RU2055995C1

RU2055995C1 - Control system of supercharged internal combustion engine

Info

Publication number: RU2055995C1
Application number: SU925022677A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Шапран; В.И. Жигин; С.В. Петухов
Original assignee: Рязанское высшее военное автомобильное инженерное училище
Priority date: 1992-01-16
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1996-03-10

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: supercharging pressure control system has turbocompressor with turbine working on waste gases and compressor whose delivery branch pipes are brought in communication with cylinders through two intake manifolds which are brought in communication with each other and are provided with air bypass valve adjusted to permissible supercharging pressure. System is also provided with safety valve, waste gas bypass valve, shut-off valve, supercharging air pressure pickup connected with waste gas bypass valve by means of control coupling; intake manifolds are connected with branch pipes of exhaust manifolds by means of piping system at turbine inlet through air bypass valve and shut-off valve; intake manifolds are brought in communication with atmosphere through safety valve and interior of exhaust manifolds is connected before turbine with after-turbine chamber through waste gas bypass valve. EFFECT: enhanced reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению. The invention relates to mechanical engineering, namely to engine building.

Известно устройство для регулирования наддува дизеля, содержащее туpбокомпpессоp с турбиной, работающей на отработавших газах, и компрессором, напорный патрубок которого сообщен с цилиндрами дизелей через приемный ресивер, резонансный трубопровод и промежуточные емкости, объединяющия каждая впускные патрубки не более чем четырех цилиндров с неперекрывающимися фазами впуска. Приемный ресивер снабжен предохранительным клапаном, отрегулированным на допустимое давление в промежуточной емкости. Клапан имеет подпружиненный запорный элемент, поперечное сечение которого выполнено по линейной зависимости от его хода. Туpбокомпpессоp подобран так, чтобы обеспечить достаточно высокий крутящий момент дизеля при пониженной частоте вращения коленчатого вала. A device for regulating diesel pressurization, comprising a turbocharger with an exhaust gas turbine and a compressor, the discharge pipe of which is connected to the diesel cylinders through a receiving receiver, a resonance pipe and intermediate containers, uniting each inlet pipe of no more than four cylinders with non-overlapping intake phases . The receiver is equipped with a safety valve that is adjusted to allowable pressure in the intermediate tank. The valve has a spring-loaded shut-off element, the cross-section of which is made linearly dependent on its stroke. The turbocharger is selected to provide a sufficiently high diesel torque at a reduced crankshaft speed.

Однако в известном устройстве применяемое регулирование не исключает условий для возникновения режимов рассогласованной работы турбины и компрессора вследствие того, что перепуск воздуха из полости нагнетания при превышении заданного давления осуществляется за турбину или в атмосферу. Кроме того, такая система требует применения компрессоров с повышенной производительностью, что приводит к увеличению постоянной времени турбокомпрессора. However, in the known device, the applied regulation does not exclude conditions for the emergence of modes of mismatched operation of the turbine and compressor due to the fact that air bypass from the discharge cavity when the specified pressure is exceeded is carried out over the turbine or into the atmosphere. In addition, such a system requires the use of compressors with increased performance, which leads to an increase in the time constant of the turbocharger.

Изобретение направлено на улучшение характеристик дизеля по крутящему моменту и на режимах разгона. The invention is aimed at improving the characteristics of a diesel engine in terms of torque and acceleration modes.

Это достигается тем, что в устройство для регулирования давления дополнительно введены предохранительный клапан, клапан перепуска отработавших газов, запорный клапан, датчик давления наддувочного воздуха, имеющего управляющую связь с клапаном перепуска отработавших газов, причем впускные коллекторы системой трубопроводов соединены с патрубками выпускных коллекторов у входа в турбину через клапан перепуска воздуха и запорный клапан, при этом впускные коллекторы сообщаются с атмосферой через предохранительный клапан, а полости выпускных коллекторов перед турбиной соединяются с полостью за турбиной через клапан перепуска отработавших газов. This is achieved by the fact that a safety valve, an exhaust gas bypass valve, a shut-off valve, a charge air pressure sensor connected to the exhaust gas bypass valve are additionally introduced into the pressure control device, the intake manifolds being connected by a piping system to the exhaust manifold ports at the inlet a turbine through an air bypass valve and a shut-off valve, while the intake manifolds communicate with the atmosphere through a safety valve, and the exhaust cavities Such collectors in front of the turbine are connected to the cavity behind the turbine through the exhaust gas bypass valve.

