|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] В одном примере система содержит двухсекционный турбонагнетатель, который содержит первый турбонагнетатель (220) с первой турбиной (222) и первым компрессором и второй турбонагнетатель (226) со второй турбиной (228) и вторым компрессором (230), при этом первая и вторая турбины расположены параллельно, а первый и второй компрессоры расположены последовательно. Система может содержать канал (218), соединяющий впускные отверстия (214, 216) первой и второй турбин, и клапан (236), присоединенный между каналом и впускным отверстием первой турбины и предназначенный для дросселирования потока в первую турбину. 
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
В одном примере система содержит двухсекционный турбонагнетатель, который содержит первый турбонагнетатель (220) с первой турбиной (222) и первым компрессором и второй турбонагнетатель (226) со второй турбиной (228) и вторым компрессором (230), при этом первая и вторая турбины расположены параллельно, а первый и второй компрессоры расположены последовательно. Система может содержать канал (218), соединяющий впускные отверстия (214, 216) первой и второй турбин, и клапан (236), присоединенный между каналом и впускным отверстием первой турбины и предназначенный для дросселирования потока в первую турбину.
Евразийское (21) 201490069 (13) A1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОЙ ЗАЯВКЕ
(43) Дата публикации заявки 2014.07.30
(22) Дата подачи заявки 2012.07.18
(51) Int. Cl.
F02B 37/013 (2006.01) F02B 37/00 (2006.01) F02M 25/07 (2006.01) F02M 23/00 (2006.01) F02M 37/18 (2006.01) F02M 35/10 (2006.01)
(54) СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ С ДВУХСЕКЦИОННЫМ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЕМ
(31) 13/197,108
(32) 2011.08.03
(33) US
(86) PCT/US2012/047132
(87) WO 2013/019406 2013.02.07
(71) Заявитель:
ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ
(US)
(72) Изобретатель:
Эрдменгер Родриго Родригес (DE), Стаблейн Марк Томас, Хофер Дуглас К. (US), Дель Греко Альберто Скотти (IT), Фройнд Себастьян Вальтер (DE), Микеласси Витторио (IT), Фриц Яссин, Бикас Георгиос (DE)
(74) Представитель:
Поликарпов А.В. (RU)
(57) В одном примере система содержит двухсекционный турбонагнетатель, который содержит первый турбонагнетатель (220) с первой турбиной (222) и первым компрессором и второй турбонагнетатель (226) со второй турбиной (228) и вторым компрессором (230), при этом первая и вторая турбины расположены параллельно, а первый и второй компрессоры расположены последовательно. Система может содержать канал (218), соединяющий впускные отверстия (214, 216) первой и второй турбин, и клапан (236), присоединенный между каналом и впускным отверстием первой турбины и предназначенный для дросселирования потока в первую турбину.
PCT/US2012/047132 МПКВ F02B 37/013, 37/00, F02M 25/07, 23/00,
37/18, 35/10
СИСТЕМЫ И СПОСОБЫ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ С ДВУХСЕКЦИОННЫМ
ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЕМ
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
[0001] Объект изобретения, раскрытый в данном документе, относится к системам и способам для двигателя внутреннего сгорания, который включает двухсекционный турбонагнетатель.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕНИЯ
[0002] Турбонагнетатели могут использоваться в системе двигателя с целью увеличения давления воздуха, подаваемого в двигатель для сгорания. В одном примере турбонагнетатель содержит турбину, соединенную с выхлопным патрубком двигателя и приводящую в действие, по меньшей мере частично, компрессор для увеличения давления приточного воздуха. В некоторых примерах система двигателя может содержать два или большее количество турбонагнетателей для дополнительного увеличения давления приточного воздуха, например, двухсекционный турбонагнетатель, содержащий два турбонагнетателя. В данном примере турбины могут располагаться последовательно, и компрессоры могут располагаться последовательно, так что приточный воздух проходит через оба компрессора, а отработавшие газы проходят через обе турбины. Однако при работе с частичной нагрузкой коэффициент полезного действия такого турбонагнетателя может снижаться.
[0003] В одном техническом решении предусмотрен дросселирующий перепускной канал, при использовании которого при работе двигателя с частичной нагрузкой отработавшие газы могут обходить одну из турбин в выхлопной патрубок с целью повышения коэффициента полезного действия турбонагнетателя. Однако при наличии перепускного канала может возникнуть высокое избыточное давление, которое приведет к потерям и снижению коэффициента полезного действия турбонагнетателя при полной нагрузке. Кроме того, при включении перепускного канала в систему может увеличиться площадь, необходимая для установки системы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] В одном из вариантов выполнения система двигателя содержит двухсекционный турбонагнетатель. Двухсекционный турбонагнетатель может содержать первый турбонагнетатель с первой турбиной и первым компрессором и второй турбонагнетатель со второй турбиной и вторым компрессором. Первая и вторая турбины расположены параллельно, а первый и второй компрессоры расположены последовательно. Система может содержать канал, соединяющий впускные отверстия первой и второй турбин, и клапан, установленный между каналом и впускным отверстием первой турбины.
