SU579933A3 - Устройство дл наддува двигател внутреннего сгорани - Google Patents

Description

печить запуск двигател  и его экономичную работу на частичных нагрузках, В обводной трубе таких устройств вмест . запорного органа устанавливают орган дрос селировани , подключенный к индикатору режима работы 2, Этот индикатор выполнен в виде подвижной стенки полости,сообщенной с обводной трубой. При повышении давл ни  в трубе стенка перэмешаетс  и смещает оргавсфосселировани  (В сторону уменьшени  проходного сечени . Дросселирующий орган в этих устройствах испытывает действие си лы, пропорциональной перепаду давлений и сочетает функцию дросселировани  с функцией управлени , т.е. не уравновешен. Комп леке дросселирующего и управл ющего орга нов представл ет собой осцилл тор. На некоторых режимах этот осцилл тор может войти в резонанс, что вызывает нестабильнсзЬть аэродинамического потока в обводной трубе и, как следствие, может вызвать пом паж в компрессоре, неустойчивую работу ка меры сгорани  и даже разрушение органа фосселщ}овани , Заксж регулировани  потери напора дР в таком дросселе приблизительно может быт охарактеризован линейной завйЬимостью: дР (хР + /2., Где fb - коэффициент, завис щий от усилв  пружины, Р - давление в трубе перед оргааом дросселе роваыи , . 06 - К08фф1щиент. Причем, ес н коэффициент/3 можно изме н ть путем возае&;тви  на пружину, то коэ фвцйевт оС «фактически не поддаетс  регулсфован ю в завнсит от рабочих параметров двигател . Линейна  зависимость потерн от расхода не совпадает с линией максимальаых КПД компрессора, что снижает эффективность его использовани  с таким саганом щ)осселироваии . Кроме того, перестановочные усили , де ствующие на орган дросселировани , завис т от его размеров. В результа1е этого, ОЛЯ изменени  величины перестановочного усили  необходимо измен ть размеры органа дросселировани . Целью изобретени   вл етс  повышение устойчивости регулировани  режима работы. ДАН достижени  поставленной цели индикатор режима работы выполнен в виде датчика перепада давлений в органе дросселировани . Датчик может быть выполнен в ви де подвижной стенки, размешенной в емкости между отсеками, подсоединенными к участкам трубы, отделенным один от другого органом дросселировани , и соединен с последним при помощи механизма уменьшени  сечени  трубы при уменьшении перепада давлений. Один из отсеков емкости может быть подсоединен к участку трубы, заключенному между органом дросселировани  и воздухонапорным патрубком,  ругой - к источнику эталонного давлени , а к участку трубы, заключенному между органом дросселировани  и газоприемным патрубком турбокомпрессора , подсоединен дополнительный отсек емкости, образованный торцовой стенкой и прикрепленным к подвижной стенке диском увеличенного диаметра. Источник эталонного давлени  может быть выполнен в виде канала, сообщенного с атмосферой, или в виде резервуара, сообщенного с атмосферой при помощи жиклера, снабженного :подвижной иглой, подсоеди- ненный к нему отсек емкости п{4и этом должен быть дополнительно сообщен с обводной трубой пра помощи жиклера посто нного сечени . Подвижна  игла кинематически соединена с датчиком давлени  в трубе. Подвижна  стенка емкости может быть сопр жена с пружиной сжатой при закрытом положении органа дросселировани  и установленной на подвижной опоре, св занной с дополнительным датчиком давлени  в трубе. Механизм уменьшени  сечени  трубы может быть выполнен с гидравлическим ; усилителем импульса перемещени  подвижной стенки. Датчик перепада давлений может быть выполнен в виде преобразователей давлени  в электрические сигналы и соединен с органом дросселировани  при помощи электронного контура управлени  его положением, а последний может быть выполнен с возможностью подключени  его к счетно-вычислительному устройству. На фиг. 1 показана принципиальна  схе- ма предлагаемого устройства; на фиг. 2 орган дросселировани  и механизм управлени  его положением; на фиг. 3 - вариант выполнени  механизма управлени ; на фиг.4характеристика воздушной части турбокомпрессора и характеристики различных щ)осселирующих средств; на фиг. 5- вариант выполнени  органа дросселировани  и механизма управлени  его положением, обеспечивающий почти линейный закон изменени  потери напора, завис щей от давлени  наддува; на фиг. 6 - зависимость площади жиклера с подвижной иглой от давлени  наддува; на фиг. 7 привод органа дросселировани  с гидравлическим