RU2029123C1

RU2029123C1 - Supercharging pressure regulator for internal combustion engine

Info

Publication number: RU2029123C1
Application number: SU925029340A
Authority: RU
Inventors: Евгений Александрович Никитин; Лев Давидович Юз; Дмитрий Александрович Дехович; Юрий Павлович Подлиповский; Игорь Владимирович Мадонов; Михаил Евгеньевич Калугин
Original assignee: Евгений Александрович Никитин; Лев Давидович Юз; Дмитрий Александрович Дехович; Юрий Павлович Подлиповский; Игорь Владимирович Мадонов; Михаил Евгеньевич Калугин
Priority date: 1992-02-27
Filing date: 1992-02-27
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: engine engineering. SUBSTANCE: supercharging pressure regulator has two by-pass valve. One of the valves is used for by-passing a portion of supercharging air from the outlet of the compressor to the inlet of the turbine at intermediate regimes of operation of the engine. The other valve is used for limiting maximum pressure of supercharging by by-passing a portion of supercharging air to a discharging line. The control unit for the regulator is made up of double- sided and one-sided nozzles and spring-loaded gates which interact with them. The housing of the regulator is a cantilever which is used for its mounting on the engine and for commutation of pneumatic and hydraulic passages. EFFECT: enhanced reliability. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к двигателям внутреннего сгорания с турбонаддувом, в частности к регулированию подачи в ДВС воздуха. The invention relates to internal combustion engines with turbocharging, in particular to regulating the supply of air to the internal combustion engine.

Известен регулятор наддува для двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащий клапан перепуска и клапан ограничения, причем входы обоих клапанов соединены с выходом из компрессора турбокомпрессора, выход клапана перепуска соединен с входом в турбину турбокомпрессора, а также управляющие устройства с чувствительными элементами, соединенными с полостью наддувочного воздуха. Known boost regulator for internal combustion engines with a turbocharger, comprising a bypass valve and a restriction valve, the inputs of both valves being connected to the outlet of the turbocharger compressor, the output of the bypass valve connected to the inlet of the turbocharger turbine, as well as control devices with sensitive elements connected to the charge-air cavity air.

Недостатками известного регулятора являются:
сброс части воздуха после компрессора в атмосферу при ограничении давления наддува, что приводит к снижению экономичности ДВС на полной мощности ввиду безвозвратной потери энергии, потраченной в компрессоре на сжатие этой части воздуха;
использование прямодействующего клапана ограничения давления наддува, что не обеспечивает точного поддержания предельного давления наддува;
применение электрической системы управления перепуском воздуха в турбину при частичных нагрузках, что усложняет регулятор и делает его зависимым от внешнего электропитания.The disadvantages of the known controller are:
discharge of part of the air after the compressor into the atmosphere while limiting the boost pressure, which leads to a decrease in the efficiency of the internal combustion engine at full capacity due to the irretrievable loss of energy spent in the compressor to compress this part of the air;
the use of a direct-acting boost pressure limiting valve, which does not ensure the exact maintenance of the maximum boost pressure;
the use of an electric control system for bypassing air into the turbine at partial loads, which complicates the controller and makes it dependent on external power supply.

Кроме того, разбивка регулятора на конструктивно отдельные блоки, располагаемые в разных точках двигателя, усложняет систему регулирования за счет появления внешних линий связи, уменьшая вследствие этого его надежность. In addition, the breakdown of the regulator into structurally separate blocks located at different points of the engine complicates the control system due to the appearance of external communication lines, thereby reducing its reliability.

Указанные недостатки можно уменьшить или исключить:
сбросом части воздуха после компрессора при регулировании предельного давления наддува на всасывание компрессора, поскольку в этом случае энергия сбрасываемого воздуха будет использована для подогрева всасываемого воздуха, что приведет к более интенсивному снижению давления наддува и за счет этого уменьшит потребный объем сбрасываемого воздуха и потерю с ним энергии;
переходом на регулирование предельного давления наддува с использованием промежуточного усиления, что позволяет обеспечить высокую точность регулирования;
применением гидравлического дроссельно-соплового регулирования с использованием масла под давлением из системы смазки двигателя, что делает регулятор не зависимым от внешнего источника энергии.These disadvantages can be reduced or eliminated:
by discharging part of the air after the compressor when adjusting the maximum charge pressure to the suction of the compressor, since in this case the energy of the discharged air will be used to heat the intake air, which will lead to a more intensive decrease in the charge pressure and thereby reduce the required volume of discharged air and the loss of energy with it ;
the transition to the regulation of the limiting boost pressure using intermediate amplification, which allows for high accuracy of regulation;
the use of hydraulic throttle-nozzle control using oil under pressure from the engine lubrication system, which makes the regulator independent of an external energy source.

