RU28894U1 - Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания - Google Patents

Description

F02B 37/02 12

22

УСТРОЙСТВО для НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНР1Я

Решение относится к двигателям внутреннего сгорания, в частности поршневым двигателям с турбокомпрессорами, приводимыми в действие энергией выхлопных газов, преимущественно к устройствам регулирования турбин турбокомпрессоров путём изменения поперечного сечения каналов, подводящих газ.

Широко известны быстроходные турбопоршневые двигатели с воспламенением от сжатия (см. например, Портнов Д. А. Быстроходные турбопорщневые двигатели с воспламением от сжатия, М. Мащгиз, 1963). Одним из эффективных способов повышения мощности этих двигателей является наддув (см. например, Симеон А. Э. и др. Турбонаддув высокооборотных дизелей, М. Машиностроение, 1976), то есть подача в цилиндр двигателя на такте впуска воздуха под повьппенным давлением. Преимущественное распространение получил газотурбинный наддув, при котором повьппение давления осуществляют сжатием воздуха в компрессорной ступени, соединенной с турбинной ступенью турбокомпрессора, использующей энергию выхлопных газов.

В упомянутых источниках описаны многочисленные конструкции для турбонаддува двигателей внутреннего сгорания. Помимо них известны: двигатель с турбонаддувом по FR 827562; регулирующий механизм по US 2247151; устройство управления по US 2491380; устройство управления двигателем внутреннего сгорания с наддувом по WO 89/11027; дизельный двигатель по DE 839882; двигатель внутреннего сгорания с турбонагнетателем по JP 55-16986 и комбинированный двигатель внутреннего сгорания по JP 59-45807, а также система наддува двигателя внутреннего сгорания по JP 54-137420 и средства для управления давлением наддува (JP 57-65013, 60-6019 и UK 2155996).

Одно из эффективных средств регулирования пропускной способности турбинной ступени турбокомпрессора - применение регулирующего органа в канале подвода выхлопных газов к турбине. К их чис.пу можно отнести: турбонагнетатель для автомобилей по US 2434726 и 2508311; средства по US 2731792 и 3568434, направленные на повышение надежности пуска двигателя; устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания по SU 377533 и по FR 2528112, а также турбонагнетатель двигателя внутреннего сгорания по UK 1426554 и устройство турбинной ступени для воздухонагнетателя по JP 59-1332. Помимо регулирующих органов используют и управляющие органы (JP 59-11730)

Другое средство основано на применении по крайней мере двух каналов подвода выхлопных газов к турбинной ступени турбокомпрессора. К таким конструкциям можно отнести системы двигателя по US 2582916, DE 1260871, FR 1314780 и 2587411, UK 1540194 и JP 52-60314 и 52-76776; турбонагнетатели по UK 1598617 и JP 56-1457; двигатель с турбонагнетателем по JP 59-7009, а также коллектор для выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания по ЕР 20744.

Предприняты попытки размещения управляющего и регулирующего органов в одном из упомянутых каналов. К ним относятся: управление заслонкой турбонагнетателя по US 3365878; выхлопной трубопровод с двумя каналами для двигателя внутреннего сгорания с турбокомпрессором по DE 1576356; двухтурбинный турбонагнетатель по US 4339922; система управления для нагнетателя по ЕР 40814; выхлопное устройство для многоцилиндрового двигателя с турбонагнетателем по JP 59-5774; двигатель внутреннего сгорания с турбонаддувом по ЕР 48027; турбонагнетатель по DE 3302186 для двигателя внутреннего сгорания, имеющий раздельные внутренний и внещний входные спиральные каналы и заслонку, изменяющую площадь проходного сечения внещнего канала.

В некоторых случаях для изменения давления на входе в турбину используют качающиеся заслонки: радиальная турбина переменной производительности с улиточным кожухом, имеющим регулируемый вход, по JP 60-6020; многоцилиндровый поршневой двигатель внутреннего сгорания с преобразователем импульсов по DE 3343429; преобразователь импульсов давления для выпускной системы двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом по SU 1240933; преобразователь импульсов давления для выпускной системы двигателя внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом по SU 1455003; управление турбиной турбонагнетателя двигателя транспортного средства по UK 2169349.

