RU2612538C1 - Controlled turbocharged internal combustion engine device - Google Patents

Controlled turbocharged internal combustion engine device Download PDF

Info

Publication number
RU2612538C1
RU2612538C1 RU2016103284A RU2016103284A RU2612538C1 RU 2612538 C1 RU2612538 C1 RU 2612538C1 RU 2016103284 A RU2016103284 A RU 2016103284A RU 2016103284 A RU2016103284 A RU 2016103284A RU 2612538 C1 RU2612538 C1 RU 2612538C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
charge air
internal combustion
combustion engine
throttle
valve
Prior art date
Application number
RU2016103284A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Денис Валентинович Никишин
Original Assignee
Денис Валентинович Никишин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Денис Валентинович Никишин filed Critical Денис Валентинович Никишин
Priority to RU2016103284A priority Critical patent/RU2612538C1/en
Priority to PCT/RU2017/000040 priority patent/WO2017135846A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2612538C1 publication Critical patent/RU2612538C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D23/00—Controlling engines characterised by their being supercharged
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: device comprises a turbocharger (1) with a turbine (2) and the compressor (3) which communicates with the inlet cooler (8), the output of which is communicated with the first channel (9) supplying the charge air, which set the first throttle (10) and a check valve (11). The device has a second channel (15) supplying charge air in which a drive (14) to the first charge air solenoid valve (16) at the input, a second throttle (17) and the second solenoid valve (18) at the output. The second channel (15) is connected to supply charge air to a first channel (9) before the first throttle valve (10) and after the check valve (11). Also, the device comprises a bypass valve (12), the bypass valve (13), the control unit (20) controls, and a controller (21), the charge air, connected common data bus (22), first and second electronic switches (23, 24) and the sensor group ( 25-31) mounted on a compressor input (3) and the first throttle (10) for the inlet manifold, the cylinder block and the outlet manifold of the internal combustion engine to the drive (14) for charge air and accelerator.
EFFECT: increase engine dynamics by eliminating the phenomenon turbo pits and increase efficiency.
1 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания, работающих с управляемым турбонаддувом.The invention relates to mechanical engineering, in particular to internal combustion engines operating with controlled turbocharging.

Управление турбонаддувом в общем случае позволяет обеспечить оптимизацию функционирования двигателя внутреннего сгорания во всех режимах работы, повысить надежность путем снижения механических и тепловых перегрузок, в частности, при увеличении давления на выходе компрессора выше предельно допустимого вследствие резкого закрытия дроссельной заслонки или значительного увеличения числа оборотов двигателя. Кроме того, одной из важных задач управления турбонаддувом является минимизация эффекта «турбоямы» - явления, при котором давление воздуха во входном коллекторе двигателя значительно ниже требуемого вследствие инерции нарастания давления выхлопных газов в турбине при резком нажатии на педаль акселератора. Для достижения заданного давления газов требуется некоторое время (обычно единицы секунд), в течение которого двигатель, в штатном режиме работающий с турбонагнетателем, работает как обычный двигатель атмосферник, что приводит к потере мощности и негативно сказывается при разгоне автомобиля.In general, the control of turbocharging allows to optimize the functioning of the internal combustion engine in all operating modes, to increase reliability by reducing mechanical and thermal overloads, in particular, when the pressure at the compressor outlet is higher than the maximum allowable due to a sharp close of the throttle valve or a significant increase in the engine speed. In addition, one of the important tasks of controlling a turbocharger is to minimize the “turbo-hole” effect, a phenomenon in which the air pressure in the engine intake manifold is much lower than that required due to the inertia of the increase in exhaust gas pressure in the turbine when the accelerator pedal is pressed abruptly. To achieve a given gas pressure, it takes some time (usually a few seconds), during which the engine, in normal operation with a turbocharger, works like a normal aspirated engine, which leads to a loss of power and negatively affects the acceleration of the car.

Известно устройство с управляемым турбонаддувом (патентная заявка US 2015/0240706 А1), согласно которому впуск турбины турбонагнетателя соединен с ее выпуском через перепускной клапан, что позволяет регулировать скорость вращения турбины при снижении числа оборотов двигателя, когда турбина совместно с компрессором продолжает вращаться по инерции, что может привести к генерированию избыточного объема наддувочного воздуха. В отсутствие перепускного клапана надувочный воздух может накапливаться во впускном тракте на отрезке между компрессором и дроссельной заслонкой, что может привести к разрушению таких элементов двигателя, как крыльчатка компрессора, ось турбонагнетателя, трубопровод охладителя и дроссельная заслонка.A device with controlled turbocharging is known (patent application US 2015/0240706 A1), according to which the turbine inlet of the turbocharger is connected to its outlet through the bypass valve, which allows you to adjust the speed of rotation of the turbine while reducing the engine speed, when the turbine together with the compressor continues to rotate by inertia, which can lead to the generation of excess charge air. In the absence of a bypass valve, charge air can accumulate in the inlet tract between the compressor and the throttle, which can lead to the destruction of engine components such as the compressor impeller, turbocharger axle, cooler pipe and throttle.