усилителем, на фиг. 8 принципиальна  схема органа дросселировани  и электронного контура управлени  его положением; на фнг. 9 - принципиальна  схема органа дросселировш1и  и электронного контура с корректировкой положени  органа щэосселировани  в зависимости от рабочих параметров цвигател ; на фиг. 10 притоипиальна  схема запрограммированной системы электрического регулировани  надд ва используема , в частности, в судовой установке с винтом посто нного шага. Двигатель 1 внутреннего сгорани  может быть четырехтактным с пониженной степенью сжати  (меньше 12), но может бь1ть и иного, в том числе и роторного, типа и с любым иным значением степени сжати .. К его воздушному ресиверу 2 и выхлопному коллектору 3 подключен турбокомпрессор 4, газоприемный и воздухонапорный пат рубки которого сообщены между собой при помощи обводной трубы 5. В трубе жестко на оси установлена поворотна  дроссельна  заслонка 6 (орган дросселировани ). Ось заслонки при помощи рычага 7 соединена с датчиком перепада давлений в органе дросселировани  (варианты выполнени  показань на фиг. 2, 3, 5 и 6): Турбокомпрессор состоит из турбины 8 и компрессора 9, расположенных на обшем валу. Со стороны всасывани  воздуха в компрессор .может быть установлен не показанный на чертеже пусковой электромотор с муфтой сцеплени . Компрессор должен иметь повышенную степень сжати , превышающую 6, При необходимости обеспечени  более высокой степени сжати  (выше 1О) компрессор может быть выполнен многоступенчатым и многокорпусным с промежуточным охлаждением. Дополнительна  камера сгорани  1О питаетс  топливом, поступающим из топливоПровода 11 и обеспечивает повышение температуры газов, поступающих в турбину из коллектора. Количество впрыскиваемого в . камеру топлива дозируетс  управл ющей системой 12, не допускающей падени  давлени  наддува ниже заданного значени . При этом обводной трубопровод посто нно открыт во врем  работы и обеспечивает посто нную перетечку по нему воздуха, не всасываемого двигателем, в турбину, Поворотна  дроссельна  заслонка создает в трубопроводе сопротивление, потер  напора в котором л Р - Pj - РЗ в основном пропорциональна давлению Р, на выходе из компрессора и не зависит от расхода воздуха. Орган дросселировани  может быть выполнен также в виде иных уравновешенных уст ройств, например золотника или шибера. Орган дросселировани  подключен к датчику перепада давлений в нем при помоши органов управлени  его положением. Один из вариантов выполнени  датчика и органов управлени  показан на фиг, 2, Зтн эпе менты представл ют собой корпус и размещенный в его емкости узел, св занный с рычагом 7 и состо щий из подвижных стенок. Подвижный узел состоит и з поршн  13 (или диска) увеличенного диаметра н стенка порщн  14 малого диаметра, соединенных между собой т гой 15, Поршни дел т емкость на три отсека. Поршень 13 увеличенного диаметра образует в корпусе отсек 16, соединенный с участком трубы, заключенным межцу органом дросселировани  и гаэоприемным патрубком турбокомп рессора . Торцова  поверхность поршн  14 малого диаметра отдел ет в корпусе отсек 17, по соециненный к участку трубы, заключенному между органом дросселировани  н воздухонапорным патрубком турбокомпрессора . Заключенный между поршн ми отсек 18 емкости сообщен с атмосферой, в св зи с чем в нем устанавливаетс  эталонное атмосферное давление F , В отсеке 17 расположена возвратна  пружина 19, действующа  в направлении увеличени  проходного сечени  органа дросселировани  с усилием F. Если обозначить через и и S площади торцовых поверхностей поршней 13 и 14, то потер  давлени  Р в органе дросселировани  определ етс  следук цей математической зависимостью: (2) г;; S 5 отображающей линейный закон, Если с атмосферой соединить отсек 17, а отсек 18 - с трубой органом дросселировани  и воздухонапоркым патруб ком турбокомпрессора, то математическа  зависимость изменитс  и примет вид: 3.1Э ± З 2 S При этом линейный закон изменени  Д Р сохранитс , но до тех пор, пока расход будет меньше величины, при которой обусловленна  полным открытием дроссел  величина Д Р становитс  избыточной. На фиг. 3 площадь поршней выполнена одинаковой, но поршень 14 воздействует на поворотную заслонку через более короткий рычаг. При увеличении перепада давлений по об стороны органа дросселировани , усили , действующие на поршни, поворачивают дроссельную заслонку в сторону увеличени  проходного сечени . При уменьшении перепада