[0005] При параллельном размещении первой и второй турбин отработавшие газы, проходящие через первую турбину, не могут проходить через вторую турбину. Кроме того, при установке клапана перед впускным отверстием первой турбины поток отработавших газов, направляющийся к первой турбине, может быть снижен. Таким образом, потери, возникающие в связи с использованием каналов, соединяющих первую и вторую турбины, а также потери, возникающие в связи с использованием перепускных каналов, могут быть снижены. Во время работы можно остановить первую турбину, пропуская, тем самым, весь поток через вторую турбину, смещая рабочую точку системы на участок с относительно более высоким коэффициентом полезного действия. Кроме того, размер площади, необходимый для установки может быть не таким, как у других систем с несколькими турбонагнетателями.
[0006] В другом варианте выполнения предложен способ для двигателя, имеющего систему рециркуляции отработавших газов и двухсекционный турбонагнетатель, при этом двухсекционный турбонагнетатель содержит первый турбонагнетатель и второй турбонагнетатель. Способ включает, основываясь на нагрузке двигателя, регулирование потока отработавших газов, поступающего в турбину первого турбонагнетателя, причем турбина первого турбонагнетателя расположена параллельно с турбиной второго турбонагнетателя, а компрессор первого турбонагнетателя расположен последовательно с компрессором второго турбонагнетателя, и способ дополнительно включает регулирование величины рециркуляции отработавших газов, поступающих из расположенных выше по потоку первой и второй турбин.
[0007] Таким образом, двухсекционным турбонагнетателем можно управлять так, чтобы двигатель работал с одним или двумя
турбонагнетателями. В одном примере первая турбина может быть отключена при работе двигателя с частичной нагрузкой, увеличивая, тем самым, перепад давления на второй турбине. Кроме того, путем регулирования потока отработавших газов, протекающих в первую турбину, можно регулировать противодавление таким образом, что величина рециркуляции отработавших газов может быть отрегулирован.
[0008] В другом варианте выполнения система двигателя содержит первый турбонагнетатель, содержащий первую турбину с первым впускным отверстием, расположенным в первом выхлопном патрубке, через который проходит поток отработавших газов, и первый компрессор, расположенный ниже по потоку от основного впускного отверстия для воздуха впускного патрубка, через которое поступает приточный воздух, и второй турбонагнетатель, содержащий вторую турбину со вторым впускным отверстием, расположенным во втором выхлопном патрубке, через который проходят отработавшие газы, и второй компрессор, расположенный ниже по потоку от первого компрессора во впускном патрубке. Система также содержит конструкцию, образующую соединительный канал, соединяющий первый выхлопной патрубок со вторым выхлопным патрубком выше по потоку от впускных отверстий первой турбины и второй турбины, систему рециркуляции отработавших газов, имеющую впускное отверстие для отработавших газов, расположенное выше по потоку от впускных отверстий первой и второй турбин, и клапан, расположенный между соединительным каналом и впускным отверстием первой турбины, причем клапан выполнен с возможностью регулирования величины потока отработавших газов, протекающих в направлении первой турбины и в систему рециркуляции отработавших газов.
[0009] Путем управления клапаном для регулирования величины потока, протекающего в первую турбину, можно увеличить рабочий коэффициент полезного действия двигателя в диапазоне его работы. Например, закрывая клапан при работе с частичной нагрузкой, можно снизить потери на дросселирование и/или противодавление, обеспечивая одновременно требуемый перепад давления. При полной нагрузке клапан может быть открыт, благодаря чему оба турбокомпрессора могут обеспечивать, например, достаточный поток. Кроме того, противодавление можно регулировать путем регулирования клапана; соответственно, можно регулировать поток
отработавших газов, протекающих в систему рециркуляции отработавших газов.
[0010] Данное краткое описание приведено для ознакомления в упрощенной форме с выбором принципов, которые описаны далее в подробном описании. Оно не предназначено для определения основных или существенных признаков заявленного объекта изобретения, объем которого определяется формулой изобретения, следующей за подробным описанием. Кроме того, заявленное изобретение не ограничивается вариантом его осуществления, решающим все недостатки, упомянутые выше в любой части описания.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] Настоящее изобретение будет более понятно из последующего описания не ограничивающих вариантов выполнения, которое дается со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
[0012] На Фиг.1 показан иллюстративный вариант выполнения передвижной платформы, поддерживающий систему двигателя, выполненную в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.