Однако в данном техническом решении энергия отработанных газов используется неэффективно вследствие сброса отработанных газов в атмосферу при снижении числа оборотов двигателя. Кроме того, в данной патентной заявке решение проблемы снижения эффекта «турбоямы» не представляется возможным и даже приводит к его усугублению, так как открытие перепускного клапана приводит к снижению скорости вращения турбины, и соответственно, увеличивает время выхода ее на номинальный режим при нажатии педали акселератораHowever, in this technical solution, the energy of the exhaust gases is used inefficiently due to the discharge of exhaust gases into the atmosphere while reducing the engine speed. In addition, in this patent application, the solution to the problem of reducing the effect of the "turbo hole" is not possible and even leads to its aggravation, since the opening of the bypass valve reduces the speed of rotation of the turbine, and accordingly, increases the time it reaches its nominal mode when the accelerator pedal is pressed

Известны устройства с управляемым турбонаддувом (патент RU 2535468, патентная заявка US 2014/0069096 А1), в которых выход компрессора через специальный байпасный клапан сообщен с его входом, что позволяет направить излишний сжатый воздух на вход компрессора. Такое решение, помимо снижения давления на входе дроссельной заслонки, обеспечивает нахождение сжатого воздуха в пределах впускной системы, что, в некоторой степени, снижает эффект «турбоямы», не допуская резкого снижения скорости вращения крыльчатки компрессора при снижении числа оборотов двигателя.Known devices with controlled turbocharging (patent RU 2535468, patent application US 2014/0069096 A1), in which the compressor output through a special bypass valve communicates with its inlet, which allows you to send excess compressed air to the compressor inlet. This solution, in addition to reducing the pressure at the inlet of the throttle valve, ensures that compressed air is within the intake system, which, to some extent, reduces the effect of the "turbo hole", avoiding a sharp decrease in the speed of rotation of the compressor impeller while reducing the engine speed.

Однако байпасный клапан не может обеспечить эффективную защиту указанных выше узлов двигателя от перегрузок, а работает как своеобразный амортизатор, смягчая динамический удар по оси турбонагнетателя. Кроме того, движение повторно сжатого воздуха по замкнутому контуру приводит к увеличению температуры конструктивных элементов впускной системы и температуры подаваемого в двигатель воздуха.However, the bypass valve cannot provide effective protection of the above engine components from overloads, but acts as a kind of shock absorber, mitigating the dynamic impact along the axis of the turbocharger. In addition, the movement of re-compressed air in a closed circuit leads to an increase in the temperature of the structural elements of the intake system and the temperature of the air supplied to the engine.

Известны устройства с управляемым турбонаддувом (патентная заявка US 2014/015042 А1, патент US 8406983), в которых для преодоления эффекта «турбоямы» используется несколько различных по размеру турбин. При этом, в зависимости от числа оборотов двигателя, выхлопные газы направляются в определенную турбину. Однако такое решение является конструктивно сложным и снижает общую надежность устройства.Known turbocharged devices (patent application US 2014/015042 A1, patent US 8406983), in which several turbines of different sizes are used to overcome the “turbojama” effect. In this case, depending on the engine speed, exhaust gases are sent to a specific turbine. However, this solution is structurally complex and reduces the overall reliability of the device.

Известны устройства управляемого турбонаддува (патент RU 2425991, патент RU 2426896 и патентную заявку US 2013/0152583 А1), в которых эффект «турбоямы» преодолевается посредством автоматической регулировки степени турбонаддува путем изменением геометрии лопаток турбины по соответствующим командам блока управления. Недостатком таких устройств является недостаточная надежность функционирования, обусловленная ресурсным износом подвижных деталей, вследствие чего возникают чрезмерные люфты и появляется нагар, откладывающийся в исполнительном механизме и нарушающем подвижность его деталей.Known devices for controlled turbocharging (patent RU 2425991, patent RU 2426896 and patent application US 2013/0152583 A1), in which the effect of the "turbojam" is overcome by automatically adjusting the degree of turbocharging by changing the geometry of the turbine blades according to the corresponding commands of the control unit. The disadvantage of such devices is the insufficient reliability of operation, due to the resource wear of moving parts, resulting in excessive backlash and deposits appear, which is deposited in the actuator and violates the mobility of its parts.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является устройство с управляемым турбонаддувом (US 2012/0186249 А1), которое содержит турбонагнетатель, имеющий турбину, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и компрессор, вход которого сообщен с воздушным фильтром, а выход сообщен со входом охладителя, выход которого сообщен с каналом подачи наддувочного воздуха с установленной в нем дроссельной заслонкой, перепускной клапан, установленный между выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания и выпуском турбины, байпасный клапан, установленный между входом охладителя и входом компрессора, накопитель наддувочного воздуха, сообщенный с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и блок управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками, установленными на входах компрессора и дроссельной заслонки, на входном коллекторе, блоке цилиндров и выходном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора, а управляющий выход подключен к дроссельной заслонке.The closest technical solution adopted as a prototype is a device with controlled turbocharging (US 2012/0186249 A1), which contains a turbocharger having a turbine, the inlet of which is connected to the output manifold of the internal combustion engine, and a compressor, the input of which is in communication with the air filter, and the outlet is in communication with the inlet of the cooler, the outlet of which is in communication with the charge air supply channel with a throttle valve installed in it, a bypass valve installed between the exhaust manifold of the engine inside early combustion and turbine outlet, a bypass valve installed between the cooler inlet and the compressor inlet, a charge air accumulator connected to the input manifold of the internal combustion engine, and a control unit, the information inputs of which are electrically connected to the sensors installed on the compressor and throttle inputs, the input manifold, cylinder block and the output manifold of the internal combustion engine, the control input of the control unit is connected to the accelerator sensor, and the control output q connected to the throttle.

В известном техническом решении для функционирования накопителя наддувочного воздуха устройство содержит специальные конструктивные элементы: воздушный фильтр, компрессор, охладитель и клапан, установленный на входе накопителя наддувочного воздуха.In a known technical solution for the functioning of the charge air accumulator, the device contains special structural elements: an air filter, a compressor, a cooler and a valve installed at the inlet of the charge air accumulator.

