przyczyniając się tym samym do oszczędności paliwa.

Podstawowymi zaletami systemu doładowania przedstawionego według wynalazku są: niski koszt produkcji, mniejszy niż koszt turbosprężarki, lub sprężarki napędzanej mechanicznie, szybkie reagowanie na zmiany obciążenia silnika spalinowego, niższy pobór mocy na napęd sprężarki niż przy doładowaniu mechanicznym (wynoszący ok. 2,5% - 3% mocy silnika), możliwość stosowania w silnikach o małych pojemnościach skokowych.

Nadaje się szczególnie do silników z zapłonem iskrowym, gdzie stosowanie turbosprężarek jest ograniczone ze względu na dużą temperaturę spalin co powiększa koszty materiałowe. Poza tym system charakteryzuje się możliwością stosowania kilku sposobów regulacji wydajności sprężarki doładowującej: Regulacja obrotów prądnicy-generatora 2 zasilającej sprężarkę 5 przy pomocy przekładni pasowej bezstopniowej 3 w zależności od wielkości nacisku na pedał przyśpieszenia, a więc obciążenia silnika i jego obrotów.

Możliwość płynnej regulacji obrotów sprężarki 5 a więc stopnia doładowania przy pomocy potencjometru elektronicznego 8 sterowanego ręcznie z kokpitu pojazdu w zależności od potrzeb.

Możliwość włączania i wyłączania doładowania w czasie jazdy (silnik wolnossący lub doładowany).

Możliwością płynnej regulacji przez mikroprocesor.

Poza tym system doładowania charakteryzuje się prawie wszystkimi zaletami doładowania turbosprężarką i doładowania mechanicznego, ponieważ łączy te systemy charakterystyką ich pracy i budowy poprzez połączenie obu ich zalet, gdyż ich obroty są niezależne od siebie i następują bardzo szybko.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. System doładowania szybkoobrotowych silników spalinowych posiadający część niskonapięciową wyposażoną w standardową instalację zasilającą z akumulatorem i prądnicą lub alternatorem oraz część wysokonapięciową wyposażoną w drugie źródło zasilania prądnicą i silnikiem elektrycznym napędzającym elementy sterowania układu doładowującego, takich jak regulator podciśnienia, sprężarka przepływowa sterowana mikroprocesorem i potencjometrem elektronicznym, znamienny tym, że układ posiada dodatkową prądnicę-generator (2) napędzaną od wału silnika spalinowego (1) za pośrednictwem specjalnej bezstopniowej przekładni (3) z paskiem klinowym, której przełożenie regulowane jest w zależności od wielkości obciążenia i obrotów silnika spalinowego (1), nadającej odpowiednie obroty silnikowi elektrycznemu (6) korzystnie szeregowego prądu stałego skojarzonemu z prądnicą-generatorem (2) oraz ze sprężarką.
2. 2. System doładowania według zastrz. 1, znamienny tym, że napięcie znamionowe zasilania na jakie są zbudowane dodatkowa prądnica-generator (2) i silnik elektryczny (6) napędowy sprężarki jest korzystnie znacznie wyższe niż napięcie znamionowe typowej konwencjonalnej instalacji elektrycznej pojazdu dostosowanego do tego systemu doładowania.