Устройство для регулирования системы наддува двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к машиностроению и позволяет улучшить динамические свойства двигателя внутреннего сгорания на переходных режимах работы. Устройство содержит агрегат 1 наддува, в газовом корпусе которого расположен перепускной клапан 2, связанный штоком с диафрагмой 4, разделяющей регулятор 3 давления на27.1Риг.1:SЁО 00о о>&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4793513/06 (22) 21.02.80 (46) 07.02.92. Бюл. N 5 (71) Харьковский автомобильно дорожный институт им. Комсомола Украины (72) В.Г.Рябикин, B.Ì.Ìàíîéëî, В.Н.Мурашов и Н.А.Ковалев (53) 621.436.052 (088.8) (56) Патент США М 4286435, кл. 60-602, опублик. 1981 г, Заявка Франции М 2516983, кл. F 02 0 23/00, опублик. 1983 г.

<н> ьЖ«<> 1710800 А1 (ss)s F. 02 В 37/00, F 02 О 23/00. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

СИСТЕМЫ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к машиностроению и позволяет улучшить динамические свойства двигателя внутреннего сгорания на переходных режимах работы. Устройство содержит агрегат 1 наддува, в газовом корпусе которого расположен перепускной клапан 2, связанный штоком с диафрагмой

4, разделяющей регулятор 3 давления на

1710800

25

40 закрывающую 7 и открывающую 12 камеры.

Полость закрывающей камеры с помощью газопровода 8 соединена с выпускным коллектором 9, а полость открывающей камеры с помощью воздушного канала 11 и системы клапанов и дросселей соединена с впускным коллектором 10. Между впускным коллектором и открывающей камерой 12 установлен пневмоцилиндр . 13, в корпусе которого выполнены четыре патрубка: подвода воздуха из впускного коллектора и

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателестроению, и может быть использовано в системах наддува двигателей внутреннего сгорания.

Известно устройство для регулирования давления наддува ДВС путем перепуска части ОГ мимо нагнетателя, Оно состоит из перепускного клапана и регулирующего устройства. Управление перепускным клапаном осуществляется с помощью регулирующего устройства, состоящего из сильфонного клапана и регулятора давления мембранного типа. ПерраФ полость корпуса регулятора сообщается со всасывающим патрубком нагнетателя, в этой же части корпуса регулятора установлены предварительно сжатая пружина (серводвигатель) и управляющий шток клапана. Вторая полость регулятора через клапан сильфонного типа соединяется с патрубком наддувочного воздуха (НВ) нагнетателя.

Сильфонный клапан содержит внутри себя пружину и заполняется газом до строго определенного давления при заданной температуре, О гкрытие сильфонного клапана и подача давления в регулятор для открытия перепускного клапана зависит от абсолютного давления, развиваемого нагнетателем, с учетом температуры наддувочного возду, ха, Для прикрытия перепускного клапана при резком сбросе нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя в мембране имеется жиклер, соединяющий обе полости регулятора давления. Наличие перепускного жиклера в мембране регулятора обеспечивает постепенное снижение давления во второй полости регулятора до величины, имеющей место в первой полости, чем достигается плавное, а не мгновенное закрытие перепускного клапана в процессе перепуска избыточного количества продуктов сгорания мимо нагнетателя. отвода воздуха к открывающей камере.

Внутри пневмоцилиндра 13 установлен поршень 22, который поджимается пружиной

23. Регулирование открытия и закрытия перепускного клапана обеспечивается уменьшением времени срабатывания пневморегулятора при изменении условий работы двигателя, что позволяет уменьшить количество вредных выбросов в окружающую среду и повысить технико-экономические показатели двигателя. 4 ил.

Устройство просто и надежно в эксплуатации, позволяет производить регулирование давления наддува ДВС на режимах, близких к номинальной мощности, а также предусматривает кратковременное (частичное) открытие байпасного клапана для пгрепуска части ОГ при резком сбросе нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Однако устройство не может осуществлять перепуск отработавших газов в процессе работы силовой установки на режимах холостого хода и малых нагрузках, не обеспечивает частичный перепуск ОГ. на переходных режимах, работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС), от которых зависят динамические свойства двигателя.

