Система наддува двигателя внутреннего сгорания

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

mu 4 F 02 В 37 00 F 02 Р 23 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1 a(-.-..

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ 1ц

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 38301 73/25-06 (22) 25.12.84 (46) 07.06.86. Бюл. № 21 (71) Центральный научно-исследовательский дизельный институт (72) Б. М. Борецкий и С. С. Соколов (53) 621.43.052 (088.8) (56) Заявка Франции № 2472082, кл. F 02 В 37/00, опублик. 1981.

Патент СССР № 698543, кл. F 02 В 37/00, 1979. (54) (57) СИСТЕМА НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержагцая свободный турбокомпрессор, подсоединенный через воздухонапорный патрубок и газоприемное отверстие к цилиндрам двигателя, обводной трубопровод, подключенный к воздухонапорному патрубку и газоприемному отверстию турбокомпрессора, дополнительную камеру сгорания, установленную в свободном трубопроводе, орган изменения расхода топлива в дополнительной камере сгорания, подсоединенный через входÄÄSUÄÄ 1236131 А1 ное отверстие к топливному насосу, а через выходное — к дополнительной камере сгорания, и дроссель первичного воздуха, установленный в обводном трубопроводе и подключенный к регулятору степени повышения давления наддува и к органу изменения расхода топлива в дополнительной камере сгорания, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, орган изменения расхода топлива выполнен в виде регулируемого дросселя, снабженного плунжером, наружной подвижной соосной втулкой и двумя сильфонами, разделенными перегородкой, снабженной дроссельным отверстием и перепускным клапаном, а плунжер и подвижная втулка выполнены с каналами, подсоединенными к входному и выходному отверстиям органа изменения расхода топлива, причем дроссель первичного воздуха подключен к органу изменения расхода топлива через его плунжер, наружная втулка подсоединена к одному из сильфонов, а другой сильфон подсоединен к воздухонапорному патрубку турбокомпрессора.

123613!

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению, и может быть применено в двигателях внутреннего сгорания с газотурбинным наддувом и с дополнительной камерой сгорания.

Цель изобретения — повышение эффективности путем стабилизации коэффициента избытка воздуха и повышения КПД в области режимов малых и средних нагрузок при пониженных частотах вращения вала двигателя.

1О

На чертеже представлена принципиальная схема системы наддува двигателя внутреннего сгорания.

Система наддува содержит свободный турбокомпрессор 1 с воздухонапорным пат15 рубком 2 и газоприемным отверстием 3, обводной трубопровод 4, дополнительную камеру 5 сгорания, орган 6 изменения расхода топлива в дополнительной камере 5 сгорания, дроссель 7 первичного воздуха и регулятор 8 степени повышения давления наддува.

Турбокомп рессор 1 подсоединен через воздухонапорный патрубок 2 и газоприеM ное отверстие 3 к цилиндрам двигателя 9.

Обводной трубопровод 4 подключен к воздухонапорному патрубку 2 и газоприемному отверстию 3 турбокомпрессора 1. Дополнительная камера 5 сгорания установлена ь обводном трубопроводе 4. Орган 6 изменения расхода топлива подсоединен через входное отверстие 10 к топливному насосу 11, зо а через выходное отверстие 12 — к камере 5 сгорания, Дроссель 7 первичного воздуха установлен в обводном трубопроводе 4 и подключен к регулятору 8 степени повышения давления наддува и к органу 6 изменения расхода топлива.

Орган 6 изменения расхода топлива выполнен в виде регулируемого дросселя, снабженного плунжером 13, наружной подвижной соосной втулкой 14 и двумя сильфонами 15 и 16, разделенными перегородкой 17, снабженной дроссельным отверстием 18 и 4р перспускпым клапаном 19. Плунжер 13 и подвижная втулка 14 выполнены с каналами

20 и 21, подсоединенными к входному и выходному отверстиям 10 и 12 органа 6 изменения pacxo;la топлива. Дроссель 7 Ilepвичного воздуха подключен к органу 6 изменения расхода топлива через его плуllжер 13, наружная втулка 14 подсоединена к одному из сильфонов 15, а другой сильфон

16 подсоединен к воздухонапорному патруоку 2 турбокомпрессора 1.

Камера 5 сгорания снабжена огневой зоной 22, форсункой 23, воздушными каналами 24, перепускным трубопроводом 25 и дроссслем 26 перепуска воздуха. Плунжер 3 органа 6 изменения расхода топлива подключен к дросселю 7 через систему рычагов

27, а регулятор 8 степени повышения наддува подсоединен через сервомотор 28 к системе рычагов 27.