Известны механизмы для закрытия одного из окон: турбонагнетательная система для двигателя внутреннего сгорания по US 3557549; турбонагнетатель для двигателя внутреннего сгорания по ЕР 196183; турбонагнетатель с изменяемым объемом по US 4719757; турбонагнетатель по JP 60-128931; способ управления турбонагнетателем по US 4794758; турбонагнетатель переменной производительности по ЕР 208248; комбинированный двигатель внутреннего сгорания по ЕР 219772; устройство управления для турбокомпрессора с переменной производительностью по DE 3531296; двигатель внутреннего сгорания по SU 1698467; двигатель внутреннего сгорания с турбонагнетателем по WO 99/19613; система наддува для двигателя внутреннего сгорания по DE 19754196.

Одним из вариантов выполнения механизма для закрытия являются щиберные заслонки, такие как в выпускном устройстве двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом по JP 61-38330, в устройстве для уменьщения сжатия в двигателе внутреннего сгорания с турбонаддувом по US 4474006 и в турбонагнетателе по JP 60153430.

Упомянутые выше устройства либо громоздки (UK 1540194 и SU 1698467), либо малонадежны (FR 827562, US 2247151, US 2434726, JP 59-11730, UK 2169349 и JP 60128931), либо сложны в изготовлении (US 2491380, JP 59-45807, US25083n, US 2582916, DE 1260871, US 3365878, DE 3302186, EP 196183 и JP 60-128931), либо малоэффективны в эксплуатации (JP 55-16986, US 2731792, FR 2528112, UK 1426554 и JP 59-1332). Их наличие не всегда приводит к объявленному эффекту (SU 377533, FR 1314780, JP 5260314 и 52-76776, US 4339922, DE 3343429, SU 1240933 и SU 1455003). Оптимальным можно считать их выполнение в виде шиберной заслонки (JP 61-38330, US 4474006, JP 60-153430 и DE 19645713). Тем не менее ни в одном из рассмотренных случаев не приведено простой и надежной констрзтсции, KOTOPJTO можно изготовить с малыми затратами и эффективно использовать.

Известны устройства для наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащие связанный с выпускным коллектором корпус турбокомпрессора, в котором размещены компрессор и турбина, приводимая во вращение вьгхлопными газами, поступающими в ее улитку из коллектора через регулирующий узел с заслонкой, совершающей возвратнопоступательное движение (см. например ЕР 42335).

в данном случае заявлен двигатель внутреннего сгорания, при этом заявитель для повышения его надежности выполнил перепускной канал между патрубками турбокомпрессора с возможностью перекрытия. Такое выполнение в одном из положений заслонки привело к прекращению подачи выхлопных газов в улитку турбины, что заметно усложнило конструкцию. При подаче воздуха в улитку турбины конструкция усложнена в еще больщей степени.

Особо следует отметить усложнение регулирующего устройства из-за необходимости обеспечения фиксированного положения четырех ходового распределителя, в частности его золотника - заслонки при упомянутых режимах, а также стремления обеспечить режимы многочисленными элементами системы управления и фиксации. В данном случае каждое ухищрение по существу является лищним, поскольку, например, подача выхлопных газов в улитку турбины осуществлена через втулку, а форма ее и размеры не позволяют достичь эффекта, ради которого предприняты упомянутые ухищрения. К тому же это усложнило конструкцию и снизило надежность. Очевидно, введение дополнительных средств привело к заметному увеличению затрат на изготовление и потребовало дополнительных расходов в эксплуатации.

Заслонка размещена в корпусе, закрепленном внутри впускного трубопровода двигателя, а это вызывает нежелательный эффект подогрева выхлопными газами свежего заряда. Несмотря на наличие многих элементов управления заслонкой, нет ее надежной фиксации и регулировки.

Задача - создание эффективной, надежной и простой конструкции устройства для регулирования пропускной способности турбины турбокомпрессоров, используемых для наддува двигателей внутреннего сгорания, при малых затратах на изготовление.