Известно другое устройство, в конст-, рукцию которого входит перепускной клапан, установленный в приемном газовом .патрубке нагнетателя. Байпасный клапан через систему рычагов механически соединен с диафрагмой регулятора давления (пневморегулятора), Управление пневморегулятором осуществляется с помощью давления наддувочного воздуха, которое передается по каналу, встроенному в систему перед дроссельной заслонкой и после нагнетателя. Воздух под давлением при помощи электромагнитного клапана подается в два параллельных канала, первый из которых сообщается с закрывающей пневмокамерой, а второй через дросселирующее устройСтво соединен с открывающей каме35 рой регулятора давления. Камера закрытия с помощью трубопровода и манометрического клапана сообщается с атмосферой, а третий трубопровод питает управляющую камеру манометрического клапана. B корпусе впускного коллектора установлен клапан ограничения максимального давления НВ с контактом отключения электроклапана.

1710800

10

35

Устройство осуществляет регулирование давления наддува ДВС путем перепуска части ОГ во всем возможном диапазоне нагрузок и частот вращения коленчатого вала двигателя, включая работу силовой установки на переходных режимах.

Однако комбинированное устройство имеет сложную конструктивную схему, в которую входит большое количество исполнительных механизмов. Работа последних основана на различных принципах действия (электрический и пневматический), требун щих допол нительного технического обслуживания и ремонта в процессе эксплуатации. Следующим недостатком устройства является то, что рабочие камеры, пневморегулятора работают только от сжатого воздуха и имеют более низкую (вялую) реакцию срабатывания на переходных режимах работы двигателя по сравнению с разделенными камерами, работающими от газовоздушной среды.

Цель изобретения — улучшение динамических свойств двигателя на переходных режимах работы.

Указанная цель достигается тем, что в известном устройстве для регулирования системы наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащем клапан перепуска, установленный в газовом корпусе агрегата наддува, подключенного к впускному и выпускному коллекторам, регулятор давления, разделенный при помощи диафрагмы, связанной штоком с клапаном перепуска, на открывающую и закрывающую камеры и манометрический и обратный клапаны, причем открывающая камера, регулятор давления, обратный и манометрический клапаны подключены к воздушному каналу, подсоединенному к впускному коллектору, а манометрический клапан выполнен с ат.мосферной и напорной камерами, разделенными подпружиненной диафратмой, согласно изобретению, воздушный канал выполнен с двумя отводами, закрывающая камера регулятора давления сообщена с выпускным коллектором, между регулятор4м давления и впускным коллектором установлен пневмоцилиндр, выполненный в виде корпуса и размещенного-в нем подпружиненного поршня; разделяющего корпус на две камеры, первая из которых подключена .к первому отводу воздушного канала, а вторая снабжена отводным каналом, размещенным открытым концом через зазор относительно подпружиненной диафрагмы в атмосферной камере манометрического клапана, напорная полость которого через обратный клапан подключена к второму от.воду воздушного канала, причем в стенке корпуса пневмоцилиндра по ходу поршня выполнены два калиброванных отверстия, сообщенных с воздушным каналом и выполненных с возможностью поочередного перекрытия поршнем.

На фиг,1 показано устройство для регулирования наддува в системе с волновым обменником давления (ВОД); на.фиг.2 — то же в системе с турбокомпрессором (TKP); на фиг.3 — упрощенная схема с открытыми клапанами; на фиг.4 — то же с закрытыми клапанами.