Данное устройство обеспечивает защиту элементов двигателя от избыточного давления наддувочного воздуха, а также осуществляет управление наддувочным воздухом во входном коллекторе двигателя, и, как следствие, повышение динамики управления режимом работы двигателя, при котором сокращается время реакции режима работы двигателя на управляющее воздействие, например нажатие педали акселератора.This device protects the engine elements from excessive pressure of the charge air, and also controls the charge air in the intake manifold of the engine, and, as a result, increases the dynamics of control of the engine operation mode, which reduces the reaction time of the engine operation mode to a control action, for example, pressing the pedal accelerator.

Управление потоком наддувочного воздуха, поступающим во входной коллектор двигателя, осуществляется блоком управления по сигналам датчиков температуры и давления, установленных на входном и выходном патрубках, блоке цилиндров двигателя, на входе и на выходе компрессора, путем изменения положения дроссельной заслонки, байпасного и перепускного клапанов. При этом запрограммированный алгоритм регулирования обеспечивает максимальное приближение диапазона регулировки к заранее выбранному верхнему и нижнему пределам скоростей вращения вала компрессора с учетом температуры и давления впускного и наддувочного воздуха, а также режима работы двигателя. Наличие накопителя наддувочного воздуха, который подается во входной коллектор двигателя, позволяет в значительной степени компенсировать эффект «турбоямы».The charge air flow entering the engine intake manifold is controlled by the control unit according to the signals of the temperature and pressure sensors installed on the inlet and outlet nozzles, the engine cylinder block, at the compressor inlet and outlet, by changing the position of the throttle valve, bypass and bypass valves. At the same time, the programmed control algorithm ensures maximum approximation of the adjustment range to the preselected upper and lower limits of the compressor shaft rotation speeds taking into account the temperature and pressure of the intake and charge air, as well as the engine operating mode. The presence of a charge-air accumulator, which is supplied to the engine intake manifold, makes it possible to substantially compensate for the “turbo-hole” effect.

Однако в известном устройстве для функционирования накопителя наддувочного воздуха предусмотрена специальная система, включающая воздушный фильтр, компрессор, охладитель и клапан, что усложняет комплектацию устройства и приводит к дополнительным затратам энергии и повышению расхода топлива. Кроме того, из-за излишнего сбрасывания отработанных газов через перепускной клапан при закрытии дроссельной заслонки происходит снижение скорости вращения турбины. При последующем нажатии педали акселератора затрачивается дополнительное время для вывода турбины на требуемый режим, что снижает динамику управления потоком наддувочного воздуха и в итоге ухудшает приемистость двигателя.However, in the known device for the functioning of the charge air accumulator, a special system is provided, including an air filter, a compressor, a cooler and a valve, which complicates the assembly of the device and leads to additional energy costs and increased fuel consumption. In addition, due to excessive discharge of exhaust gases through the bypass valve when closing the throttle valve, the turbine rotational speed decreases. The subsequent pressing of the accelerator pedal takes additional time to bring the turbine to the required mode, which reduces the dynamics of control of the flow of charge air and, as a result, worsens engine throttle response.

В основу изобретения положена задача создать устройство управляемого турбонаддува двигателя внутреннего сгорания, в котором за счет динамически управляемого разделения потока наддувочного воздуха, генерируемого штатным турбонагнетателем, повышалась бы экономичность двигателя, улучшалась динамика управления двигателем и обеспечивалась компенсация эффекта «турбоямы».The basis of the invention is the task of creating a device for controlled turbocharging of an internal combustion engine, in which due to the dynamically controlled separation of the charge air flow generated by a standard turbocharger, engine efficiency will be improved, the dynamics of engine control will be improved and compensation for the “turbojam” effect will be ensured.