[0013] На Фиг.2 показан иллюстративный вариант выполнения системы, содержащей двухсекционный турбонагнетатель, выполненный в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.
[0014] На Фиг.З показан иллюстративный вариант выполнения системы, содержащей двухсекционный турбонагнетатель, выполненный в соответствии с вариантом выполнения изобретения.
[0015] На Фиг.4 показан иллюстративный вариант выполнения системы, содержащей двухсекционный турбонагнетатель, выполненный в соответствии с вариантом выполнения изобретения.
[0016] На Фиг.5 показана блок-схема, иллюстрирующая способ управления для системы, содержащей двухсекционный турбонагнетатель.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017] Последующее описание относится к различным вариантам выполнения способа и систем двигателя, содержащего двухсекционный турбонагнетатель. В одной иллюстративной системе турбонагнетатель может содержать первый турбонагнетатель с первой турбиной и первым компрессором и второй турбонагнетатель со второй турбиной и вторым
компрессором, причем первая и вторая турбины расположены параллельно, а первый и второй компрессоры расположены последовательно. Система может содержать канал, соединяющий впускные отверстия первой и второй турбины, и клапан, установленный между этим каналом и впускным отверстием первой турбины. Клапан может быть отрегулирован для управления потоком отработавших газов, протекающих в первую турбину, основываясь, например, на нагрузке двигателя. В другом варианте выполнения система может содержать систему рециркуляции отработавших газов. В таком варианте выполнения клапан может быть отрегулирован для управления величиной рециркуляции отработавших газов, основываясь, например, на режиме работы двигателя.
[0018] Предложенная система двигателя может использоваться в различных системах с приводом от двигателя с турбонагнетателем. Некоторые из этих систем могут быть стационарными, тогда как другие могут быть полустационарными или передвижными платформами. Полустационарные платформы можно перемещать между периодами эксплуатации, например, установив на грузовую платформу. Передвижные платформы включают самоходные транспортные средства. Такие транспортные средства могут включать горно-шахтное оборудование, дорожные транспортные средства, внедорожные транспортные средства (OHV) и рельсовые транспортные средства. Дорожные транспортные средства могут включать как пассажирские, так и грузовые автофургоны или промышленные транспортные средства. Для упрощения чертежей в качестве примера передвижной платформы представлен локомотив, поддерживающий систему, включающую вариант выполнения настоящего изобретения.
[0019] Перед обсуждением предложенной системы двигателя представлен пример платформы для поддержки варианта выполнения системы двигателя. В частности, на Фиг.1 изображен иллюстративный поезд 100, содержащий несколько локомотивов 102, 104, 106 и несколько вагонов 108, перемещающихся по пути 110 и соединенных друг с другом с помощью сцепок 112. Указанные несколько локомотивов 102, 104, 106 включают головной локомотив 102 и один или несколько удаленных локомотивов 104, 106. Хотя в представленном примере показаны три локомотива и четыре вагона, поезд 100 может содержать любое соответствующее количество локомотивов и вагонов.
[0020] В одном примере локомотивы 102 могут представлять собой дизель-электрические локомотивы, которые приводятся в действие дизельными двигателями 10. В альтернативных вариантах выполнения другие локомотивы могут приводиться в действие альтернативными системами двигателя, например, бензиновым двигателем, двигателем на биодизельном топливе, природном газе или с питанием от путевой электросистемы (контактного провода или третьего рельса).
[0021] Контроллер 22 локомотива может принимать информацию от каждого локомотива поезда 100 и передавать ее на каждый локомотив. Например, контроллер 22 может принимать сигналы от различных датчиков, установленных на поезде 100, и соответствующим образом регулировать работу поезда. Контроллер 22 может быть соединен с контроллером 12 двигателя для регулирования работы двигателя каждого локомотива. Контроллер 12 может принимать один или несколько сигналов относительно режима работы, а также регулировать работу двигателя, в частности, турбонаддув и/или процесс рециркуляции отработавших газов (EGR), как отмечено далее.