Создание эффективной, надежной и простой конструкции указанного устройства для двигателей внутреннего сгорания при малых затратах на изготовление достигнуто рациональным выполнением проходного сечения регулирующего узла.

Для этого в устройстве для наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащем связанный с выпускным коллектором корпус турбокомпрессора, в котором размещены компрессор и турбина с двухканальной улиткой, приводимая во вращение выхлопными газами, поступающими из выпускного коллектора через регулирующий узел с заслонкой, совершающей возвратно-поступательное движение, регулирующий узел выполнен с изменяющимся по ходу движения выхлопных газов проходным сечением.

Выполнение регулирующего узла с изменяющимся по ходу движения выхлопных газов проходным сечением в устройстве для регулирования наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащем связанный с выпускным коллектором корпус турбокомпрессора, в котором размещены компрессор и турбина с двухканальной улиткой, приводимая во вращение выхлопными газами, поступающими в ее улитку из коллектора через регулирующий узел с заслонкой, позволит создать эффективную, надежную и простую конструкцию устройства при мальгх затратах на его изготовление, поскольку рационально выполнено проходное сечение регулирующего узла.

Эффективность конструкции определяется в частности тем, что заслонка выполнена с профилированной поверхностью, а это позволяет выхлопным газам поступать к турбине с минимальными потерями энергии.

Регулирующий узел выполнен с демпфирующей полостью, заполняемой выхлопными газами. При таком выполнении регулирующего узла значительно снижается величина колебаний заслонки из-за воздействия на неё высокоскоростного пульсирующего потока газа, повыщается надёжность регулирующего устройства в целом и существенно улучщается аэродинамика течения потока газа.

Ш) и i

Заслонка размещена в корпусе, а это заметно упростило конструкцию устройства.

Регулирующий узел установлен между вьшускным коллектором и корпусом турбокомпрессора, а это надёжно.

Регулирующий узел снабжен экраном, позволяющим защитить исполнительный механизм устройства от температурного воздействия выхлопных газов, что повьппает надёжность функционирования устройства.

Экран размещен между фланцем и втулкой, что просто и надёжно.

На втулке закреплено основание исполнительного механизма, а это просто и не сопряжено с заметньми затратами в производстве.

Во втулке вьщолнено окно для доступа к гайке, вращением которой обеспечена регулировка устройства, что эффективно.

Изображено:

на фиг. 1 - устройство;

на фиг. 2 - регулирующий узел.

Устройство содержит турбокомпрессор 1 (фиг. 1). Турбокомпрессор 1 связан с вьщускным коллектором 2. В корпусе турбокомпрессора 1 размещены компрессор 3 и турбина 4. Турбину 4 приводят во вращение выхлопные газы 5, которые поступают в двухканальную улитку 6 турбины 4 из коллектора 2 через канал 7 регулирующего узла 8.

В регулирующем узле 8 расположена заслонка 9, которая имеет возможность перемещения из одного крайнего положения - полного перекрытия канала 10 турбины 4, во второе крайнее положение - полного открытия этого канала. Заслонка 9 вьшолнена с профилированной поверхностью 11. Тем самым заслонка 9 обеспечивает рациональное изменение проходного сечения регулирующего узла по ходу движения выхлопных газов 5.

Выполнение регулирующего узла 8 с изменяющимся по ходу движения выхлопных газов 5 проходным сечением в устройстве для регулирования наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащем связанный с вьшускным коллектором 2 корпус турбокомпрессора 1, в котором размещены компрессор 3 и турбина 4, приводимая во вращение выхлопными газами 5, поступающими в ее улитку 6 из коллектора 2 через канал 7 регулирующего узла 8, позволит создать эффективную, надежную и простую конструкцию устройства при малых затратах на его изготовление, поскольку рационально выполнено проходное сечение регулирующего узла 8.

Регулирующий узел 8 вьщолнен с демпфирующей полостью 12, заполняемой выхлопными газами. При таком вьшолнении регулирующего узла 8 значительно снижается величина колебаний заслонки 9 из-за воздействия на неё пульсирующего потока выхлопных газов в канале 7, повьппается надёжность регулирующего устройства в целом и существенно улучшается аэродинамика течения выхлопных газов в канале 7.