Поставленная задача решается тем, что устройство управляемого турбонаддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее турбонагнетатель, имеющий турбину, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и компрессор, вход которого сообщен с воздушным фильтром, а выход сообщен со входом охладителя, выход которого сообщен с первым каналом подачи наддувочного воздуха с установленной в нем первой дроссельной заслонкой, сообщенным с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, перепускной клапан, установленный между выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания и выпуском турбины, байпасный клапан, установленный между входом охладителя и входом компрессора, накопитель наддувочного воздуха, сообщенный с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и блок управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками, установленными на входах компрессора и первой дроссельной заслонки, на входном коллекторе, блоке цилиндров и выходном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора, а управляющий выход подключен к первой дроссельной заслонке, согласно изобретению дополнительно содержит второй канал подачи наддувочного воздуха, который соединен с первым каналом подачи наддувочного воздуха перед входом первой дроссельной заслонки и перед входным коллектором двигателя внутреннего сгорания и в котором установлен накопитель наддувочного воздуха, на входе которого установлен первый электромагнитный клапан, а на выходе последовательно установлены вторая дроссельная заслонка и второй электромагнитный клапан, обратный клапан, установленный на выходе первой дроссельной заслонки, первый и второй электронные ключи, сигнальные входы которых подключены к соответствующим управляющим выходам блока управления, а сигнальные выходы подключены к управляющим входам перепускного и байпасного клапанов, контроллер наддувочного воздуха, информационные входы которого подключены к датчикам, установленным на входе первой дроссельной заслонки, входном коллекторе двигателя внутреннего сгорания и накопителе наддувочного воздуха, а управляющие выходы подключены к управляющим входам второй дроссельной заслонки, первого и второго электромагнитных клапанов, первого и второго электронных ключей, соответственно, и информационную шину, соединяющую блок управления и контроллер наддувочного воздуха.The problem is solved in that the device is a controlled turbocharging of an internal combustion engine containing a turbocharger having a turbine, the inlet of which is connected to the output manifold of the internal combustion engine, and a compressor, the input of which is connected to the air filter, and the output is connected to the input of the cooler, the output of which is communicated with the first channel for supplying charge air with the first throttle installed in it, in communication with the input manifold of the internal combustion engine, an overflow valve is installed Between the output manifold of the internal combustion engine and the turbine outlet, a bypass valve installed between the cooler inlet and the compressor inlet, a charge air reservoir in communication with the input manifold of the internal combustion engine, and a control unit whose information inputs are electrically connected to sensors installed at the compressor inputs and the first throttle, on the input manifold, cylinder block and output manifold of the internal combustion engine, the control input of the control unit The connection is connected to the accelerator sensor, and the control output is connected to the first throttle, according to the invention further comprises a second charge air supply channel, which is connected to the first charge air supply channel in front of the inlet of the first throttle valve and in front of the input manifold of the internal combustion engine and in which the drive is installed charge air, at the inlet of which the first solenoid valve is installed, and at the outlet, a second throttle valve is installed in series and a second solenoid valve, a check valve installed at the output of the first throttle valve, first and second electronic keys, the signal inputs of which are connected to the corresponding control outputs of the control unit, and the signal outputs are connected to the control inputs of the bypass and bypass valves, the charge air controller, the information inputs of which connected to sensors installed at the inlet of the first throttle valve, the input manifold of the internal combustion engine and the charge air reservoir spirit, and the control outputs are connected to the control inputs of the second throttle valve, the first and second electromagnetic valves, the first and second electronic keys, respectively, and the information bus connecting the control unit and the charge air controller.

Технический результат устройства управляемого турбонаддува двигателя внутреннего сгорания заключается в повышении экономичности двигателя и динамики управления турбонаддувом, а также в значительной компенсации эффекта «турбоямы». Это обеспечивается тем, что во входной коллектор двигателя внутреннего сгорания наддувочный воздух от одного штатного турбонагнетателя поступает по первому, основному, и второму, вспомогательному, каналам, в каждом из которых регулировка объема поступающего наддувочного воздуха обеспечивается управляемыми дроссельными заслонками. При этом, в случае недостаточного объема наддувочного воздуха, поступающего по первому каналу от турбонагнетателя, подача наддувочного воздуха в двигатель внутреннего сгорания осуществляется из накопителя наддувочного воздуха по второму каналу до момента достижения турбонагнетателем необходимой производительности для данного режима работы двигателя. Следует отметить, что скорость вращения турбины в предложенном устройстве в большей степени зависит от положения педали акселератора и связанным с ней числом оборотов двигателя, а не от частоты срабатывания перепускного клапана, что позволяет улучшить динамику управления турбонаддувом.The technical result of the device controlled turbocharging an internal combustion engine is to increase engine efficiency and dynamics of turbocharging control, as well as to significantly compensate for the effect of the "turbojam". This is ensured by the fact that the charge air enters the intake manifold of the internal combustion engine from one standard turbocharger through the first, main, and second, auxiliary channels, in each of which the volume of incoming charge air is regulated by controlled throttles. In this case, in case of insufficient volume of charge air entering the first channel from the turbocharger, the charge air is supplied to the internal combustion engine from the charge air accumulator through the second channel until the turbocharger reaches the required performance for this engine operation mode. It should be noted that the speed of rotation of the turbine in the proposed device is more dependent on the position of the accelerator pedal and the associated engine speed, and not on the frequency of operation of the bypass valve, which allows to improve the dynamics of turbo control.

В отличие от прототипа в патентуемом устройстве наполнение накопителя наддувочного воздуха осуществляется за счет энергии отработанных газов, что не требует введения в конструктивную схему дополнительных энергоемких узлов, в частности вспомогательного компрессора.Unlike the prototype in the patented device, charging of the charge air accumulator is carried out due to the energy of the exhaust gases, which does not require the introduction of additional energy-intensive units, in particular an auxiliary compressor, into the design scheme.

Изобретение описывается детально в нижеприведенном примере, не являющемся при этом исключительным и единственным в рамках патентуемого изобретения, со ссылкой на сопровождающий чертеж, на котором изображена функциональная схема устройства управляемого турбонаддува двигателя внутреннего сгорания.The invention is described in detail in the example below, which is not exclusive and unique in the framework of the patented invention, with reference to the accompanying drawing, which shows a functional diagram of a device for controlled turbocharging of an internal combustion engine.

Устройство управляемого турбонаддува двигателя внутреннего сгорания содержит турбонагнетатель 1, включающий установленные на одном валу турбину 2 и компрессор 3, и двигатель 4 внутреннего сгорания, включающий входной коллектор 5, выходной коллектор 6 и блок 7 цилиндров. С выходом компрессора 3 сообщен охладитель 8, выход которого сообщен с первым, основным, каналом 9 подачи наддувочного воздуха, в котором последовательно установлены первая дроссельная заслонка 10 и обратный клапан 11. Первый канал 9 подачи наддувочного воздуха на выходе сообщен с входным коллектором 5 двигателя внутреннего сгорания.The device for controlled turbocharging of an internal combustion engine comprises a turbocharger 1, including a turbine 2 and a compressor 3 mounted on a single shaft, and an internal combustion engine 4, including an input manifold 5, an output manifold 6, and a cylinder block 7. A cooler 8 is connected to the compressor 3 output, the output of which is communicated with the first, main, charge air supply channel 9, in which the first throttle valve 10 and the check valve 11 are installed in series. The first charge air supply channel 9 is in communication with the input manifold 5 of the internal engine combustion.

