RU2011850C1

RU2011850C1 - Turbo-supercharger

Info

Publication number: RU2011850C1
Authority: RU
Inventors: Порфирий Сергеевич Владимиров
Original assignee: Порфирий Сергеевич Владимиров
Priority date: 1990-12-07
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: nozzle vanes of a directing apparatus are combined. Upstream part of the vane is made in block of the case and downstream part is pressed on a pin of a crank lever rotatably mounted within the case. The second pin of the crank lever is pivotally connected with a ring provided with a drive for rotating the ring about its axis. Flow section of the directing apparatus is controlled by rotation of downstream part of the nozzle vanes using the pneumatic drive which is set in operation with pressure of gas within a scroll of the turbine. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики, конкретнее к турбокомпрессорам центробежного типа, предназначенным для наддува двигателей внутреннего сгорания. The invention relates to the field of energy, and more particularly to centrifugal type turbochargers designed for pressurization of internal combustion engines.

Известны турбонагнетатели ДВС, содержащие ротор с рабочими колесами компрессора и турбины, соединенные тыльными торцовыми поверхностями (моноротор), диффузор и улитку компрессора, сопловой аппарат и улитку турбины. Направляющие лопатки соплового аппарата в известном устройстве неподвижно соединены с корпусом, проходное сечение соплового аппарата на всех режимах работы ДВС остается постоянным. Known ICE turbochargers containing a rotor with impellers of a compressor and a turbine connected by rear end surfaces (monorotor), a diffuser and a scroll of compressor, a nozzle apparatus and a scroll of turbine. The guide vanes of the nozzle apparatus in the known device are motionlessly connected to the housing, the flow area of the nozzle apparatus in all ICE operating modes remains constant.

Указанное свойство неблагоприятно влияет на характеристики агрегата наддува, особенно на частичных нагрузках, которые преобладают в режимных движениях, например, автомобиля. The specified property adversely affects the characteristics of the boost unit, especially at partial loads, which prevail in the regime movements, for example, of a car.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, т. е. повышение КПД турбонагнетателя на режимах частичных нагрузок, когда давление и расход рабочего газа значительно снижаются. The aim of the invention is to remedy these disadvantages, i.e., increasing the efficiency of a turbocharger at partial load conditions, when the pressure and flow rate of the working gas are significantly reduced.

Цель достигается исполнением сопловых лопаток составными из двух частей, из которых передняя выполнена за одно целое с корпусом направляющего аппарата, а задняя по потоку часть снабжена приводом поворота, действующим от давления газа в улитке или посредством кинематической связи с регулятором подачи топлива в ДВС. The goal is achieved by the execution of nozzle blades in two parts, of which the front is made integral with the body of the guide apparatus, and the rear part is equipped with a rotary drive acting on the gas pressure in the cochlea or through kinematic communication with the fuel supply regulator in the internal combustion engine.