7

давлений сечение трубы уменьшаетс . Таким образом, механизм управлени  положением органа дросселировани  представл ет собой механизм уменьшени  сечени  трубы при уменьшени  перепада давлений. Минимальное сечение трубы регламентируетс  характеристиуой возвратной пружины 19. На фиг. 4 представлена граница помпажа Т, соответствующа  характеристике напор-расход компрессора. Использование линейной зависимости потери напора в органе дросселировани : допускает две возможных линии совместной работы: характеристику С | , расположенную далеко от границы помважа и в зоне низких КПД компрессора харктеристику С расположенную в зоне максимальных КПД компрессора,  р Пересекающую границу помпажа. Дл  решени  вытекающей ий фиг. 4, дилеммы MOikHO использовать вариант выполн ки  предлагаемого устройства, представленный на фиг. 5. Отсек 18 непосредственно соединен с участком трубы, заключенным между органом дросселировани  и воздухонапорным патрубком, и давление в- нем райно давлению Rj . С этим же участком трубы при помощи жиклера посто ннгого сечени  20 сообщен отсек 17. Кроме того, отсек 17 дополнительно сообщен с атмосферой при помощи жиклера 21, снабженного подвткной иглой 22. Таким образом, отсек 17 практически объединен с резервуаром эталонного давлени , измен хнцегос  в первом приближении а соответствии с зависимостью: или: .P..Po(l-K|l), где S« и tij- площади жикле эов, К - коэффициент пропорциональг ности. В этих услови х потер  напора может быть определена из выражени : ЛРи Pr i-Ps окончательно: (-4;h-tMf-4:) Др.о.|1,,./,|.

Сечение или сечеиие Sy. авис т от рабочих параметров двигател , учитываемых при желании модифицировать коэффи- 60

8

циенты линейного закона. На фиг. 5 жиклер 2.1 выполнен в виде отверсти  в жесткой коробке, а игла 22 спрофилирован н прикреплена к торцовой стенке сильфона 23,

Claims (2)