[0022] На Фиг.2 показан иллюстративный вариант выполнения системы 200 двигателя, которая может быть установлена на каждом из локомотивов (102, 104, 106) поезда 100 (Фиг.1). В одном примере система 200 содержит двигатель 202, например, как изображенный на Фиг.1 двигатель 10, который может представлять собой дизельный двигатель, сжигающий воздух и дизельное топливо путем воспламенения сжатием. В других не ограничивающих вариантах выполнения двигатель 202 может сжигать топливо, в том числе бензин, природный газ, водород, керосин, биодизельное топливо или другие нефтяные дистилляты, имеющие близкую плотность, путем воспламенения сжатием (и/или от искрового зажигания). Кроме того, следует понимать, что двигатель 202 не ограничен включением в систему тягового оборудования локомотива; в других вариантах выполнения двигатель 202 может представлять собой стационарный двигатель, например, в электростанции, или двигатель на корабле или в системе тягового оборудования внедорожного автомобиля.
[0023] Двигатель 202 принимает приточный воздух, необходимый для горения, из впускного патрубка 210. Впускной патрубок 210 принимает воздух из
основного впускного отверстия 212 для воздуха, при этом воздух проходит через воздушный фильтр (не показан), фильтрующий воздух. Отработавший газ из цилиндров протекает через собирающие коллекторы к выхлопному патрубку 215 и к каналу 218, от которого он разветвляется к впускному отверстию первой турбины 214 и к впускному отверстию второй турбины 216. Система 200 дополнительно содержит двухсекционный турбонагнетатель с первым турбонагнетателем 220 и со вторым турбонагнетателем 226.
[0024] Как показано на Фиг.2, первый турбонагнетатель 220 расположен между впускным патрубком 210 и каналом 218. Первый турбонагнетатель 220 содержит первую турбину 222, которая, по меньшей мере частично, приводит в действие первый компрессор 224, механически соединенный с первой турбиной 222 (например, посредством вала). Кроме того, второй турбонагнетатель 226 расположен между впускным патрубком 210 и каналом 218. Второй турбонагнетатель 226 содержит вторую турбину 228, которая, по меньшей мере частично, приводит в действие второй компрессор 230, механически соединенный со второй турбиной 228 (например, посредством вала). Турбонагнетатели 220 и 226 увеличивают давление воздуха, входящего во впускной патрубок 210, для обеспечения большей плотности заряда при сгорании, для увеличения мощности и/или рабочего коэффициента полезного действия двигателя.
[0025] Как показано на Фиг.2, первый компрессор 224 расположен выше по потоку от второго компрессора 230, в результате чего приточный воздух, поступающий во впускной патрубок 210 через основное впускное отверстие 212 для воздуха, проходит через первый компрессор 224, в котором он сжимается, а затем через второй компрессор 230, где он дополнительно сжимается перед поступлением в цилиндры 204 двигателя 202. Первый компрессор 224 по существу представляет собой компрессор низкого давления и является частью турбонагнетателя низкого давления, а второй компрессор 230 представляет собой компрессор высокого давления и является частью турбонагнетателя высокого давления. Кроме того, по существу весь воздух, проходящий через первый компрессор 224, проходит и через второй компрессор 230, так что первый и второй компрессоры расположены последовательно. В противоположность этому, как показано, первая турбина 222 и вторая турбины 228 расположены параллельно. Например, отработавший газ, выходящий из
первого блока 206 двигателя или из второго блока 208 двигателя и протекающий через первую турбину 222, не проходит через вторую турбину 228, а отработавший газ, выходящий из первого блока 206 двигателя или из второго блока 208 двигателя и протекающий через вторую турбину 228, не проходит через первую турбину 222.
[0026] В некоторых вариантах выполнения первая турбина 222 и вторая турбины 228 по существу могут быть идентичными. В других вариантах выполнения первая турбина 222 и вторая турбины 228 могут отличаться. Первый компрессор 224 и второй компрессор 230 могут отличаться из-за разных давлений. Например, вторая турбина 228 может вращаться быстрее, чем первая турбина 222, так как давление во втором компрессоре 230 более высокое, и он поэтому, меньше и вращается быстрее первого компрессора 224. Первый и второй турбонагнетатели могут быть, например, выполнены с возможностью обеспечения требуемых перепадов давлений для конкретной системы двигателя.
[0027] В иллюстративном варианте выполнения, изображенном на Фиг.2, система 200 дополнительно содержит промежуточный охладитель 232, который расположен ниже по потоку от первого компрессора 224 и выше по потоку от второго компрессора 230 и охлаждает приточный воздух, сжимаемый первым компрессором 224, до его поступления во второй компрессор 230. Система 200 дополнительно содержит доохладитель 234, расположенный ниже по потоку от второго компрессора 230 и охлаждающий приточный воздух, сжимаемый компрессором 230, до его поступления в цилиндры 204 двигателя 202.