Кроме того, объединение узлов регулятора в единый конструктивный блок может упростить его размещение на двигателе и повысить его надежность за счет отказа от большинства внешних линий связи. In addition, the combination of controller nodes into a single structural unit can simplify its placement on the engine and increase its reliability due to the rejection of most external communication lines.

Целью изобретения является повышение надежности и точности регулятора и экономичности двигателя, на котором он устанавливается, за счет использования внутреннего источника энергии этого двигателя, отказа от большинства внешних линий связи и утилизации энергии сбрасываемого воздуха. The aim of the invention is to increase the reliability and accuracy of the regulator and the efficiency of the engine on which it is installed, through the use of an internal energy source of this engine, the rejection of most external communication lines and the utilization of the energy of discharged air.

Указанная цель достигается тем, что в регуляторе давления наддува двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, содержащем первый и второй перепускные клапаны с камерами управления, управляющее устройство с чувствительными элементами, соединенными с полостью наддувочного воздуха, причем входы первого и второго перепускных клапанов сообщены с выходом компрессора, выход первого перепускного клапана сообщен с входом турбины, согласно изобретению выход второго перепускного клапана сообщен с входом компрессора, управляющее устройство выполнено в виде двухстороннего сливного сопла с двумя подпружиненными заслонками, установленными с возможностью перекрытия двухстороннего сливного сопла, и одностороннего сливного сопла с третьей подпружиненной заслонкой, установленной с возможностью перекрытия одностороннего сливного сопла, камера управления первого перепускного клапана через дроссель соединена с напорной масляной магистралью двигателя и с входом двухстороннего сливного сопла, камера управления второго перепускного клапана через дроссель соединена с напорной масляной магистралью двигателя и с входом одностороннего сливного сопла, причем первая и вторая заслонки установлены с возможностью взаимодействия с первым и вторым чувствительными элементами, а третья заслонка - с третьим чувствительным элементом. This goal is achieved by the fact that in the boost pressure regulator of a turbocharged internal combustion engine containing the first and second bypass valves with control chambers, a control device with sensing elements connected to the charge air cavity, the inputs of the first and second bypass valves being in communication with the compressor output, the output of the first bypass valve is in communication with the turbine inlet, according to the invention, the output of the second bypass valve is communicated with the compressor inlet, controlling devices made in the form of a double-sided drain nozzle with two spring-loaded shutters installed with the possibility of blocking the double-sided drain nozzle, and a single-sided drain nozzle with a third spring-loaded shutter installed with the possibility of blocking the single-sided drain nozzle, the control chamber of the first bypass valve is connected through the throttle to the engine oil pressure line and with the entrance of a two-way drain nozzle, the control chamber of the second bypass valve is connected to the pressure head through a throttle oil manifold of the engine and to the input unilaterally pouring nozzle, the first and second flaps are mounted for engagement with the first and second sensor elements and the third flap - with the third sensor element.

Кроме того, согласно изобретению регулятор снабжен дополнительным дросселем, установленным на сливе из камеры управления первым перепускным клапаном. In addition, according to the invention, the regulator is equipped with an additional throttle mounted on the drain from the control chamber of the first bypass valve.

Согласно изобретению перепускные клапаны и управляющее устройство смонтированы в общем корпусе, установленном в месте отбора наддувочного воздуха, а пневматические и гидравлические соединения регулятора выполнены в корпусе в виде каналов. According to the invention, the bypass valves and the control device are mounted in a common housing installed at the charge air intake point, and the pneumatic and hydraulic connections of the regulator are made in the housing in the form of channels.