Существенным отличием от прототипа является то, что в предложенной системе перепуск части воздуха осуществляется на вход в турбину, а также осуществляется перепуск части отработавших газов мимо турбины в зависимости от режимов работы двигателя. Такое устройство позволяет использовать полезную энергию перепускаемого воздуха для разгона ротора турбокомпрессора и способствует снижению температуры лопаток турбины. Сочетание перепуска части воздуха на вход в турбину с перепуском части газа мимо турбины исключает условия для возникновения режимов рассогласованной работы турбокомпрессора и двигателя практически во всей рабочей зоне характеристики их совместной работы; способствует уменьшению количества перепускаемого рабочего тела (воздуха или газа) и, следовательно, снижению энергетических потерь двигателя. A significant difference from the prototype is that in the proposed system, part of the air is bypassed at the entrance to the turbine, and a part of the exhaust gases is bypassed by the turbine, depending on the engine operating conditions. This device allows you to use the useful energy of the bypass air to accelerate the rotor of the turbocompressor and helps to reduce the temperature of the turbine blades. The combination of the bypass of a part of the air entering the turbine with the bypass of a part of the gas past the turbine eliminates the conditions for the emergence of modes of mismatched operation of the turbocompressor and engine in almost the entire working area of the characteristics of their joint work; helps to reduce the amount of bypassed working fluid (air or gas) and, therefore, to reduce the energy loss of the engine.

На чертеже представлена предлагаемая система. The drawing shows the proposed system.

Устройство состоит из Y-образного восьмицилиндрового дизеля 1, цилиндры которого сообщаются с двумя впускными коллекторами 2 и двумя выпускными коллекторами 3, турбокомпрессора с компрессором 4 и турбиной 5, клапана 6 перепуска воздуха, запорного клапана 7, предохранительного клапана 8, перепускного клапана 9, датчика 10 давления наддувочного воздуха и трубопроводов 11, 12 и 13. The device consists of a Y-shaped eight-cylinder diesel 1, the cylinders of which communicate with two intake manifolds 2 and two exhaust manifolds 3, a turbocharger with a compressor 4 and turbine 5, an air bypass valve 6, a shutoff valve 7, a safety valve 8, a bypass valve 9, a sensor 10 charge air pressure and piping 11, 12 and 13.

Впускные коллекторы 2 соединяются между собой трубопроводом 11, к которому с помощью штуцеров присоединяются датчик 10 давления наддувочного воздуха, клапан 6 перепуска воздуха и предохранительный клапан 8, отрегулированные на определенное давление каждый. Intake manifolds 2 are interconnected by a pipe 11, to which, with the help of fittings, a charge air pressure sensor 10, an air bypass valve 6 and a safety valve 8 are adjusted, each adjusted to a specific pressure.

Трубопровод 13 соединяет между собой коллекторы 3 подвода отработавших газов в турбину 5. Впускные 2 и выпускные 3 коллекторы соединяются между собой через трубопровод 11, клапан 6 перепуска воздуха, запорный клапан 7 и трубопровод 13. Выпускные коллекторы 3 соединяются с полостью за турбиной 5 через трубопровод 12 и клапан 9 перепуска отработавших газов. Впускные коллекторы 2 через трубопровод 11 и предохранительный клапан 8 сообщаются с атмосферой. Датчик 10 имеет управляющую связь 14 с клапаном 9. The pipe 13 connects the manifolds 3 for supplying exhaust gas to the turbine 5. The intake 2 and exhaust 3 collectors are connected to each other through a pipe 11, an air bypass valve 6, a shutoff valve 7 and a pipe 13. The exhaust manifolds 3 are connected to the cavity behind the turbine 5 through the pipeline 12 and the exhaust gas bypass valve 9. Intake manifolds 2 through the pipe 11 and the safety valve 8 are in communication with the atmosphere. The sensor 10 has a control connection 14 with the valve 9.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

Турбокомпрессор настроен так, что обеспечивает давление наддува до 0,15 МПа при частоте вращения коленчатого вала двигателя, соответствующей максимальному крутящему моменту (М_кмакс, П_дв 0,6.0,7). При дальнейшем увеличении цикловой подачи топлива увеличивается частота вращения коленчатого вала двигателя и ротора турбокомпрессора.The turbocharger is configured so that it provides boost pressure up to 0.15 MPa at an engine speed corresponding to the maximum torque (M _kmax , P _dv 0.6.0.7). With a further increase in the cyclic fuel supply, the engine speed and the rotor of the turbocharger increase.

При П_дв > 0,7 давление наддува Р_к может превысить максимально допустимое для данного двигателя (0,18 МПа).When P _dv > 0.7, the boost pressure P _k can exceed the maximum allowable for a given engine (0.18 MPa).

Клапан 6 начинает открываться при Р_к > 0,15 МПа и устроен таким образом, что его пропускная способность увеличивается с ростом давления наддува.Valve 6 begins to open at P _to > 0.15 MPa and is designed in such a way that its throughput increases with increasing boost pressure.