[0028] Как показано на Фиг.2, система 200 содержит клапан 236, расположенный между каналом 218 и впускным отверстием первой турбины 214. Клапан 236 может регулироваться (например, с помощью контроллера, такого как контроллер 12 двигателя, показанный на Фиг.1) для управления количеством отработавших газов, поступающих в первую турбину 222. Таким образом, поток отработавших газов, протекающий в первый турбонагнетатель 220, по существу может быть уменьшен или перекрыт так, чтобы только второй турбонагнетатель 226 обеспечивал поступление сжатого воздуха к двигателю (например, при работе с частичной нагрузкой). Когда поток отработавших газов, протекающий в первую турбину 222, перекрыт, фактически весь поток отработавших газов может проходить через вторую турбину 228. В некоторых
вариантах выполнения клапан 236 может представлять собой запорный клапан, который можно переключать между открытым положением, в котором отработавший газ поступает в первую турбину 222, и закрытым положением, в котором отработавший газ практически не поступает в первую турбину 222. В других вариантах выполнения клапан 236 может представлять собой пропорциональный клапан, например, поворотный клапан, который можно регулировать с целью управления величиной потока, поступающего в первую турбину 222. Понятно, что клапан 236 может представлять собой любой соответствующий клапан для конкретной конфигурации системы двигателя.
[0029] В иллюстративном варианте выполнения, изображенном на Фиг.2, система двигателя дополнительно содержит клапан 238, такой как обратный клапан, расположенный по ходу впускного патрубка 210 у второго впускного отверстия 240 для воздуха. В других вариантах выполнения система двигателя может и не содержать обратный клапан, расположенный около второго впускного отверстия для воздуха. Второе впускное отверстие 240 для воздуха и, соответственно, обратный клапан 238 расположены ниже по потоку от промежуточного охладителя 232 и выше по потоку от второго компрессора 230. Изменение давления во впускном патрубке 210 может открывать обратный клапан 238 так, что приточный воздух поступает во второй компрессор 230, когда первый турбонагнетатель 220 не обеспечивает поступление сжатого воздуха во второй компрессор 230 (например, когда клапан 236 закрыт). Аналогично, давление во впускном патрубке 210 может закрывать обратный клапан 238, в результате чего воздух не поступает во впускной патрубок через второе впускное отверстие 240 для воздуха, если первый турбонагнетатель 220 обеспечивает поступление сжатого воздуха во второй компрессор 230 (например, когда клапан 236 открыт).
[0030] Таким образом, система двигателя содержит двухсекционный турбонагнетатель, который содержит первый и второй компрессор, расположенные последовательно, а также первую турбину и вторую турбину, расположенные параллельно. При таком расположении поток отработавших газов, протекающий в первую турбину, может быть уменьшен путем регулирования клапана во впускном отверстии первой турбины таким образом, что система двигателя используется со вторым турбонагнетателем, а не с первым турбонагнетателем.
[0031] На Фиг.З показан другой иллюстративный вариант выполнения системы 300 двигателя, которая может быть включена в каждый из локомотивов (102, 104, 106) поезда 100 (Фиг.1). Изображенный на Фиг.З вариант выполнения содержит большое количество тех же самых элементов вариантов выполнения, показанных на Фиг.2. Соответственно, те элементы, которые работают аналогично показанным на Фиг.2, обозначены на Фиг.З теми же самыми номерами позиций и могут быть не описаны повторно.
[0032] Система 300 содержит систему 242 рециркуляции отработавших газов (EGR), которая направляет отработавшие газы из выпускного патрубка 215 выше по потоку от канала 218 и впускных отверстий первой и второй турбин 214 и 216 к впускному патрубку 210, расположенному ниже по потоку от доохладителя 234. Система 242 EGR содержит патрубок 244 EGR и клапан 246 EGR для управления количеством отработавших газов, которые рециркулируются из первого блока 206 двигателя и второго блока 208 двигателя 202 к впускному патрубку 210 двигателя 202. При поступлении отработавших газов в цилиндры 204 двигателя 202, количество имеющегося кислорода для горения уменьшается, снижая, тем самым, температуру пламени горения и уменьшая образование оксидов азота (например, NOx). Клапан 246 может представлять собой двухпозиционный клапан, управляемый контроллером, например, контроллером 12 двигателя, описанным выше со ссылкой на Фиг.1, или же, например, он может управлять изменяемой величиной рециркуляции отработавших газов.