На фиг. 1 изображен турбонагнетатель в осевом разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows an axial section of a turbocharger; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Корпус компрессора выполнен сварно-литым из алюминиевого сплава, его литая часть содержит воздухозаборник 1 с четырьмя крестообразно расположенными ребрами 2, ступицей 3, диффузором с направляющими лопатками 4. К литой части приварена улитка 5, отформованная (например, штамповкой, ротационным выдавливанием) из листового материала. В ступице 3 запрессована цапфа 6, на которой посредством подшипниковых втулок 7,8 и винта 9 установлено рабочее колесо 10, причем подшипниковые втулки подвижно по ходовой посадке сопряжены и с цапфой, и с колесом, т. е. выполнены плавающими. По торцам втулки 8 целесообразна установка шайб 11 из антифрикционного материала. В рабочем колесе запрессован вкладыш 12, выступающая часть которого имеет на внешней поверхности винтовую резьбу, сопряженную с минимальным зазором с расточкой в ступице. Направление резьбы выбирается из условия перемещения гребней витков при работе компрессора внутрь расточки. Для подачи смазки в корпусе установлен штуцер 13, выполнены каналы 14,15, осевое отверстие в винте 9; для отвода смазочной жидкости имеется канал 16 и штуцер 17. На рабочем колесе винтами 18 закреплена стяжка 19 с гайкой 20, посредством которой и распорного кольца 21 установлено рабочее колесо 22 центростремительной турбины. Распорное кольцо выполнено из материала с низкой теплопроводностью, например из керамики или пористого металла, спеченного из порошка, на наружной поверхности кольца установлен набор шайб 23, разделенных кольцевыми прокладками 24, выполненными также из нетеплопроводного материала. Шайбы 23 изготовлены из листового материала с толщиной примерно 0,2 мм, например из титанового сплава, и могут иметь покрытие с высоким коэффициентом отражения в инфракрасной и красной областях спектра. По наружному диаметру шайбы с минимальным зазором сопряжены с кольцом 25, неподвижно установленным в корпусе. The compressor housing is made of welded-cast aluminum alloy, its cast part contains an air intake 1 with four cross-shaped ribs 2, a hub 3, a diffuser with guide vanes 4. A snail 5, molded (for example, by stamping, rotational extrusion) is welded to the cast part material. A pin 6 is pressed into the hub 3, on which an impeller 10 is mounted by means of bearing bushings 7.8 and screw 9, and the bearing bushings movably along the landing fit are coupled with the pin and the wheel, i.e., are made floating. At the ends of the sleeve 8, it is advisable to install washers 11 of antifriction material. An insert 12 is pressed into the impeller, the protruding part of which has a screw thread on the outer surface, coupled with a minimum clearance with the bore in the hub. The direction of the thread is selected from the condition of moving the crests of the coils when the compressor is working inside the bore. To supply lubricant, a fitting 13 is installed in the housing, channels 14.15 are made, an axial hole in the screw 9; there is a channel 16 and a nozzle 17 for drainage of the lubricating fluid. A coupler 19 with a nut 20 is fixed on the impeller 18 by means of which an impeller 22 of the centripetal turbine is mounted on the spacer ring 21. The spacer ring is made of a material with low thermal conductivity, for example, ceramic or porous metal sintered from powder, a set of washers 23 is installed on the outer surface of the ring, separated by ring gaskets 24, also made of non-conductive material. The washers 23 are made of sheet material with a thickness of about 0.2 mm, for example, of a titanium alloy, and can be coated with a high reflectance in the infrared and red regions of the spectrum. The outer diameter of the washer with a minimum clearance is conjugated with a ring 25 fixedly mounted in the housing.

Возможен вариант исполнения с шайбами и кольцевыми прокладками, неподвижно связанными с кольцом 25 и расположенными с зазором по внутреннему диаметру относительно кольца 21. An embodiment is possible with washers and ring gaskets fixedly connected to the ring 25 and located with a gap in the inner diameter relative to the ring 21.

Корпус турбины 26 с сопловыми лопатками 27 и улиткой 28 тоже имеет сварно-литую конструкцию. Корпуса турбины и компрессора стянуты между собой хомутом в виде полуколец 29,30 с трапецеидальной канавкой на внутренней поверхности, сопряженной с соответствующими кольцевыми выступами на корпусах. Концы полуколец стянуты между собой винтами. Турбокомпрессор и воздуховод к нему крепятся на двигателе посредством резьбовых отверстий на торце воздухозаборника 1. The turbine housing 26 with nozzle blades 27 and the scroll 28 also has a welded-cast construction. The turbine and compressor housings are pulled together by a clamp in the form of half rings 29.30 with a trapezoidal groove on the inner surface mating with the corresponding annular projections on the housings. The ends of the half rings are tightened together by screws. The turbocharger and the air duct to it are mounted on the engine by means of threaded holes at the end of the air intake 1.