На фиг. 1 представлена принципиальная пневмогидравлическая схема регулятора давления наддува и его подключения к системе турбонаддува ДВС; на фиг. 2 - регулятор давления наддува; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 3. In FIG. 1 shows a schematic pneumohydraulic diagram of the boost pressure regulator and its connection to the internal combustion engine turbocharging system; in FIG. 2 - boost pressure regulator; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 2; in FIG. 4 is a section BB in FIG. 3.

Блок 1 перепускных клапанов сообщен входами клапанов через линию 2 с приемным патрубком охладителя воздуха 3 дизеля 4 и содержит первый перепускной клапан 5, выход которого сообщен линией 6 с входом в турбину 7, и второй перепускной клапан 8, выход которого сообщен линией 9 с входом в компрессор 10. The bypass valve block 1 is communicated by the valve inputs through line 2 with the intake pipe of the air cooler 3 of the diesel 4 and contains a first bypass valve 5, the output of which is communicated by line 6 to the turbine 7, and a second bypass valve 8, the output of which is connected by line 9 to the compressor 10.

Входы первого и второго перепускных клапанов соединены через охладитель воздуха 3 с выходом компрессора 10. The inputs of the first and second bypass valves are connected through an air cooler 3 with the output of the compressor 10.

Каждый клапан имеет мембрану управления 11 и возвратную пружину 12. Each valve has a control membrane 11 and a return spring 12.

Камера управления 13 первого перепускного клапана 5 и камера управления 14 второго перепускного клапана 8 соединены с напорной масляной магистралью двигателя через дроссели 15 и 16 соответственно. The control chamber 13 of the first bypass valve 5 and the control chamber 14 of the second bypass valve 8 are connected to the pressure oil line of the engine through the chokes 15 and 16, respectively.

Камера управления 13 первого перепускного клапана соединена со сливом через дроссель 17 и с входом двухстороннего сливного сопла управляющего устройства 20, седла 18 и 19 которого взаимодействуют с подпружиненными заслонками 21 и 22. Заслонки установлены с возможностью перекрытия этого сопла и взаимодействия с первым чувствительным элементом 23 и вторым чувствительным элементом 24 соответственно. The control chamber 13 of the first bypass valve is connected to the drain through the throttle 17 and to the inlet of the two-sided drain nozzle of the control device 20, the seats 18 and 19 of which interact with the spring-loaded shutters 21 and 22. The shutters are installed with the possibility of overlapping this nozzle and interact with the first sensitive element 23 and the second sensing element 24, respectively.

Чувствительные элементы 23 и 24 состоят каждый из соединенных между собой подвижными центрами мембраны с большим гофром и мембраны с малым гофром. Внутренние полости этих элементов соединены отдельно от линии 2 каналом 25 с полостью наддувочного воздуха в приемном патрубке охладителя 3. Первый чувствительный элемент 23 взаимодействует с пружинами 26 и 27, второй чувствительный элемент 24 - с пружинами 28 и 29. Усилия пружин 26 и 28 регулируются винтами (стаканами) 30 и 31. При правильной регулировке усилия пружин 27 и 28 больше, чем пружин 26 и 29, поэтому при отсутствии давления наддува заслонка 21 отодвинута от седла 18 двухстороннего сопла, а заслонка 22 прижата к его седлу 19. Sensitive elements 23 and 24 consist of each of the membranes with a large corrugation and membranes with a small corrugation interconnected by the moving centers. The internal cavities of these elements are connected separately from line 2 by channel 25 to the charge air cavity in the receiving pipe of cooler 3. The first sensor 23 interacts with the springs 26 and 27, the second sensor 24 interacts with the springs 28 and 29. The efforts of the springs 26 and 28 are regulated by screws (glasses) 30 and 31. With the correct adjustment, the efforts of the springs 27 and 28 are greater than the springs 26 and 29, therefore, if there is no boost pressure, the shutter 21 is moved away from the seat 18 of the double-sided nozzle, and the shutter 22 is pressed against its seat 19.

Камера управления 14 второго перепускного клапана 8 соединена с входом одностороннего сливного сопла 32 третьего чувствительного элемента 33. The control chamber 14 of the second bypass valve 8 is connected to the inlet of the one-way drain nozzle 32 of the third sensing element 33.