[0033] В некоторых вариантах выполнения, как показано на Фиг.З, система 242 EGR дополнительно содержит охладитель 248 EGR, предназначенный для снижения температуры отработавших газов перед их поступлением во впускной патрубок 210. Как видно из не ограничивающего иллюстративного варианта выполнения, изображенного на Фиг.З, система 242 EGR представляет собой систему EGR высокого давления. В других вариантах выполнения система 300 дополнительно или в качестве альтернативы может содержать систему EGR низкого давления, перенаправляя EGR из места ниже по потоку от турбины 222 и/или турбины 228 к месту выше по потоку от, соответственно, первого компрессора 224 и/или второго компрессора 230.
[0034] В варианте выполнения, в котором система двигателя содержит систему EGR, например, как изображено на Фиг.З, количество EGR можно
дополнительно менять, регулируя клапан 236, который управляет потоком отработавших газов в первую турбину 222, как будет описано более подробно ниже. Например, если клапан 236 закрыт, то давление в выхлопном патрубке 215 может увеличиться, увеличивая, тем самым, поток EGR, когда клапан 246 открыт.
[0035] На Фиг.4 показан еще один иллюстративный вариант выполнения системы 400 двигателя. Вариант выполнения, изображенный на Фиг.4, состоит из идентичных элементов, показанных в вариантах выполнения, изображенных на Фиг.2 и 3. Соответственно, элементы, работающие аналогично изображенным на Фиг. 2 и 3, обозначены на Фиг.4 теми же самыми номерами позиций и могут быть не описаны повторно.
[0036] Как показано на Фиг.4, система 400 содержит двигатель 202, представляющий собой 12-цилиндровый двигатель, содержащий двенадцать цилиндров 204, расположенных в двух блоках 206 и 208 двигателя, например, в конфигурации V-12. В других вариантах выполнения двигатель может представлять собой V-6, V-16, I-4, I-6, I-8 или четырехцилиндровый двигатель с противолежащими цилиндрами, а также может представлять собой двигатель другого типа.
[0037] Кроме того, в системе 400 отработавшие газы, образующиеся в результате сгорания в первом блоке 206 двигателя, подаются в первый выхлопной патрубок 292, а отработавшие газы, образующиеся в результате сгорания во втором блоке двигателя, подаются во второй выхлопной патрубок 294. Как видно, соединительный канал 296 проточно соединяет первый выхлопной патрубок 292 и второй выхлопной патрубок 294, в результате чего отработавшие газы из первого блока 206 двигателя могут поступать во второй выхлопной патрубок 294, а отработавшие газы из второго блока 208 двигателя могут поступать в первый выхлопной патрубок 292.
[0038] Фиг.5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ 500 для системы, которая содержит двухсекционный турбонагнетатель, например, систему 200 двигателя, описанную выше со ссылкой на Фиг.2. В частности, в способе 500 регулируют положение клапана, расположенного во впускном отверстии первой турбины, основываясь на нагрузке двигателя.
[0039] На этапе 502 способа 500 определяют режимы работы двигателя. Режимы работы двигателя могут включать число оборотов двигателя, крутящий
момент двигателя, величину давления наддува, температура масла в двигателе, давление в воздушном компрессоре и т.п.
[0040] После определения режима работы двигателя способ 500 переходит к этапу 504, на котором определяют, превышает ли нагрузка двигателя свое пороговое значение. В одном примере пороговое значение нагрузки двигателя могут вычислять, исходя из величины давления наддува, необходимого при заданном режиме работы. В другом примере пороговое значение нагрузки двигателя могут вычислять, исходя из потерь на дросселирование при заданном режиме работы. Например, пороговое значение нагрузки двигателя может достигаться при частичной нагрузке, полной нагрузке или при холостом ходе двигателя.
[0041] Если установлено, что нагрузка двигателя больше своего порогового значения, способ продолжают на этапе 506, при этом открывают клапан. Например, если пороговое значение нагрузки достигается при частичной нагрузке, а двигатель работает при полной нагрузке, то клапан может быть открыт, так что клапан не препятствует потоку отработавших газов в первую турбину. Таким образом, двигатель может работать с обоими турбонагнетателями и, следовательно, например, с повышенным перепадом давлений.