Система наддува работает следующим образом.

В период предпусковой подготовки двигателя 9 систему наддува выводят в автономный режим, для чего с помощью пускового устройства (Ife показано) раскручивают турбокомпрессор 1 и подают топливо с помощью насоса 11 в камеру 5 сгорания. Топливо из бака поступает в насос 11 и по трубопроводу поступает во входное отверстие

10 органа 6 изменения расхода топлива, откуда попадает в канал 20 втулки 14 и далее через косой продольный паз истекает в канал 2! плунжера 13, откуда через канал 20 во втулке 14 и отверстие в корпусе органа

6 топливо поступает в форсунку 23 и распыливается ею в огневой зоне 22 камеры 5 сгорания.

Дроссели 7 и 26 предепьно открыты, и распыливаемое топливо поджигают в потоке первичного воздуха, поступающего из турбокомпрессора 1 по воздухонапорному патрубку 2 на вход камеры 5 сгорания. Высокотемпературные продукты сгорания истекают из огневой зоны 22 и смешиваются с потоком воздуха, нагнетаемым турбокомпрессором 1 по перепускному трубопроводу 25 в полость камеры 5 сгорания и являются вторичным всздухом, т. е. разбавляюгцим. Смесь продуктов сгорания с вторичным воздухом поступает в газоприемное отверстие 3 турбокомпрессора 1 и создает в турбине избыточнук) работу, позволяющую отключить пусковое устройство турбокомпрессора 1 и раскрутить ротор до такой частоты, при которой обеспечивается заданная пусковыми условиями двигателя (степень сжатия и атмосферной температурой) минимальная степень повышения давления в компрессоре турбокомпрессора 1 (Лк ° íí), при достижении кОтОрой включается в работу регулятор 8 давления наддува.

Если при раскрутке ротора турбокомпрессора 1 сервомотор 28 выводил .:а упор, обеспечивая полное открытие дросселя 7 первичного воздуха и максимальное проходное сечение в органе 6 изменения расхода топлива (в зазоре между I:àçoì плунжера

13 и канавкой втулки 14), при достижении величины П,,:: (или измеряемого ее эквивалента -- величины давления наддува

Р„), а теvl более при превышении этой величины, регулятор 8 госылает сервомотору

28 команду на уме.,::=»lfå пасхода топлива (и первичного воздуха) в камере 5 сгорания, в результате чего проходное сечение в дросселе 7 и в органе 6 с помощью системы рычагов 27 несколько уменьшается и поддеоживается на заданном уровне.

При этом втулка 14 органа 6 изменения расхода топлива в результате предварительной настройки затяга пружины устанавливается в таком равновесном положении, что при действии на стенку сильфона 16

1236131 з давления P „» между проходным сечением дросселя 7 и расходом топлива форсункой

23 устанавливается зависимость, обеспечивающая оптимальный коэффициент избытка первичного воздуха а > (в огневой зоне 22 камеры 5 сгорания). Арретирование связи втулки 14 с сильфоном 16, осуществляемое с помощью промежуточного звена — сильфона 15, вязкой жидкости и дроссельного отверстия 18, устраняет опасность потери устойчивости в процессе динамического регулирования давления наддува, в котором эта связь является положительной обратной связью.

После запуска двигателя 9 при его работе на холостых ходах и самых малых нагрузках в зависимости от частоты вращения коленчатого вала в дросселе 26 в той или иной мере уменьшается проходное сечение с помощью регулятора перепуска воздуха (не показан), а в связи с подачей на турбину турбокомпрессора 1 выпускных газов из двигателя 9 регулятор 8 давления наддува, воздействуя на сервомотор 28 и систему рычагов 27, несколько уменьшает проходное сечение в дросселе 7 и в органе 6 (перемещением плунжера 13) для сохранения поддерживаемого давления наддува

Ркмин .

При этом втулка 14 остается неподвижной и сохраняется первоначальная зависимость F, = К Д., а вследствие этого и а = const, где Fi — площадь проходного сечения дросселя 7, g- — расход топлива.