Заслонка 9 размещена в корпусе узла 8 , что заметно упростило конструкцию устройства.

Регулирующий узел 8 установлен и надёжно закреплен между вьщускным коллектором 2 и корпусом турбокомпрессора 1.

Регулирующий узел 8 снабжен экраном 13 (фиг. 2). Экран 13 защищает исполнительный механизм 14 устройства от температурного воздействия выхлопных газов 5, что повьппает надёжность функционирования устройства.

Экран 13 размещен между фланцем 15 и втулкой 16, что просто и надёжно.

iM)t U

Во втулке 16 вьшолнено окно 18 для доступа к гайке 19. При вращении гайки 19 обеспечивается регулировка устройства, что эффективно.

Устройство функционирует так.

При работе двигателя в области низких и средних скоростных режимов заслонка 8 устанавливается исполнительным механизмом 14 в крайнее правое положение, перекрьшая канал 10 турбины 4. Выхлопные газы из вьшускного коллектора 2 поступают в открытый канал турбины 2. Благодаря уменьшению пропускной способности турбины

4на 35...40 % турбокомпрессор работает с высокой частотой вращения компрессора 3 и турбины 4 , обеспечивая более высокое давление наддува и тем самым необходимую потребность двигателя в воздухе на этих режимах.

Система турбонаддува работает с высокой эффективностью, так как течение газов

5в регулирующем узле 8 происходит с минимальными потерями.

В области высоких скоростных режимов работы двигателя с полной нагрузкой необходимо ограничивать рост давления иаддзва и тем самым частоты вращения ротора турбокомпрессора 1. Поэтому на определённом скоростном режиме работы после того, как давление наддува достигнет заданной величины, исполнительный механизм 14 начинает перемещать заслонку 9 в регулирующем узле 8, обеспечивая открытие канала 10 турбины 4. Пропускная способность турбины 4 начинает постепенно увеличиваться, ограничивая рост частоты вращения ротора турбокомпрессора 1 и давления наддува. На номинальном режиме работы двигателя с полной нагрузкой заслонка 9 перемещается в крайнее левое положение, показанное пунктирной кривой на фиг.1, полностью открьшая канал 10 турбины 4.

Так как заслонка 9 постоянно прижата давлением газа к корпусам регулирующего узла 8 и турбокомпрессора 1, воздействие на неё пульсирующего потока выхлопных газов 5 демпфируется благодаря трению. Кроме того роль демпфера выполняет полость 12 между заслонкой 8 и фланцем 15, заполненная выхлопными газами 5.

Таким образом, предлагаемое техническое рещение позволяет существенно снизить величину колебаний заслонки 9 при воздействии на неё пульсирующего потока выхлопных газов 5, что повышает надёжность исполнительного механизма 14 и регулирующего устройства в целом.

1 У-

Claims (9)

1. Устройство для наддува двигателей внутреннего сгорания, содержащее связанный с выпускным коллектором турбокомпрессор, турбину которого приводят во вращение выхлопные газы, поступающие в ее улитку из выпускного коллектора через регулирующий узел с заслонкой, совершающей возвратно-поступательное движение, отличающееся тем, что регулирующий узел выполнен с изменяющимся по ходу движения газов проходным сечением.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проходное сечение регулирующего узла образовано профилированной поверхностью заслонки.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регулирующий узел выполнен с полостью.

4. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что заслонка размещена в корпусе.

5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что регулирующий узел установлен между выпускным коллектором и турбокомпрессором.

6. Устройство по пп.1-5, отличающееся тем, что регулирующий узел снабжен экраном.

7. Устройство по пп.1-6, отличающееся тем, что экран размещен между фланцем и втулкой.

8. Устройство по пп.1-7, отличающееся тем, что на втулке закреплено основание исполнительного механизма.

9. Устройство по пп.7 и 8, отличающееся тем, что во втулке выполнено окно для доступа к регулировочной гайке.