1. Oj сообщенного с обводной трубой и выполн ющего роль датчика давлени  в трубе. Профиль иглы и характеристика сильфоне определ ют характер изменени  проходного сечени  жиклера в зависимости от давлени  в трубе, например, по кривой, приведенной на фиг. 6. Можно установить и другие жиклеры , реагирующие на иные параметры двигател . Чтобы воздействовать на коэффициент . /Э , можно делать опору пружины 19 подвижной , перемещающейс  в зависимости от одного из параметров двигател . Например, можно заменить пружину 19 пружиной 24, показанной на фиг. 2 пунктиром, расположен ной на подвижной стенке 25, полости 26, подключенной к трубе. В этом случае коэффициент ft зависит от давлени  Pg в трубе, в предлагаемом устройстве (фиг. 27 3,5) источником перестановочного усили   вл етс  перепад давлений. Однакой дл  большей четкости можно применить гидравлический усилитель импульса перемещени  подвижной стенки (поршн ) как показано на фиг. 7, Подвижный узел св зан не с рычагом 7, а с иглой 26, перемешающейс  в неподвижной насадке с целью изменени  проходного сечени . Насадка размещена в магистрали выпуска масла из цилиндра 27, питаемого через жиклер 28 от насоса 29 посто нного давлени . Положение иглы определ ет величину давлени  в цилиндре, действующего на сило вой поршень ЗО, управл ющий через рычаг 7 закрытием органа дросселировани  6, Пружина 31 преп тствует перекрытию сечени . Подвижный узел jможет управл ть не пропускным сечением гидроусилител , а какимн1ибо датчиком, например ползунком электрического потенциометра, как показано на фиг. 8. Орган дросселировани  а этом случае будет управл тьс  электрическим приводом . Такое устройство позвол ет обеспечить любой закон изменени  напора в органе дросселировани  в зависимости опт давлени  в трубе. Сигналы от датчиков 32 и 33 через предварительные усилители 34 и 35 и сопротивлени  36 и 37 поступают на входы дифференциального усилител  38, привод щего в движение орган дросселировани  6. Электродвигатель 39 привода органа дроссе-i лировани  устанавливаетс  уравновешенное положение всоответствии с выражением: 9 .579 ксугврое и определ ет потерю напора Коэффициенты Kj и этом Выражешгй регулируютс  возаействием на сопротивлени  36 и 37. Как было показано выше, нелинейный закон изменени  д Р может оказатьс  предпочтительным . Наиболее простым решением этой задачи было бы воздействие на величину сопротивлений 36 и 37. Могут быть и более сложные цепи регулировани . В общем случае усилители могут обеспечить любой желательный закон передачи. В практических услови х дл  этого может быть подключено счетно-вычислительное устройство, управл ющее положением органа дросселировани  в зависимЬсти: от первой входной величины, образованной давлением в обводном трубопроводе; от второй входной величины, отражаквдей соотношение между расходом через обводной трубо-/ провод и 1производительностьюкомпрессора (эта втора  величина может быть выведена из р да параметров двигател ). На фиг. 9 показан пример выполнени  устройства, в котором орган дросселирова .ни  выполнен в виде шибера 40, управл вмого контуром, в котором одной входной величиной служит давление Р , а второй расход воздуха Q через обводную трубу. Шибер расположен в  чейке трубы. Можно рассчитать профиль шибера и профиль  чейки таким образом, чтобы сечевие дл  прохода воздуха (з мен лось в зависимости от смещени  шибера, начина  от величины полного открыти , по закону: ,(р/е,) где йо и PJ, - константы. Такой закон iизменени  облегчает управление , но об зательным не  вл етс . Потер  напора в таком устройстве в основном пропорциональна квадрату отношени  массового расхода к проходному сечению и определ етс  выражением: (Я//0-Д-Р) где Я -  вл етс  более или менее посто н ной величиной. Чувствительный к величине давлени  эле мент 41 смешает движок потенциометра 42, сопротивление которого вследствие пропорционально давлению Pg .- Информаци  о расходе поступает из трубки Пито 43 через чувствительный элемент 44. Разница между статическим и динамическим давлени ми на выходе из трубки Пито определ ет с  следующим выражением; 31О  -Kf где К - посто нна , Q - массовый расход, р - плотность воздуха. Капсула чувствительного элемента 44 управл ет потенциометром 45, сопротивление которого вследствие этого пропорционально| отношению Q//О Потенциометры 42 и 45 установлены во входных контурах соответствующих рабочих усилителей 46 и 47, которые воздействуют, аналоговый мультипликатор 48. Реверсивный мотор 49 перемещает одновременно шибер 40 и движок потенциометра 50, установленного во входном контуре усилител  Выходные напр жени  усилител  51 и мультипликатора 48 через дифференциальный усилитель 52 поступают к мотору 49. Представленный на фиг. 9 электронный управлени  положением органа дросселиР° ««« позвол ет обеспечить требуемый изменени  потерн напора в зависимости Работы двигател , т.