Между впуском и выпуском турбины 2 установлен перепускной клапан 12, а между входом охладителя 8 и входом компрессора 3 установлен байпасный клапан 13.A bypass valve 12 is installed between the inlet and outlet of the turbine 2, and a bypass valve 13 is installed between the inlet of the cooler 8 and the inlet of the compressor 3.

Устройство также содержит накопитель 14 наддувочного воздуха, который установлен во втором, вспомогательном, канале 15 подачи надувочного воздуха, соединенным с первым каналом 9 подачи надувочного воздуха перед входом первой дроссельной заслонки 10 и после обратного клапана 11 по ходу движения наддувочного воздуха. Во втором канале 15 подачи надувочного воздуха на входе накопителя 14 наддувочного воздуха установлен первый электромагнитный клапан 16, а на его выходе установлена вторая дроссельная заслонка 17 и второй электромагнитный клапан 18.The device also contains a charge air accumulator 14, which is installed in the second auxiliary air supply channel 15 connected to the first air supply channel 9 before the inlet of the first throttle valve 10 and after the check valve 11 in the direction of the charge air. In the second channel 15 for supplying charge air at the inlet of the charge air accumulator 14, a first electromagnetic valve 16 is installed, and a second throttle valve 17 and a second electromagnetic valve 18 are installed at its output.

Кроме того, устройство содержит воздушный фильтр 19, вход которого сообщен с атмосферой, а выход подключен к входу компрессора 3, блок 20 управления и контроллер 21 наддувочного воздуха, соединенные общей информационной шиной 22.In addition, the device includes an air filter 19, the input of which is in communication with the atmosphere, and the output is connected to the input of the compressor 3, the control unit 20 and the charge air controller 21 connected by a common information bus 22.

Кроме того, устройство содержит первый и второй электронные ключи 23 и 24, сигнальные входы которых подключены к соответствующим управляющим выходам блока 20 управления, а сигнальные выходы электронных ключей 23 и 24 подключены к управляющим входам перепускного клапана 12 и байпасного клапана 13, соответственно.In addition, the device contains first and second electronic keys 23 and 24, the signal inputs of which are connected to the corresponding control outputs of the control unit 20, and the signal outputs of electronic keys 23 and 24 are connected to the control inputs of the bypass valve 12 and the bypass valve 13, respectively.

Для управления турбонаддувом устройство оснащено датчиками, электрически связанными с блоком 20 управления и контроллером 21 наддувочного воздуха.To control turbocharging, the device is equipped with sensors electrically connected to the control unit 20 and the charge air controller 21.

К информационным входам блока 20 управления подключены датчики 25, 26, 27, 28, 29, установленные на входе компрессора 3, входе первой дроссельной заслонки 10, на входном коллекторе 5, на блоке 7 цилиндров и на выходном коллекторе 6, соответственно.The information inputs of the control unit 20 are connected to sensors 25, 26, 27, 28, 29 installed at the input of the compressor 3, the input of the first throttle valve 10, at the input manifold 5, on the cylinder block 7 and on the output manifold 6, respectively.

Датчик 30 акселератора подключен к управляющему входу блока 20 управления, к управляющим выходам которого подключены первая дроссельная заслонка 10 и сигнальные входы первого и второго электронных ключей 23 и 24.The accelerator sensor 30 is connected to the control input of the control unit 20, to the control outputs of which the first throttle valve 10 and the signal inputs of the first and second electronic keys 23 and 24 are connected.

К информационным входам контроллера 21 наддувочного воздуха подключены датчики 26, 27, а также датчик 31, установленный в накопителе 14 наддувочного воздуха, а к управляющим выходам подключены управляющие входы второй дроссельной заслонки 17, первого и второго электромагнитных клапанов 16, 18, первого и второго электронных ключей 23, 24, соответственно.Sensors 26, 27, as well as a sensor 31 installed in the charge air accumulator 14 are connected to the information inputs of the charge air controller 21, and the control inputs of the second throttle valve 17, the first and second electromagnetic valves 16, 18, the first and second electronic are connected to the control outputs keys 23, 24, respectively.

Устройство управляемого турбонаддува двигателя внутреннего сгорания работает следующим образом.Device controlled turbocharging of an internal combustion engine operates as follows.

После запуска двигателя внутреннего сгорания 4 все выхлопные газы, поступающие из выходного коллектора 6, направляются к турбине 2 турбонагнетателя 1, раскручивая ее и компрессор 3, который находится на одном валу с турбиной 2. При этом перепускной клапан 12 и байпасный клапан 13 при отсутствии сигналов на их входах находятся в нормально закрытом состоянии. Воздушный поток из атмосферы через воздушный фильтр 19 поступает на вход компрессора 3, в котором воздушный поток входного атмосферного воздуха сжимается, его давление и температура повышаются, тем самым формируется поток «наддувочного» воздуха. Наддувочный воздух направляется на вход охладителя 8, после прохождения которого по первому каналу 9 подачи наддувочного воздуха через дроссельную заслонку 10 и обратный клапан 11 поступает во входной коллектор 5 двигателя 4.After starting the internal combustion engine 4, all exhaust gases coming from the exhaust manifold 6 are directed to the turbine 2 of the turbocharger 1, untwisting it and the compressor 3, which is located on the same shaft with the turbine 2. In this case, the bypass valve 12 and the bypass valve 13 in the absence of signals at their inputs are in a normally closed state. The air stream from the atmosphere through the air filter 19 enters the inlet of the compressor 3, in which the air stream of the input atmospheric air is compressed, its pressure and temperature increase, thereby forming a flow of “boost” air. The charge air is directed to the inlet of the cooler 8, after passing through the first channel 9 for supplying charge air through the throttle valve 10 and the check valve 11 enters the intake manifold 5 of the engine 4.