Мембрана 34 с заслонкой 35 третьего чувствительного элемента подпружинена пружиной 36 и образует с крышкой этого элемента полость управления, которая также соединена каналом 25 с полостью наддувочного воздуха. При отсутствии давления наддува мембрана 34 с заслонкой 35 отодвинута пружиной 36 от сопла 32. The membrane 34 with a shutter 35 of the third sensing element is spring-loaded with a spring 36 and forms a control cavity with the cover of this element, which is also connected by a channel 25 to the charge air cavity. In the absence of boost pressure, the membrane 34 with the shutter 35 is moved by the spring 36 from the nozzle 32.

Основой регулятора является корпус 37, установленный фланцем 38 в месте отбора воздуха, в нем выполнены в виде каналов все гидравлические и пневматические соединения. The basis of the regulator is the housing 37, mounted by a flange 38 in the place of air sampling, in it all hydraulic and pneumatic connections are made in the form of channels.

При работе двигателя выхлопные газы из дизеля 4 поступают в турбину 7 турбокомпрессора, которая приводит в действие компрессор 10, он всасывает воздух, сжимает его и подает через охладитель 3 в двигатель. When the engine is running, the exhaust gases from the diesel 4 enter the turbine of the turbocharger 7, which drives the compressor 10, it draws in air, compresses it and delivers it through the cooler 3 to the engine.

Пока нагрузка на двигатель невелика, давление наддува, создаваемое компрессором 10, мало. Масло поступает из напорной магистрали двигателя через дроссель 15 и 16 в камеры управления 13 и 14 перепускных клапанов, вытесняет из них воздух и свободно сливается из камеры 13 через открытое седло 18 двухстороннего сопла и дроссель 17, а из камеры 14 через открытое сопло 32. Давление масла в этих камерах мало, оба перепускных клапана закрыты. As long as the engine load is low, the boost pressure generated by compressor 10 is small. The oil enters from the pressure line of the engine through the throttle 15 and 16 to the control chambers 13 and 14 of the bypass valves, displaces air from them and freely flows from the chamber 13 through the open seat 18 of the double-sided nozzle and the throttle 17, and from the chamber 14 through the open nozzle 32. Pressure there is little oil in these chambers, both bypass valves are closed.

По мере роста нагрузки двигателя давление наддува растет и создает в полостях чувствительных элементов 23 и 24 усилие в сторону мембраны с большим гофром. Это усилие преодолевает сопротивление пружины 27 и перекрывает заслонкой 21 первого чувствительного элемента 23 седло 18 двухстороннего сопла. Слив из камеры управления 13 резко уменьшается, давление в ней растет и клапан 5 открывается. Наддувочный воздух частично поступает из компрессора 10, минуя дизель 4, по линии 6 в турбину 7, увеличивая общий расход через нее газа. Мощность турбины растет, давление наддува, создаваемое компрессором 10, возрастает, создается возможность увеличения нагрузки двигателя на этих режимах. Поскольку турбокомпрессор из-за повышения частоты вращения его ротора переходит в область более высоких КПД, общая экономичность двигателя возрастает. Сохраняющаяся на этом режиме небольшая прокачка масла через камеру 13 обеспечивает охлаждение мембраны 11. As the engine load increases, the boost pressure increases and creates a force in the cavities of the sensitive elements 23 and 24 towards the membrane with a large corrugation. This force overcomes the resistance of the spring 27 and closes the valve 18 of the two-sided nozzle by the shutter 21 of the first sensor 23. The drain from the control chamber 13 decreases sharply, the pressure in it rises and the valve 5 opens. The charge air partially comes from the compressor 10, bypassing the diesel 4, through line 6 to the turbine 7, increasing the total gas flow through it. The turbine power is growing, the boost pressure created by the compressor 10 is increasing, it is possible to increase the engine load in these modes. Since the turbocompressor, due to an increase in the rotational speed of its rotor, goes into the region of higher efficiency, the overall efficiency of the engine increases. The small pumping of oil remaining in this mode through the chamber 13 provides cooling of the membrane 11.

