CS255118B1 - Ústrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce pfeplňovaciho turbodmychadla - Google Patents

Abstract

Ostrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla je opatřeno napájecí tryskou, napojenou na výfukové potrubí spalovacího motoru, a prvním kolektorem, připojeným na hlavní vstup turbíny, a druhým kolektorem, spojeným s obtokem a s řídicí tryskou, napojenou prostřednictvím spojovacího kanálku s výtlačným potrubím kompresoru. Napájecí tryska je umístěna ve směru přímo proti prvnímu kolektoru, přičemž na straně dráhy od ústí napájecí trysky k prvnímu kolektoru je umístěna nehybná přídržná stěna. Ostrojí je využitelné v oboru spalovacích motorů, zejména motorů vozidlových.

Description

(54, Ústrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce pfeplňovaciho turbodmychadla

Ostrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla je opatřeno napájecí tryskou, napojenou na výfukové potrubí spalovacího motoru, a prvním kolektorem, připojeným na hlavní vstup turbíny, a druhým kolektorem, spojeným s obtokem a s řídicí tryskou, napojenou prostřednictvím spojovacího kanálku s výtlačným potrubím kompresoru. Napájecí tryska je umístěna ve směru přímo proti prvnímu kolektoru, přičemž na straně dráhy od ústí napájecí trysky k prvnímu kolektoru je umístěna nehybná přídržná stěna. Ostrojí je využitelné v oboru spalovacích motorů, zejména motorů vozidlových.

Vynález se týká ústrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla.

Přeplňování spalovacího motoru turbodmychadlem a korekce funkce turbodmychadla se provádí za účelem dosažení vhodného průběhu charakteristiky takto přeplňovaného motoru. Pro nekorigované přeplňování turbodmychadlem je typické, že tlakový spád generovaný dmychadlem a tím i průtočná hmotnost vzduchu dopraveného do válců motoru za otáčku roste s otáčkami motoru, Motor tak dostává nepříznivý strmý průběh charakteristiky. Korekce funkce turbodmychadla k úpravě charakteristiky výsledného agregátu bývá nejčastěji provedena tak, že při otáčkách motoru nad určitou mezí se postupně stále zvětšující část výfukových plynů vede mimo hlavní vstup turbiny turbodmychadla, bud přímo obtokem míjejícím turbinu turbodmychadlem, nebo do pomocného vstupu vedoucího k jinému systému statorových lopatek. U dnes vyráběných provedení provádí tento korekční zásah mechanické přepouštěcí ventily. Vysoké teploty výfukových plynů a vibrace při chodu motoru představují mimořádně náročné pracovní podmínky. Některé součástky takových mechanických ventilů, například membrána, musí být zhotovovány ze speciálních, drahých a obtížně dostupných materiálů. Přesto vykazují jen omezenou životnost.

Z patentové literatury je známo fluidické provedení obtokových ventilů s prvky bez pohyblivých součástek. Dosud známá uspořádání však mají rovněž určité nevýhody, i když u nich odpadají problémy jaké mají dosavadní ventily s mechanickým přenosem ovládacího účinku. U provedení s fluidickým vírovým uzávěrem je to zejména určitý únik výfukových plynů i při malých otáčkách turbodmychadla. Přímo ze samotného principu funkce vírového uzávěru vyplývá, že se tento nedostatek u známých konstrukcí vírových prvků nedá odstranit. Vhodnější je jiné známé uspořádání s rozváděcím fluidickým prvkem proudového typu. To však je konstrukčně složitější, neboř k realizaci funkce je zapotřebí nejméně jeden další fluidický prvek, například vírová dioda v přívodu řídicího průtoku a nemá-li docházet k příliš velkým energetickým ztrátám při velké kontrakci v napájecí trysce, pak je nutné doplnění ještě dalším fluidickým prvkem v jenktorovém spoji obtoku.

Kromě této nevýhody vyšší ceny způsobené větší složitostí je nevýhodou známého provedení s proudovým rozváděcím prvkem také energetická ztráta způsobená dosti značným trvalým odtokem tlakového vzduchu z výtlačného potrubí dmychadla dvěma spojovacími kanálky do dvou řídicích trysek rozváděcího prvku.

Uvedené nevýhody jsou řešeny ústrojím s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla, s proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla, mající rovněž napájecí trysku napojenu na výfukový kanál spalovacího motoru a první kolektor připojen na hlavní vstup turbiny turbodmychadla a druhý kolektor připojen na obtok, přičemž řídicí tryska je napojena prostřednictvím spojovacího kanálku na výtlačné potrubí kompresoru, podle vynálezu. Jeho podstata spočívá v tom, že napájecí tryska je umístěna ve směru přímo proti prvnímu ko~ -v lektoru, přičemž na straně dráhy od ústí napájecí trysky k prvnímu kolektoru je umístěna nehybná přídržná stěna.