На управляющий вход блока 20 управления постоянно поступает сигнал с датчика 30 акселератора, а также информационные сигналы с датчиков 25-29. В соответствии с этими сигналами, а также с заранее заданными запрограммированными данными блок 20 управления вырабатывает сигнал управления, который поступает на управляющий вход первой дроссельной заслонки 10. В соответствии с этим сигналом первая дроссельная заслонка 10 занимает определенное положение, определяющее объем наддувочного воздуха, поступающего во входной коллектор 5 двигателя 4.The control input of the control unit 20 constantly receives a signal from the accelerator sensor 30, as well as information signals from the sensors 25-29. In accordance with these signals, as well as with predetermined programmed data, the control unit 20 generates a control signal that is supplied to the control input of the first throttle valve 10. In accordance with this signal, the first throttle valve 10 occupies a certain position that determines the amount of charge air entering input manifold 5 of the engine 4.

При превышении давления наддувочного воздуха на выходе компрессора 3 значений, запрограммированных для текущего режима работы двигателя 4, в зависимости от величины превышения блок 20 управления формирует сигналы на включение перепускного клапана 12 или байпасного клапана 13. Сформированные сигналы поступают на сигнальные входы первого или второго электронных ключей 23, 24, соответственно, которые при отсутствии управляющего сигнала с контроллера 21 наддувочного воздуха разомкнуты. Эти же сигналы по информационной шине 22 подступают на информационные сигналы контроллера 21 наддувочного воздуха, в соответствии с которыми он вырабатывает сигнал на открытие первого электромагнитного клапана 16, а также информационный сигнал, поступающий через информационную шину 22 на блок 20 управления. В этот период происходит заполнение накопителя 14 наддувочным воздухом, при этом вторая дроссельная заслонка 17 закрыта. Информация о текущем значении давления в накопителе 14 наддувочного воздуха с датчика 31 поступает в контроллер 21 наддувочного воздуха. При достижении давления в накопителе 14 заданного предельного значения контроллер 21 формирует сигнал на отключение первого электромагнитного клапана 16 и включение первого и второго электронных ключей 23, 24. При этом происходит включение перепускного клапана 12 или байпасного клапана 13 в зависимости от того, на сигнальный вход какого электронного ключа 23, 24 в данный момент поступает управляющий сигнал с выхода блока 20 управления.If the charge air pressure at the compressor output 3 is exceeded, the values programmed for the current operating mode of the engine 4, depending on the excess value, the control unit 20 generates signals to turn on the bypass valve 12 or bypass valve 13. The generated signals are fed to the signal inputs of the first or second electronic keys 23, 24, respectively, which in the absence of a control signal from the charge air controller 21 are open. The same signals on the information bus 22 approach the information signals of the charge air controller 21, in accordance with which it generates a signal to open the first solenoid valve 16, as well as an information signal supplied through the information bus 22 to the control unit 20. During this period, the accumulator 14 is filled with charge air, while the second throttle valve 17 is closed. Information about the current pressure value in the charge air accumulator 14 from the sensor 31 is supplied to the charge air controller 21. When the pressure in the accumulator 14 reaches a predetermined limit value, the controller 21 generates a signal to turn off the first solenoid valve 16 and turn on the first and second electronic keys 23, 24. In this case, the bypass valve 12 or bypass valve 13 is turned on, depending on which signal input electronic key 23, 24 currently receives a control signal from the output of control unit 20.

При резком возрастании сигнала, поступающего с датчика 30 акселератора, когда давление во входном коллекторе 5 двигателя 4 ниже соответствующего запрограммированного значения, контроллер 21 наддувочного воздуха в соответствии с сигналом, поступающим по информационной шине 22 от блока 20 управления, формирует команду на управление второй дроссельной заслонкой 17 и команду на открытие второго электромагнитного клапана 18. При этом заполнение входного коллектора 5 двигателя 4 производится по второму каналу 15 подачи наддувочного воздуха из накопителя 14. Контроллер 21 наддувочного воздуха анализирует информацию с датчиков 26 и 27, и при достижении давления наддувочного воздуха на выходе компрессора 3 значения, соответствующего заданному режиму, по команде контроллера 21 наддувочного воздуха закрывается второй электромагнитный клапан 18 и вторая дроссельная заслонка 17. Обратный клапан 11 препятствует прохождению наддувочного воздуха из накопителя 14 к первой дроссельной заслонке 10.With a sharp increase in the signal from the accelerator sensor 30, when the pressure in the input manifold 5 of the engine 4 is lower than the corresponding programmed value, the charge air controller 21, in accordance with the signal received via the information bus 22 from the control unit 20, generates a command to control the second throttle 17 and a command to open the second solenoid valve 18. In this case, the input manifold 5 of the engine 4 is filled through the second channel 15 for supplying charge air from 14. The charge air controller 21 analyzes the information from the sensors 26 and 27, and when the charge air pressure at the compressor output 3 reaches a value corresponding to the specified mode, the second solenoid valve 18 and the second throttle valve 17 are closed by the command of the charge air controller 21 11 prevents the passage of charge air from the accumulator 14 to the first throttle valve 10.