При дальнейшем росте нагрузки и частоты вращения двигателя и связанного с этим расхода воздуха давление наддува турбокомпрессора приближается к своему расчетному режиму, на котором перепуск наддувочного воздуха в турбину становится излишним. Возросшее давление наддува создает в камере управления второго чувствительного элемента 24 повышенное усилие, преодолевает сопротивление пружины 28 и отводит заслонку 22 от седла 19. Давление в камере управления 13 падает, перепускной клапан 5 закрывается. With a further increase in the load and engine speed and the associated air flow rate, the turbocharger boost pressure approaches its design mode, in which the bypass of the charge air into the turbine becomes unnecessary. The increased boost pressure creates an increased force in the control chamber of the second sensing element 24, overcomes the resistance of the spring 28 and diverts the valve 22 from the seat 19. The pressure in the control chamber 13 drops, the bypass valve 5 closes.

Турбокомпрессор может быть рассчитан на создание полного давления наддува при работе двигателя на полной мощности при положительной температуре всасываемого воздуха или при работе с частичной мощностью. Поэтому при работе двигателя при отрицательной температуре воздуха, а во втором случае при нагрузке, близкой к номиналу, давление наддува возрастает выше нормы и, действуя на мембрану 34, преодолевает сопротивление пружины 36, придвигает заслонку 35 к одностороннему соплу 32. Вследствие дросселирования слива давление в камере 14 возрастает, клапан 8 приоткрывается и сбрасывает часть наддувочного воздуха на всасывание компрессора 10. Расход воздуха через компрессор и температура воздуха на его всасывании возрастают, это прекращает рост давления наддува. The turbocharger can be designed to create full boost pressure when the engine is running at full power at a positive intake air temperature or when operating at partial power. Therefore, when the engine is operating at a negative air temperature, and in the second case, when the load is close to the nominal, the boost pressure increases above normal and, acting on the membrane 34, overcomes the resistance of the spring 36, moves the damper 35 to the one-way nozzle 32. Due to the throttling, the pressure in the chamber 14 increases, the valve 8 opens and dumps part of the charge air to the suction of the compressor 10. The air flow through the compressor and the air temperature at its suction increase, this stops the pressure I boost.

Таким образом, регулятор согласно изобретению обеспечивает:
повышение экономичности двигателя на полной мощности за счет утилизации тепла сбрасываемого воздуха при ограничении предельного давления наддува;
точное ограничение предельного давления наддува за счет непрямого гидравлического регулирования;
полную автономность регулятора при работе двигателя за счет дроссельно-соплового гидравлического регулирования с использованием масла из системы смазки двигателя.Thus, the controller according to the invention provides:
improving engine efficiency at full power by utilizing the heat of the discharged air while limiting the maximum boost pressure;
precise limitation of the boost pressure due to indirect hydraulic regulation;
full autonomy of the regulator during engine operation due to throttle-nozzle hydraulic regulation using oil from the engine lubrication system.

Claims

1. SUPPLY PRESSURE REGULATOR FOR THE INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH TURBOCHARGER, containing the first and second bypass valves with control chambers, a control device with sensitive elements connected to the charge air cavity, the inputs of the first and second bypass valves are connected to the output of the compressor, and valve - with turbine inlet, characterized in that the output of the second bypass valve is in communication with the compressor inlet, the control device is made in the form of a two-way drain nozzle with two spring-loaded shutters installed with the possibility of blocking the double-sided drain nozzle and one-sided drain nozzle with the third spring-loaded shutter installed with the possibility of blocking the one-way drain nozzle, the control chamber of the first bypass valve is connected via the throttle to the oil pressure line of the engine and to the input of the double-sided drain nozzle , the control chamber of the second bypass valve through the throttle is connected to the pressure oil line of the engine and to the input a single-sided drain nozzle, the first and second shutters being installed with the possibility of interaction with the first and second sensitive elements, and the third shutter with the third sensitive element.

2. The controller according to claim 1, characterized in that it is equipped with an additional throttle mounted on the drain from the control chamber of the first bypass valve.

3. The regulator according to claims 1 and 2, characterized in that the bypass valves and the control device are mounted in a common housing installed in the charging air intake point, and the pneumatic and hydraulic connections of the regulator are made in the housing in the form of channels.