U uspořádání podle tohoto vynálezu tedy zcela odpadá druhá řídicí tryska a s ní spojený přívod řídicího průtoku s vírovoudiodou. Celé uspořádání je jednodušší a výrobně levnější. Odpadá také ztráta tlakového vzduchu z výtlačného potrubí dmychadla spojovacím kanálkem do druhé řídicí trysky a zlepšuje se tak účinnost přeplňování. Přitom však zůstává zachována výhoda ústrojí pracujícího zcela bez pohyblivých součástek a není zde tedy nic, co by se mohlo opotřebovat, vyběhat, zaseknout a nejsou zde tedy žádná uložení, která by bylo nutné mazat, ani těsnění, které by se mohlo vyběhat a bylo by nutné je vyměňovat. Má tedy ústrojí vysokou životnost bez nároků na obsluhu.

Vynález a jeho účinky jsou vysvětleny v popise příkladu jeho provedení podle přiloženého výkresu, kde na obr. 1 je znázorněn řez ústrojím představujícím příklad konkrétního provedení, na obr. 2 schematické znázornění použitého výkonového fluidického monostabil3 ního proudového zesilovače a na obr. 3 je znázorněna jeho charakteristika ústrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla podle vynálezu.

Fluidické korekční ústrojí v provedení podle obr. 1 je tvořeno pouze jediným fluidickým prvkem proudového typu, monostabilním zesilovačem 100. Jeho napájecí tryska 101 je napojena na výfukové potrubí 21 spalovacího motoru a jeho první kolektorem 102 je napojen na vstup turbiny 20, kdežto druhý kolektor 103 je napojen na výfuk 22. Napájecí tryska 101 v něm ústí do interakční dutiny, jejíž jednu stěnu tvoří přídržná stěna 105 vedoucí od ústí napájecí trysky 101 k prvnímu kolektoru 102. Mezi hrdly obou kolektorů 102, 103 je zde žlábkový dělič 106.

Zlábek na jeho nosu spolu s tvarováním stěn interakční dutiny protilehlých k přídržné stěně 105 vytváří v monostabilním zesilovači 100 negativní vnitřní zpětnou vazbu, zajištující při malých průtocích řídicí tryskou 104 přilnutí proudu vytékajícího z napájecí trysky 101 k přídržné stěně 105. Řídicí tryska 104 je vyvedena těsně za ústím napájecí trysky 101 do interakční dutiny monostabilního zesilovače 100 . Řídicí tryska 104 je napojena spojovacím kanálkem 2 na výtlačné potrubí 12 dmychadla. Na obr. 1 je znázorněna poloha elektrofluidického převodníku 22/ který by byl použit v případě, že by korekční ústrojí mělo být ovládáno řídicím mikropočítačem vozidla.

V příkladu provedení na obr. 1 se jedná o turbodmychadlo s korigovanými vlastnostmi s fluidickým korekčním ústrojím podle vynálezu, a sice o turbodmychadlo určené pro malý vozidlový vznětový motor. Je znázorněno v řezu vedeném rovinou procházející osou rotujících součástek turbodmychadla a přívodními i odváděcími potrubími. Vzduch, nasávaný z atmosféry přes nezakreslený čistič přichází na levé straně sacím potrubím 11 do kompresoru 10, ze kterého vystupuje výtlačným potrubím 12. ^{To ve}^^e k vlastnímu motoru, zde již zase nekreslenému. Výfukové plyny z motoru jsou pak zase vedeny výfukovým potrubím 21 k turbině 22 pohánějící kompresor 22· ^z turbiny 20 vycházejí výfukové plyny pro expanzi výfukem 22 do tlumiče 22· ^u znázorněného provedení je použita obtoková korekce funkce turbodmychadla, při které po dosažení určitého výstupního přetlaku na výstupu kompresoru 10 je postupně stále se zvětšující část výfukových plynů vedena obtokem zcela mimo turbinu 20 přímo do výfuku 22· Na principu fluidického korekčního ústrojí by se však v zásadě nic neměnilo i při použití dvoukanálové turbiny 22' ^u by obtok vedl nikoliv přímo do výfuku 22' ^a^^e do druhého vstupu turbiny turbodmychadla.