Как описано выше, в отличие от известных технических решений, наддувочный воздух от одного штатного турбонагнетателя 1 поступает во входной коллектор 5 двигателя 4 внутреннего сгорания по первому, основному, и второму, вспомогательному каналам 9, 15, в каждом из которых регулировка объема поступающего наддувочного воздуха обеспечивается управляемыми дроссельными заслонками 10, 17, соответственно.As described above, in contrast to the known technical solutions, the charge air from one standard turbocharger 1 enters the input manifold 5 of the internal combustion engine 4 through the first, main, and second auxiliary channels 9, 15, each of which adjusts the volume of incoming charge air provided by controlled throttles 10, 17, respectively.

Следует отметить, что наддувочный воздух, поступающий из накопителя 14 за счет энергии отработанных газов, позволяет резко увеличить число оборотов двигателя 4 внутреннего сгорания, компенсируя эффект «турбоямы». Увеличение числа оборотов двигателя 4 также приводит к автоматическому возрастанию давления выхлопных газов в выходном коллекторе 7 и, как следствие, - к соответствующему увеличению числа оборотов турбины 2 и компрессора 3. В результате происходит быстрое нарастание давления наддувочного воздуха на входе дроссельной заслонки 10 до значений, оптимальных для данного режима работы двигателя 4 внутреннего сгорания, что существенно повышает его приемистость.It should be noted that the charge air coming from the accumulator 14 due to the energy of the exhaust gases makes it possible to sharply increase the number of revolutions of the internal combustion engine 4, compensating for the effect of the “turboyama”. An increase in the number of revolutions of the engine 4 also leads to an automatic increase in the pressure of the exhaust gases in the exhaust manifold 7 and, as a result, to a corresponding increase in the number of revolutions of the turbine 2 and compressor 3. As a result, the pressure of the charge air at the inlet of the throttle valve 10 rapidly increases to values optimal for this mode of operation of the internal combustion engine 4, which significantly increases its throttle response.

Патентуемое устройство управляемого турбонаддува двигателя внутреннего сгорания повышает экономичность двигателя и динамику управления турбонаддувом, значительно снижая эффект «турбоямы».A patented device for controlled turbocharging of an internal combustion engine increases the efficiency of the engine and the dynamics of turbocharging control, significantly reducing the effect of the "turbojam".

Claims (1)

Устройство управляемого турбонаддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее турбонагнетатель, имеющий турбину, впуск которой соединен с выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и компрессор, вход которого сообщен с воздушным фильтром, а выход сообщен с входом охладителя, выход которого сообщен с первым каналом подачи наддувочного воздуха с установленной в нем первой дроссельной заслонкой, сообщенным с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, перепускной клапан, установленный между выходным коллектором двигателя внутреннего сгорания и выпуском турбины, байпасный клапан, установленный между входом охладителя и входом компрессора, накопитель наддувочного воздуха, сообщенный с входным коллектором двигателя внутреннего сгорания, и блок управления, информационные входы которого электрически связаны с датчиками, установленными на входах компрессора и первой дроссельной заслонки, на входном коллекторе, блоке цилиндров и выходном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, управляющий вход блока управления подключен к датчику акселератора, а управляющий выход подключен к первой дроссельной заслонке, отличающееся тем, что дополнительно содержит второй канал подачи наддувочного воздуха, который соединен с первым каналом подачи наддувочного воздуха перед входом первой дроссельной заслонки и перед входным коллектором двигателя внутреннего сгорания и в котором установлен накопитель наддувочного воздуха, на входе которого установлен первый электромагнитный клапан, а на выходе последовательно установлены вторая дроссельная заслонка и второй электромагнитный клапан, обратный клапан, установленный на выходе первой дроссельной заслонки, первый и второй электронные ключи, сигнальные входы которых подключены к соответствующим управляющим выходам блока управления, а сигнальные выходы подключены к управляющим входам перепускного и байпасного клапанов, контроллер наддувочного воздуха, информационные входы которого подключены к датчикам, установленным на входе первой дроссельной заслонки, входном коллекторе двигателя внутреннего сгорания и накопителе наддувочного воздуха, а управляющие выходы подключены к управляющим входам второй дроссельной заслонки, первого и второго электромагнитных клапанов, первого и второго электронных ключей, соответственно, и информационную шину, соединяющую блок управления и контроллер наддувочного воздуха.A device for controlled turbocharging of an internal combustion engine, comprising a turbocharger having a turbine, the inlet of which is connected to the output manifold of the internal combustion engine, and a compressor, the input of which is connected to the air filter, and the output is connected to the input of the cooler, the output of which is connected to the first charge air supply channel with the first throttle installed in it, in communication with the input manifold of the internal combustion engine, an overflow valve installed between the exhaust manifold of the engine an internal combustion engine and a turbine outlet, a bypass valve installed between the cooler inlet and the compressor inlet, a charge air accumulator connected to the input manifold of the internal combustion engine, and a control unit, the information inputs of which are electrically connected to the sensors installed on the compressor and first throttle inputs , on the input manifold, cylinder block and output manifold of the internal combustion engine, the control input of the control unit is connected to an accelerator sensor, and the control output is connected to the first throttle valve, characterized in that it further comprises a second charge air supply channel, which is connected to the first charge air supply channel in front of the inlet of the first throttle valve and in front of the input manifold of the internal combustion engine and in which the charge air accumulator is installed, on the inlet of which the first solenoid valve is installed, and the second throttle and the second solenoid valve are installed in series at the outlet, the return the first valve installed at the output of the first throttle valve, the first and second electronic keys, the signal inputs of which are connected to the corresponding control outputs of the control unit, and the signal outputs are connected to the control inputs of the bypass and bypass valves, the charge air controller, the information inputs of which are connected to the sensors, installed at the inlet of the first throttle, the input manifold of the internal combustion engine and the charge air accumulator, and the control outputs are connected to the control inputs of the second throttle valve, the first and second electromagnetic valves, the first and second electronic keys, respectively, and the information bus connecting the control unit and the charge air controller.
RU2016103284A 2016-02-02 2016-02-02 Controlled turbocharged internal combustion engine device RU2612538C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016103284A RU2612538C1 (en) 2016-02-02 2016-02-02 Controlled turbocharged internal combustion engine device
PCT/RU2017/000040 WO2017135846A1 (en) 2016-02-02 2017-01-30 Device for the controlled turbocharging of an internal combustion engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016103284A RU2612538C1 (en) 2016-02-02 2016-02-02 Controlled turbocharged internal combustion engine device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2612538C1 true RU2612538C1 (en) 2017-03-09