Устройство для регулирования системы наддува ДВС состоит из агрегата наддува (ВОД, TKP) 1, в газовом корпусе которого расположен перепускной клапан 2,механически соединенный с регулятором 3 давления. В корпусе регулятора имеется подвижная мембрана (диафрагма) 4, на тарель 5 которой опирается возвратная пружина 6. Диафрагма делит корпус силового пневморегулятора на две рабочие, камеры (полости). Полость закрывающей камеры 7 регулятора 3 перепускного клапана с помощью газопровода 8 соединена с внутренней частью выпускного коллектора 9;

Впускной коллектор 10 при помощи воздушного канала 11 и системы клапанов сообщается с открывающей камерой 12 регулятора

3 перепускного клапана. . Система клапанов, которая осуществляет подвод сжатого воздуха в открывающую камеру 12 и тем самым регулирует давление наддува на переходных режимах работы и режимах, близких к номйнальной мощности двигателя, включает пневмоцилиндр 13, обратный клапан 14, дросселирующие устройства 15 и 16 (жиклеры с различным диаметром отверстий), а также управляющую камеру 17 манометрического клапана

18.

В корпусе пневмоцилиндра 13 имеются четыре канала 11 для подвода и трубки 1921 для отвода сжатого воздуха. Внутри пневмоцилиндра 13 установлен поршень

22, который поджимается пружиной 23. Усилие затяжки пружины 23 соответствует максимальному значению давления наддувочного воздуха, возникающему во впускном коллекторе двигателя на режимах, близких к номинальной мощности.

Корпус манометрического клапана 18 разделен диафрагмой 24 на две камеры. Управляющая камера 17 через обратный клапан 14 и дросселирующее устройство 16 соединена с внутренней частью впускного коллектора 10 и реагирует на малейшее изменение в нем. Другая часть (камера) клапана 18 сообщается с атмосферой, в корпусе последней закреплена трубка 19, которая

1710800

35

55 берет начало от дросселирующего устройства 15 и проходит через трубку 21 пневмоцилиндра 13, В неработающем состоянии тарель 25 манометрического клапана отжимается пружиной 26 от торца коллектора 10, между ними образуется гарантированный зазор.

Конструкция обратного клапана 14 представляет собой перегородку с отверстием, в которую устанавливается клапан 14 с пружиной 27. Пружина 27 малой жесткости отжимает обратный клапан 14 от перегородки. Во впускном коллекторе 10 двигателя 28 установлена воздушная заслонка 29, а двигатель 28 выполнен с дополнительным впускным трубопроводом 30, на конце которого установлен щелевой клапан 31, Устройство для регулирования давления в системе наддува ДВС работает следующим образом.

В процессе запуска двигателя 28 (фиг.1) воздушная заслонка 29 закрыта, свежий воздух направляется мимо агрегата 1 наддува по дополнительному впускному трубопроводу 30 на щелевой клапан 31, Воздушный заряд свободно просасывается через лепестки щелевого клапана и попадает во впускной коллектор 10, откуда направляется в цилиндры двигателя 28.

Двигатель 28 с ТКР 1 (фиг.2) не имеет в схеме дополнительный впускной трубопровод 30 и щелевой клапан 31, поэтому воздушный заряд просасывается между лопатками TKP 1, попадает во впускной коллектор 10 и поступает в ДВС.

При пуске двигателя (фиг.1 и 2) пружина

6 регулятора 3 давления постоянно отжимает байпасный клапан 2 от седла перепускного отверстия и позволяет несгоревшей топливовоздушной смеси и продуктам сгорания беспрепятственно выходить в приемную трубу глушителя.

Во время работы ДВ С на режимах холостого хода и малых нагрузках в приемном газовом патрубке агрегата 1 наддува отработавшими газами создается избыточное давление, которое передается в закрывающую камеру 7 регулятора давления в виде усилия на шток перепускного клапана, Величина создаваемого ОГ усилия превышает силу сопротивления пружины 6 и позволяет байпасному клапану 2 частично или полностью перекрыть перепускное отверстие. Од новременно с появлением давления в выпускном коллекторе 9 открывается заслонка 29 и воздушный заряд начинает нагнетаться в двигатель ВОД 1 (фиг.1).

У двигателя с TKP (фиг.2) воздушная заслонка 29 расположена во впускном коллекторе 10 и открытие ее происходит в процессе пуска ДВС.