[0042] Однако, если установлено, что нагрузка двигателя меньше своего порогового значения, то способ переходит на этап 508, на котором клапан закрывают, в результате чего в первую турбину поступает мало отработавших газов или они вообще не поступают. Таким образом, двигатель получает сжатый воздух из второго турбонагнетателя, а не из первого турбонагнетателя. Как описано выше, система двигателя может содержать обратный клапан, который открывается в зависимости от давления во впускном патрубке, когда первый турбонагнетатель не вращается. Таким образом, второй компрессор принимает воздух из второго впускного отверстия для воздуха, при этом воздух не проходит через первый компрессор, вместо основного впускного отверстия для воздуха. В одном примере клапан во время работы двигателя при частичной нагрузке может быть закрыт. При закрытии клапана при работе с частичной нагрузкой, система двигателя может работать с пониженными потерями на дросселирование и/или с пониженным противодавлением при сохранении требуемого перепада давлений, увеличивая, тем самым, например,
производительность двигателя и повышая коэффициент полезного действия турбонагнетателя. Кроме того, при полной нагрузке и/или при средней нагрузке клапан может быть открыт, что способствует увеличению коэффициента полезного действия турбонагнетателя при этих режимах.
[0043] В некоторых вариантах выполнения, в которых клапан представляет собой, например, пропорциональный клапан, положение клапана можно регулировать для снижения количества отработавших газов, поступающих через впускное отверстие первой турбины. В таком примере первый компрессор может продолжать подавать сжатый воздух во второй турбонагнетатель.
[0044] Таким образом, клапаном можно управлять так, что система двигателя работает с одним или двумя турбонагнетателями. При частичной нагрузке клапан может быть закрыт для повышения перепада давлений на второй турбине. При полной нагрузке клапан может быть открыт, в результате чего оба турбокомпрессора могут обеспечивать достаточный поток. Кроме того, клапан, расположенный во впускном отверстии первой турбины первого турбонагнетателя, может быть отрегулирован для изменения величины рециркуляции отработавших газов, поступающих в двигатель в соответствии с режимом работы двигателя.
[0045] В данном контексте элемент или этап, описанный в единственном числе, следует понимать как не исключающий множественное число указанных элементов или этапов, если такое исключение не оговорено явным образом. Кроме того, ссылки на "один вариант выполнения" настоящего изобретения не нужно понимать как исключающие возможность существования дополнительных вариантов выполнения, которые также включают перечисленные признаки. Помимо этого, если явным образом не указано иное, варианты выполнения, "содержащие", "включающие" или "имеющие" элемент или несколько элементов, имеющих определенное свойство, могут содержать дополнительные такие элементы, не имеющие указанное свойство. Термины "включающий" и "в котором" используются как простые и понятные эквиваленты соответствующих терминов "содержащий" и "где". Кроме того, термины "первый", "второй", "третий" и т.д. используются только лишь в качестве обозначений и не устанавливают численные требования или определенную позиционную последовательность для элементов.
[0046] В приведенном описании используются примеры для раскрытия изобретения, в том числе лучший вариант выполнения, с целью обеспечить специалистам в данной области техники возможность осуществления изобретения, в том числе изготовление и использование любых устройств или систем и выполнение любых включенных способов. Патентоспособный объект изобретения определяется формулой изобретения и может содержать другие примеры, которые будут очевидны специалистам. Упомянутые другие примеры предназначены для включения в объем формулы изобретения, если они содержат конструктивные элементы, не отличающиеся от буквального изложения формулы изобретения, или если они содержат аналогичные конструктивные элементы, имеющие несущественные отличия от точных формулировок пунктов формулы изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Система двигателя, содержащая:
двухсекционный турбонагнетатель, причем первый турбонагнетатель имеет первую турбину и первый компрессор, а второй турбонагнетатель имеет вторую турбину и второй компрессор, при этом первая и вторая турбины расположены параллельно, а первый и второй компрессоры расположены последовательно,
канал, соединяющий впускные отверстия первой и второй турбин, и клапан, присоединенный между указанным каналом и впускным отверстием первой турбины.
2. Система по п.1, в которой клапан присоединен ниже по потоку от указанного канала во впускном отверстии первой турбины.
3. Система по п.2, в которой клапан представляет собой
пропорциональный клапан.
4. Система по п.1, в которой первый компрессор расположен во впускном патрубке двигателя ниже по потоку от основного впускного отверстия для атмосферного воздуха и выше по потоку от второго компрессора.
5. Система по п.4, дополнительно содержащая обратный клапан, расположенный во втором впускном отверстии для атмосферного воздуха, расположенном вдоль впускного патрубка двигателя ниже по потоку от первого компрессора и выше по потоку от второго компрессора.
6. Система по п.5, дополнительно содержащая промежуточный охладитель, расположенный во впускном патрубке ниже по потоку от первого компрессора и выше по потоку от второго впускного отверстия для атмосферного воздуха.
7. Система по п.1, дополнительно содержащая доохладитель, расположенный ниже по потоку от второго компрессора.