Family

ID=58459703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016103284A RU2612538C1 (en) 2016-02-02 2016-02-02 Controlled turbocharged internal combustion engine device

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2612538C1 (en)
WO (1) WO2017135846A1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1836577A3 (en) * 1989-02-28 1993-08-23 Man Nutzfahrzeuge Ag Internal combustion engine with gas-turbine supercharging
RU2037630C1 (en) * 1991-12-29 1995-06-19 Рязанское высшее военное автомобильное инженерное училище Device for supercharging internal combustion engine
US20070246008A1 (en) * 2004-10-01 2007-10-25 Knorr-Bremse Systeme Fuer Nutzfahrzeuge Gmbh Method and device for increasing the torque of a reciprocating piston internal combustion engine, in particular of a diesel engine
CN103016139A (en) * 2012-12-04 2013-04-03 哈尔滨工程大学 Sequential turbocharging switching air supplementing device and method of diesel engine
US20130305716A1 (en) * 2012-05-17 2013-11-21 Ford Global Technologies, Llc Boost reservoir and throttle coordination
US20130305718A1 (en) * 2012-05-17 2013-11-21 Ford Global Technologies, Llc Stored compressed air management for improved engine performance

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1836577A3 (en) * 1989-02-28 1993-08-23 Man Nutzfahrzeuge Ag Internal combustion engine with gas-turbine supercharging
RU2037630C1 (en) * 1991-12-29 1995-06-19 Рязанское высшее военное автомобильное инженерное училище Device for supercharging internal combustion engine
US20070246008A1 (en) * 2004-10-01 2007-10-25 Knorr-Bremse Systeme Fuer Nutzfahrzeuge Gmbh Method and device for increasing the torque of a reciprocating piston internal combustion engine, in particular of a diesel engine
US20130305716A1 (en) * 2012-05-17 2013-11-21 Ford Global Technologies, Llc Boost reservoir and throttle coordination
US20130305718A1 (en) * 2012-05-17 2013-11-21 Ford Global Technologies, Llc Stored compressed air management for improved engine performance
CN103016139A (en) * 2012-12-04 2013-04-03 哈尔滨工程大学 Sequential turbocharging switching air supplementing device and method of diesel engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017135846A1 (en) 2017-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1275833B1 (en) IC engine-turbocharger unit for a motor vehicle, in particular an industrial vehicle, with turbine power control
CN1840876B (en) Control apparatus for internal combustion engine and control method for the same
EP3078831B1 (en) Control device for supercharging system
EP1974136B1 (en) Supercharged diesel engines
US6295816B1 (en) Turbo-charged engine combustion chamber pressure protection apparatus and method
RU2612542C2 (en) Engine system, method for turbo-supercharger system and method for supercharged engine with first and second compressors
US20080053091A1 (en) Turbocharging Device and Control Method for Controlling the Turbocharging Device
KR101794365B1 (en) Fresh gas supply device for an internal combustion engine and method for operating said type of fresh gas supply device
CN105697096A (en) Method for controlling an engine braking device and engine braking device
US20120198837A1 (en) Turbocharger control strategy to increase exhaust manifold pressure
KR20020015320A (en) Method and device for regulating the boost pressure of an internal combustion engine
KR101826551B1 (en) Apparatus and method for controlling of engine
EP3051098B1 (en) Twin scroll turbocharger device with improved turbo response
US20100139268A1 (en) Internal Combustion Engine with Two Chargers and Method for Operating Same
EP1948918B1 (en) Method of controlling a turbocharger having a variable-geometry mechanism and a waste gate
CN111042910A (en) Supercharging system for engine and control method
CN101802362A (en) Supercharger controller for internal-combustion engine
US6886335B2 (en) Device for preventing the turbo-charger from over-running
CN102216592B (en) Method of controlling turbocharger speed of a piston engine and a control system for a turbocharged piston engine
US20150144113A1 (en) Method and device for operating an internal combustion engine
KR20120109414A (en) Combustion engine, fresh air system and associated operating method
RU2612538C1 (en) Controlled turbocharged internal combustion engine device
CA2700419A1 (en) Method and device for controlling a suction pressure of an internal combustion engine
CN204851424U (en) Compressed air auxiliary device of pressure boost internal -combustion engine
CN106870176B (en) Method for operating a drive system for a motor vehicle and corresponding drive system

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20180604

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190203