В случае резкого приема полной нагрузки двигателем 9 регулятор 8 вырабатывает команду на увеличение проходных сечений в дросселе 7 и в органе 6 изменения расхода топлива, однако, если втулка 14 остается неподвижной, при возрастании Пк и плотности нагнетаемого турбокомпрессором 1 воздуха сечение в дросселе 7 избыточное, коэффициент а> возростает и камера 5 сгорания угасает, что в случае пониженных частот вращения коленчатого вала приводит к дымлению, перегреву и отказу в приеме нагрузки.

При росте давления наддува Р, действующего на стенку сильфона 16, между внутренними полостями сильфонов 16 и 15 нарастает перепад давлений вследствие дросселирования при перетекании жидкости через малое дроссельное отверстие 18. При достижении заданного (допустимого) перепада давлений срабатывает перепускной (предохранительный) клапан 19 и жидкость через большое отверстие свободно перетекает из сильфона 16 в сильфон 15, который перемещает втулку 14 и сжимает пружину. Характеристика пружины должна быть подобрана с учетом профиля косого паза на плунжере 18 и диапазона изменения давлерия наддува Р,. Указанное перемещение втулки 14 приводит к увеличению проходного сечения в органе 6 изменения расхода топ5

Зо

55 лива и росту расхода топлива в камере 5 сгорания при неизменном проходном сечении дросселя 7 первичного воздуха. Этим корректируется зависимость F< — — Ki Я и восстанавливается первоначальное значение а — — const в огневой зоне 22.

Если к концу переходного режима двигателя 9 давление Р: оказывается превышающим требуемую величину, то регулятор 8 уменьшает это давление воздействием на плунжер 13 органа 6 и дроссель 7 и поддерживает его на установившемся режиме по мере коррекции положения втулки 14 при медленном перетекании жидкости из сильфона 15 через отверстие 18 в сильфон 16.

При изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя 9 при постоянной нагрузке, т. е. при постоянных давлении Р и положении втулки 14, изменяется количество перепускаемого в параллель двигателю воздуха (дросселем 26) и расход топлива в камере 5 сгорания при одновременном воздействии регулятора 8 на плунжер 13 органа 6 изменения расхода топлива и дроссель

7 с сохранением неизменной зависимости

Е; = Ki g- и оптимального значения коэффициента а, = const.

При сбросе нагрузки с двигателя 9 падает давление и плотность нагнетаемого турбокомпрессором 1 воздуха, поэтому некоторое время после сброса нагрузки проходные сечения в дросселе 7 и в органе 6 остаются рассогласованными, а коэффициент избытка первичного воздуха мал. Это сопровождается сохранением устойчивости, но потерей полноты сгорания топлива.

Однако в процессе замедленного перетекания жидкости из сильфона 15 под действием пружины через дроссельное отверстие 18 в сильфон 16 и корректировки коэффициента пропорциональности в зависимости сечения в дросселе 7 от расхода топлива в форсунке 23 происходит повышение коэффициента избытка первичного воздуха до оптимального значения и подавление неполноты сгорания топлива в огневой зоне 22 камеры 5 сгорания.

Предложенный способ может быть реяlliзован в устройствах другого типа, в частности с корректирующим звеном в цепи передачи команд от регулятора давления наддува к дросселю первичного воздуха.

Результатом применения изобретения в двигателях внутреннего сгорания на установившихся режимах работы является стабилизация на оптимальном уровне коэффициента избытка воздуха в зоне горения камеры сгорания в широком диапазоне допустимого изменения топливоподачи. В связи с тем, что на режимах работы двигателя с перепуском части воздуха с компрессора на турбину во всем диапазоне изменения степени повышения давления в компрессоре скорости воздуха, истекающего в зонх горения из воздухо1236131

Сocra»v. re . h Б. h;oзлов

Редактор О. Голова« Tevpeä И. Всрсс Корректор Е. Рошко

Заказ 3003 34 Тираж 523 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

П 3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 направляющих устройств камеры сгорания, изменяются весьма незначительно (не более, чем в 1,2 — 1,3 раза при исполнении дросселя первичного воздуха непосредственно в воздухонаправляющих устройстваx), стабилизация коэффициента избьггка первичного воздуха служит надежным средством достижения высоких, приближающихся к 100%, коэффициентов полноты сгорания в камере сгорания, а следовательно, и максимально достижимых КПД двигателя. Особо высокой эффективностью изобретение обладает в области режимов работы двигателя с наименьшими частотами вращения коленчатого вала при средних и малых нагрузках, где экономия в удельном расходе топлива может достигать 100 — 150 г/кВтч и более.