При открытии клапана 6 часть воздуха из впускных коллекторов 5 через запорный клапан 7 перепускается в выпускные коллекторы 15 на вход в турбину. При понижении давления наддува до 0,15 МПа клапан 6 закрывается. Запорный клапан 7 предотвращает проникновение (заброс) отработавших газов во впускной коллектор в случае, когда противодавление газов перед турбиной (Р_г) превышает давление наддува (Р_к < Р_г). Клапан 7 устроен таким образом, что при Р_к < Р_г он закрывается и перепуск воздуха прекращается даже при открытом клапа- не 6.When opening the valve 6, part of the air from the intake manifolds 5 through the shutoff valve 7 is transferred to the exhaust manifolds 15 at the entrance to the turbine. When lowering the boost pressure to 0.15 MPa, valve 6 closes. The shutoff valve 7 prevents the penetration (throwing) of exhaust gases into the intake manifold when the back pressure of the gases in front of the turbine (P _g ) exceeds the boost pressure (P _k <P _g ). The valve 7 is designed in such a way that when P _to <P _g it closes and the air bypass stops even when the valve 6 is open.

При работе двигателя на режимах, близких к номинальному (П_д,ном), противодавление перед турбиной возрастает и может превышать давление наддува (Р_к/Р_г < 1). Перепуск воздуха прекращается, но давление наддува продолжает возрастать. При Р_к > 0,18 МПа срабатывает датчик 10, имеющий управляющую связь 14 с клапаном 9. Клапан 9 открывается и часть отработавших газов перепускается мимо турбины 5. Частота вращения ротора турбокомпрессора уменьшается, давление наддува снижается и при Р_к < 0,18 МПа датчик 10 обеспечивает закрытие клапана 9. С помощью регулировочного винта пропускная способность клапана 9 может изменяться.When the engine is operating in modes close to the nominal (P _{d, nom} ), the back pressure in front of the turbine increases and can exceed the boost pressure (P _k / P _g <1). Air bypass stops, but boost pressure continues to increase. When P _k > 0.18 MPa, a sensor 10 is activated, which has a control connection 14 with valve 9. The valve 9 opens and part of the exhaust gases bypasses the turbine 5. The rotor speed of the turbocompressor decreases, the boost pressure decreases and at P _to <0.18 MPa the sensor 10 closes the valve 9. With the help of the adjustment screw, the throughput of the valve 9 can be changed.

Применение датчика 10 и электромеханического привода повышает надежность работы клапана 9, поскольку он работает в среде отработавших газов при высокой температуре. The use of the sensor 10 and the electromechanical actuator increases the reliability of the valve 9, since it operates in an exhaust gas environment at high temperature.

При разгоне двигателя цикловая подача топлива резко увеличивается, что приводит к возрастанию противодавления перед турбиной 5 (Р_к/Р_г < 1), клапан 7 закрывается, и давление наддува быстро возрастает до допустимого значения.When the engine accelerates, the cyclic fuel supply increases sharply, which leads to an increase in back pressure in front of the turbine 5 (P _to / P _g <1), the valve 7 closes, and the boost pressure rapidly increases to an acceptable value.

Предохранительный клапан 8 отрегулирован на давление 0,2 МПа и перепускает часть воздуха в атмосферу, если перепускные клапана 6 или 9 по каким-либо причинам не сработали. The safety valve 8 is adjusted to a pressure of 0.2 MPa and bypasses part of the air into the atmosphere if the bypass valves 6 or 9 for some reason did not work.

Таким образом, на режимах средних и частичных нагрузок давление наддува регулируется перепуском части воздуха из полости нагнетания компрессором 4 на вход в турбину 5. На режимах, близких к номинальным, мощность турбины 5 ограничивается перепуском части отработавших газов за нее. Thus, at medium and partial load modes, the boost pressure is regulated by transferring part of the air from the injection cavity by the compressor 4 to the turbine inlet 5. In modes close to nominal, the power of the turbine 5 is limited to bypassing a part of the exhaust gases beyond it.

Применение предложенной системы регулирования способствует улучшению протекания рабочего процесса дизеля со свободным турбокомпрессором в диапазоне пониженной частоты вращения коленчатого вала и на режимах разгона, улучшению динамических качеств двигателя, снижению времени разгона автомобиля на 10.12%
Дымность отработавших газов при этом в переходных процессах не превышает дымности на идентичных установившихся режимах работы дизеля.The application of the proposed control system helps to improve the flow of the diesel engine with a free turbocharger in the low-speed range of the crankshaft and in acceleration modes, to improve the dynamic qualities of the engine, and to reduce the acceleration time of the car by 10.12%
In this case, the smoke of the exhaust gases in transients does not exceed smoke at identical steady-state operating modes of the diesel engine.

Claims

INTERNAL COMBUSTION ENGINE REGULATING SYSTEM, with a turbocharger, comprising a turbocharger consisting of a turbine connected to the inlet to the exhaust manifolds and an outlet to the atmosphere, and a compressor connected to the outlet with the intake manifold, and an air bypass valve with a shut-off device with the possibility of turbine at an allowable pressure, characterized in that, in order to increase efficiency, it is equipped with a safety valve, an exhaust gas bypass valve, a shut-off valve and dates ICOM charge air pressure associated with the exhaust gas recirculation valve, wherein the intake manifolds connected to the outlet at the entrance of the turbine through the air bypass valve and the shut-off valve and communicated with the atmosphere through the pressure relief valve and outlet collectors connected to the output Trubino through exhaust gas recirculation valve.