8. Система по п.1, дополнительно содержащая систему рециркуляции отработавших газов, имеющую впускное отверстие для отработавшего газа, расположенное выше по потоку от впускных отверстий первой и второй турбин.
9. Способ для двигателя, имеющего систему рециркуляции отработавших газов и двухсекционный турбонагнетатель, содержащий первый турбонагнетатель и второй турбонагнетатель, при этом способ включает:
4.
регулирование потока отработавших газов в турбину первого турбонагнетателя, основываясь на нагрузке двигателя, причем турбина первого турбонагнетателя расположена параллельно с турбиной второго турбонагнетателя, а компрессор первого турбонагнетателя расположен последовательно с компрессором второго турбонагнетателя, и
регулирование величины рециркуляции отработавших газов, поступающих из места выше по потоку от первой и второй турбин.
10. Способ по п.9, в котором при регулировании потока отработавших газов в турбину первого турбонагнетателя регулируют клапан, расположенный выше по потоку от впускного отверстия турбины первого турбонагнетателя.
11. Способ по п. 10, в котором при регулировании величины рециркуляции отработавших газов регулируют клапан, расположенный выше по потоку от впускного отверстия турбины первого турбонагнетателя.
12. Способ по п.11, в котором регулирование величины рециркуляции отработавших газов путем регулирования клапана, расположенного выше по потоку от впускного отверстия турбины первого турбонагнетателя, выполняют, основываясь на режиме работы двигателя.
13. Способ по п. 10, в котором клапан регулируют так, что он открыт, когда нагрузка двигателя превышает пороговое значение.
14. Способ по п. 13, в котором дополнительно принимают атмосферный воздух из основного впускного отверстия для воздуха, расположенного выше по потоку от компрессора первого турбонагнетателя, когда клапан открыт.
15. Способ по п. 10, в котором клапан регулируют так, что он закрыт, когда нагрузка двигателя меньше порогового значения.
16. Способ по п. 15, в котором при закрытом клапане принимают воздух из второго впускного отверстия, расположенного ниже по потоку от компрессора первого турбонагнетателя, и выше по потоку от компрессора второго турбонагнетателя.
17. Способ по п. 10, в котором клапан представляет собой
пропорциональный клапан, при этом при регулировании величины
рециркуляции отработавших газов регулируют положение клапана для
увеличения или уменьшения потока отработавших газов через клапан.
18. Система двигателя, содержащая:
первый турбонагнетатель, содержащий первую турбину с первым
впускным отверстием, расположенным в первом выхлопном патрубке, через который протекает поток отработавших газов, и первый компрессор, расположенный ниже по потоку от основного впускного отверстия для воздуха впускного патрубка, через которое протекает приточный воздух,
второй турбонагнетатель, содержащий вторую турбину со вторым впускным отверстием, расположенным во втором выхлопном патрубке, через который проходят отработавшие газы, и второй компрессор, расположенный ниже по потоку от первого компрессора во впускном патрубке,
конструкцию, образующую соединительный канал, соединяющий первый выхлопной патрубок со вторым выхлопным патрубком выше по потоку от впускного отверстия первой турбины и впускного отверстия второй турбины,
систему рециркуляции отработавших газов, имеющую впускное отверстие для отработавших газов, расположенное выше по потоку от впускного отверстия первой турбины и впускного отверстия второй турбины, и
клапан, расположенный между соединительным каналом и впускным отверстием первой турбины и выполненный с возможностью регулирования величины потока отработавших газов, протекающих в первую турбину и в систему рециркуляции отработавших газов.
19. Система по п. 18, дополнительно содержащая контроллер, сообщающийся с клапаном и выполненный с возможностью открытия или закрытия клапана, основываясь на нагрузке двигателя.
20. Система по п. 18, дополнительно содержащая обратный клапан, расположенный во втором впускном отверстии для воздуха, расположенном ниже по потоку от первого компрессора и выше по потоку от второго компрессора.
19.
Контроллер 22 локомотива
я ¦ <
X а а я С к о я я
О я
а 2
вг1
о я о о о о\
Фиг.1
ta "J Я
а н
ts а 2
к о в я
о Я О
о о о> "г
^ в"
о> о я р "1 я
Фиг.З
9 • < X о
С5 Я С S
о я я о
а 2
о я о о о о\
я я
о я
4S> (Л 03
¦¦ <
о а
о я я
ТЗ 0\
о я
я н
S" Н ш S3 ГО
О я о н о S
о я о о о
0\ (Г
502
Нет
Закрывают клапан
508
506
Открывают клапан
Y
^ Конец ^
Фиг. 5
(19)
(19)
(19)
200
200
200
400
400
400
|