Na obr. 2 je schematické znázornění monostabilního zesilovače 100 * Tryska, v nichž ve směru proudění dochází k postupnému zmenšování průřezu a kinematická energie protékající tekutiny se zde zvětšuje na úkor energie tlakové, jsou zde znázorněny jako černé, vyplněné trojúhelníčky. Naopak jako bílé, nevyplněné trojúhelníčky jsou, jak je obvyklé, znázorněny ty součástky, v nichž se ve směru proudění naopak protékaný průřez zvětšuje a kinematická energie tekutiny se tedy naopak mění na tlakovou.

Ze schémat na obr. 1 a 2 je patrné, že napájecí tryska 101 směřuje proti prvnímu kolektoru 102, přičemž po straně dráhy od ústí napájecí trysky 101 k prvnímu kolektoru 105 je umístěna přídržná stěna 105. Druhý kolektor 103 je pak vůči této dráze poněkud vpravo proud vytékající z napájecí trysky 101 do něj může být odkloněn výtokem z řídicí* trysky 104 vyústující mezi ústím napájecí trysky 101 a počátkem přídržné stěny 105. Na obr. 2 je také zachycen řídicí průtok οΜ_χ a výstupní průtok oM_y vedoucí výstupem Y do obtoku. Je zde také označen napájecí přívod S, ventilační vývod V a řídicí přívod X.

Na obr. 3 je zachycen schematický diagram závislosti výstupního průtoku oM_y z obr. 2 na řídicím průtoku οΜ_χ. Pro jednoznačnost je tento diagram znázorněn pro případ, kdy se nemění napájecí průtok vedený do napájecího přívodu S.

V důsledku Coandova jevu přilnutí proudu k vodicí stěně 105, jakož i z důvodů k nimž vede bilance průtočných hybností napájecího a řídicího proudu jestliže napájecí tryska 101 je směrována do prvního kolektoru 102 až do určité překlápěcí úrovně /οΜ_χ/_ζ řídicího průtoku οΜ_χ zůstává proud výfukových plynů veden do prvního kolektoru 102 a výstupní průtok οΜ_γ na obr. 3 je tedy nulový. Pokud by se určitá část proudu plynů vytékajících z napájecí tryšky 101 snažila téci mimo žlábkový dělič 106 do druhého kolektoru 103, uplatní se u provedení z obr. 1 použitá negativní vnitřní zpětná vazba, tato část plynů je žlábkem obrácena nazpět do interakční dutiny, vrací se podél její stěny protilehlé k přídržné stěně 105 a působí ze strany na proud plynů z napájecí trysky 101 tak, že tento proud se snaží přitisknout k přídržné stěně 105. Takto se tedy zajištuje, že při malých otáčkách motoru, odpovídajících i malému přetlaku ve výtlačném potrubí 12 a malému řídicímu průtoku οΜ_χ, nedochází ke ztrátě využitelných výfukových plynů obtokem mimo turbinu 20♦

Po dosažení překlápěcí úrovně /οΜ_χ/_ζ řídicího průtoku οΜ_χ však již tyto vlivy nebudou dostatečně účinné proti hybnostnímu účinku výtoku vzduchu z řídicí trysky 104 a výstupní průtok oMy se podle obr. 3 náhle prudce zvýší a při dalším zvyšování řídicího průtoku οΜ_χ pak dále roste s tím, jak je proud výfukových plynů vytékající z napájecí trysky 101 více vychylován ze svého původního směru a je veden do druhého kolektoru 103. Ve skutečném zapojení z obr. 1 není ovšem splněna podmínka konstantního napájecího přetlaku použitá pro sestrojení grafu na obr. 3, napájecí přetlak zde roste společně s řídicím průtokem a to má za následek, že nedojde k prudkému skoku, zachycenému na obr. 3. Konkrétní průběh průtoků při zapojení monostabilního zesilovače 100 do obvodu z obr. 1 však nelze jednoznačně zakreslit, bude závislý na konkrétních charakteristikách ostatních použitých obvodových členů, zejména turbodmychadla.

Předpokládá se, že vynález bude používán v oboru spalovacích motorů, zejména motorů vozidlových.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Ostrojí s fluidickým proudovým rozváděcím prvkem k obtokové korekci funkce přeplňovacího turbodmychadla, opatřené napájecí tryskou napojenou na výfukové potrubí spalovacího motoru, a prvním kolektorem připojeným na hlavní vstup turbiny turbodmychadla druhým kolektorem spojeným s obtokem a s řídicí tryskou napojenou prostřednictvím spojovacího kanálku s výtlačným potrubím kompresoru, vyznačující se tím, že napájecí tryska (101) je umístěna ve směru přímo proti prvnímu kolektoru (102), přičemž na straně dráhy od ústí napájecí trysky (101) k prvnímu kolektoru (102) je umístěna nehybná přídržná stěna (105).