Сопловые лопатки 27 направляющего аппарата турбины выполнены составными: их передняя относительно направления потока газа часть неподвижно соединена или выполнена за одно целое с корпусом аппарата и имеет на задней стороне вогнутую (цилиндрическую) выемку, с которой концентрично с зазором сопряжена подвижная часть 31 сопловой лопатки, напрессованная на палец 32 коленчатого рычага 33. Палец 32 с возможностью поворота установлен в отверстиях корпуса, второй палец 34 коленчатого рычага подвижно (с возможностью поворота) соединен с кольцом 35, снабженным приводом поворота вокруг оси турбины посредством тангенциально расположенной тяги 36, конец которой выведен через отверстие в улитке наружу. С наружным концом тяги соединен привод поступательного движения, в частности, в виде пневмопривода с подпружиненным поршнем, подпоршневая полость которого через зазор между тягой и отверстием в улитке сообщена с полостью улитки. Величина зазора может быть различной: она или создает значительное дросселирование газа, или обеспечивает его протечки без существенного перепада давления, при этом в первом случае пневмопривод обеспечивает регулирование медленно меняющихся во времени режимов работы турбины, во втором варианте он способен реагировать на изменение давления газа в пределах рабочего цикла двигателя. Наиболее целесообразно исполнение подпружиненного поршня в виде мембраны 37, закрепленной на тяге гайками 38 и в корпусе винтами 39. The nozzle vanes 27 of the turbine guide vane are made integral: their front part relative to the direction of gas flow is fixedly connected or made integrally with the apparatus body and has a concave (cylindrical) recess on the rear side, with which the movable nozzle vane part 31 pressed in concentrically with the gap is pressed on the finger 32 of the cranked arm 33. The finger 32 is rotatably mounted in the holes of the housing, the second finger 34 of the cranked arm is movably (rotatably) connected to the ring 35, sn bzhennym driven by rotation about a turbine axis tangentially located rod 36 whose end is withdrawn through the opening in the volute to the outside. A translational drive is connected to the outer end of the rod, in particular in the form of a pneumatic actuator with a spring-loaded piston, the piston cavity of which is connected with the cavity of the cochlea through the gap between the rod and the hole in the cochlea. The size of the gap can be different: it either creates a significant throttling of the gas, or ensures its leakage without a significant pressure drop, while in the first case, the pneumatic actuator provides control of slowly varying operating modes of the turbine, in the second version it is able to respond to changes in gas pressure within engine duty cycle. The most appropriate implementation of the spring-loaded piston in the form of a membrane 37, mounted on the rod with nuts 38 and in the housing with screws 39.

При работе двигателя внутреннего сгорания выпускные газы поступают в улитку 28 турбины и через направляющий аппарат с сопловыми лопатками 27 подаются на рабочее колесо 22 турбины, сообщая ему вращение, которое передается рабочему колесу 10 нагнетателя и обеспечивает сжатие воздуха и наддув ДВС, подвижные части 31 сопловых лопаток находятся в положении, изображенном на фиг. 2 и соответствующем максимальному проходному сечению каналов направляющего аппарата, при этом мембрана 37 с тягой 36 давлением газа в улитке отжата в крайнее (на фиг. 2 влево) положение. During operation of the internal combustion engine, exhaust gases enter the turbine coil 28 and, through the guide apparatus with nozzle vanes 27, are fed to the turbine impeller 22, telling it the rotation that is transmitted to the impeller 10 of the supercharger and provides air compression and pressurization of the internal combustion engine, moving parts 31 of the nozzle vanes are in the position shown in FIG. 2 and corresponding to the maximum passage section of the channels of the guide apparatus, while the membrane 37 with the thrust 36 is pressed to the extreme (to the left in Fig. 2) gas pressure in the cochlea.

При переходе ДВС на режим частичных нагрузок объем и давление выпускных газов уменьшаются, мембрана 37 силой упругости прогибается вправо, смещает тягу 36, поворачивает кольцо 35, которое синхронно поворачивает коленчатые рычаги 33 с установленными на них подвижными частями 31 лопаток, последние принимают положение 40, при котором реализуется оптимальное проходное сечение соплового аппарата, обеспечивающее наивысший КПД турбонагнетателя на режиме частичных нагрузок. When the internal combustion engine switches to partial load mode, the volume and pressure of the exhaust gases decrease, the membrane 37 bends to the right with elastic force, shifts the rod 36, rotates the ring 35, which simultaneously rotates the crank arms 33 with the movable parts 31 of the blades mounted on them, the latter take the position 40, which implements the optimum flow area of the nozzle apparatus, providing the highest efficiency of the turbocharger at partial load mode.

Подобный эффект обеспечивается также кинематической связью тяги 36 с регулятором подачи топлива ДВС. A similar effect is also provided by the kinematic connection of the thrust 36 with the internal combustion engine fuel supply regulator.

Claims

1. TURBOCHARGER with a centripetal turbine, comprising a guiding apparatus with nozzle blades mounted in the housing and a turbine scroll, characterized in that, in order to increase the efficiency at partial load modes, it is equipped with a ring mounted coaxially with the turbine, a pneumatic actuator with a spring-loaded piston, the pre-piston cavity is in communication with the cavity of the cochlea, a rod, one end of which is pivotally connected to the ring, and the other end to the piston, and cranked levers, each nozzle blade made in the form of a movable and IG Petritskaya elements mounted relative to each other with a gap and a circle conjugate arc in cross section, wherein the movable member is rigidly fastened to one end of a cranked lever, the other end of which is pivotally connected to the ring, and the fixed member is formed integrally with the housing.

2. The turbocharger according to claim 1, characterized in that the piston is made in the form of a disk spring.