е. в частном обводную труоу. Система привода может быть упрощена при наличии двух - или однозначной зависи-j мости между числом оборотов двигател  и давлением Pg , когда расход воздуха в трубе зависит только от Р2 . В этом случае положение шибера может определ тьс  кон- туром, имеющим форму открытой петли, единственный входной параметр которой определ етс  давлением Р , Это относитс , в частности , к работе двигател  с посто нной скоростью (дизель-генераторна  станци ) „ли в случае т гового двигател  (двигател , У которого произведение момент на скорость измен етс ) или к двигателю, соединенному с винтом или насосом посто нного шага . В качестве примера такой упрошенной схемы на фиг. 10 приведена электрическа  схема регулировани  дл  судовой установки. Состав электронного контура сводитс  здесь к чувствительному (Лементу 53, реа гируюшек у на измепение давлени , воздействуюшему через усилитель 54 и привод 55 на положение органа дросселировани  6. Все рассмотренные варианты реализации предлагаемого те ического решени  по еврей компоновке отличаютс  от известных и основаны на использовании перепада дав- .лений в качестве управл ющего импульса и на разделении функций дросселировани  и функций управлени . 1157 В результате этого предлагаемое устройство повышает устойчивость регулировани  режима работы цвигател . Формула изобретени  Устройство дл  наддува двигател  внутрен него сгорани , содержащее подключенный к воздушному ресиверу и выхлопному коллектору турб«жомпрессор, газоприемный и воздухо напорный патрубки которого сообщены между собой при помоши обводной трубы и ус гановлёнвого в нейуравновешенного органа дросселирова{ш подключенного к индикатору режима работы, отличающеес  тем. что, с целью повышени  устойчивости регулироваки  режима работы, индикатор выполвен в вкпе датчика перепада давлений в органе оросселнровани . 2, Устройство по п. 1, отличающ в е с   тем, что датчик перепада давлений &ыпо1щер в виде подвижной стенки, размещ   в емкости между отсеками, подсоедан шым к участкам , отделенным одни fff крутого органом дросселировани , и соедсшюа с последним при помощи механизма ум ьшавв  сечени  трубы при уменьшении пере аоа давленни, 3, Устройство по Ш1, 1-2, отличаю щеес  тем, ЧТО один из отсеков емкости ц « ч, а 1с,«., п.« ина  ш: uiv.cn.wt. .™л1л.и йо сое шев Е участку трубы, заключенному между органом дросселировани  и воздухонапорвым патрубком, другой - к источнику эталонвсго давлени , а к участку трубы, закпючекному между органом дросселировани  и газопрнемным патрубком турбокомпрессора , подсоединен дополнительный отсек емкости, образованный То цовой. стенкой и прикреплевыым к подвижной сотенке диском увелвчевного .диаметра. 4, Устройство по пп. 1-, о т л и ч а б щ е е с   тем, что источник эталонного давлени  выполнен в виде канала, сообщенного с атмосферой. 3312 S, Устройство по пп. 1-3, отличающ е е с   тем, что источник эталонного давлени  выполнен в виде резервуара, сообщенного с атмосферой при помоши жиклера, снабженного подвижной иглой, а подсоединенный к нему отсек емкости дополнительно сообшен с обводной трубой при помощи жиклера посто нного сечени . б. Устройство по п. 5, о т л н ч а юш е е с   тем, что .подвижна  игла кинематически соединена с датчиком давлени  в трубе, 7. Устройство по пп. 1- 6. о т л и ч а кк с   тем, что подвижна  стенка ем««сти сопр жена с пружиной, сжатой при закрытом псшожении органа дросселировани . 8,Устройство по п. 7, о сличающ е в с   тем, что пружвда уерадс)йлвна на подв{1жной опоре, св занной с дополнительным датчиком давлени  в трубе. 9,Устройство по п. 2, о т л и ч а ющ е е с   тем, что механизм умеаьшенн  сечени  трубы выполнен с гидравлическим усилителем импульса перемещени  подвижУ ствнки, 10, Устройство по п, 1, о т л и ч а ющ е е с   тем, что датчиж перепада давлений выполнен в виде преобразователей давлони  В элвктрические сигналы и соеди дросселировани  при помоши электронного контур  управлени  его положением . 11, Устройство по п, 1О, о т л и ч а 1Фщ е е с   тем, что электронный контур управлени  выполнен с возможностью подклю- чёни  к счетно-вычислительному устройству. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1,Патент США Ml 3676999, кл, 60-13, 1972.
2. 2.Патент Швейцарии № 565940, кл. Г 02 В 37/00, 1975.

   .

   12

   / 1

   Фиг.Г

   -I

   7/ ,

   fPut.s

   -В

   Vut-S

   r

   1

   ,

   /

   TO) I

   -V i

   да

   /

   да

   JT

   -4