При работе силовой установки на режимах, близких к номинальной мощности, когда давление наддувочного воздуха превышает предельно допустимое значение, система регулирования давления наддува позволяет перепускать часть ОГ мимо нагнетателя. Перепуск продуктов сгорания осуществляется с помощью клапана 2, управляемого пневмоцилиндром 13, следующим образом.

Достигнув максимального значения, давление HB преодолевает усилие пружины

23 и перемещает поршень 22. В процессе перемещения поршень своей боковой поверхностью перекрывает калиброванное отверстие трубки 21, сообщающееся с атмосферой, и открывает трубку 20, по которой наддувочный воздух направляется в открывающую камеру 12 регулятора 3.

Перепускной клапан под действием пружи- ны 6 открывается и выпускает часть ОГ мимо нагнетателя, пружина 23 возвращает. поршень 22 в прежнее положение. При перемещении поршень закрывает трубку 20 подвода воздуха.и открывает трубку 21, имеющую выход в атмосферу, выпуская сжатый воздух из открывающей камеры 12 регулятора давления. В результате давление над диафрагмой 4 преодолевает усилие пружины 6 и клапан 2 перепуска ОГ закрывается.

Система возвращается в исходное положение.

Регулирование давления наддува двигателя при резком изменении режима работы ДВС осуществляется с помощью управляющей камеры 17 манометрического клапана 18. В процессе сброса нагрузки и частоты вращения вала двигателя масса воздуха, потребляемая силовой установкой, уменьшается, в результате чего во впускном коллекторе 10 происходит кратковременное (вплесковое) увеличение давления, которое по каналу 11 передается на обратный,клапан 14 и запирает его, Параллельно с обратным клапаном установлено дроссельное устройство 16, которое сглаживает всплесковое давление и передает сглаженный импульс в камеру 17 над диафрагмой 24, Давление в камере 17 начинает увеличиваться и преодолевает усилие пружины 26, в результате чего закрывается маномегрический клапан 18 и воздух направляется в закрывающую камеру 7 регулятора 3 давления. Происходит частичное открытие перепускного клапана 2. Давление во впускном коллекторе 10 и канале 11 начинает уменьшаться. Когда давление в канале 11 станет меньше, чем в управляющей камере 17 кла1710800

10 пана 18, открывается обратный клапан 14.

Давление над диафрагмой 24 уменьшается и пружина 26 открывает манометрический клапан 18, сообщая канал 11 регулятора 3 с атмосферой. Перепускной клапан закрыва-. 5 ется.

Для повышения динамических показателей двигателя на переходных режимах работы в рабочие камеры силового пневморегулятора в качестве энергоносите- 10 ля подаются отработавший газ и наддувоч- . ный воздух, На любом установившемся режиме работы форсированного наддувом

ДВС соблюдается баланс расходов рабочих тел Gr =Ge(Gr, Gs расходы газа и воздуха). 15

Однако давления наддувочного воздуха Рнв и отработавших газов Рг не равны другдругу (Рнв Ф Рг) и могут иметь различные значения (Р1 < Рнв,Рг = Рнв Рг > Рнв)

Незначительные изменения нагрузки и 20 частоты вращения коленчатого вала двигателя выводят на некоторое время установившуюся систему(двигатель — нагнетатель)из состояния равновесия и приводят к изменению давлений НВ и ОГ (+ ЬРнв и +юг) 25 во впускном и выпускном коллекторах. Использование изменений давлений системы на переходных режимах работы ДВС в качестве управляющего воздействия на пневморегулятор позволяет уменьшить время 30 реакции срабатывания регулятора давления при изменении режима работы транспорт- .. ной установки.

Характер протекания процессов, происходящих в системе (двигатель — нагнета- 35 тель) на переходных режимах работы, по изменению (приращению или уменьшению) давлений во впускном и выпускном коллекторах поясняется схемами, приведенными на фиг.3 и 4. На схемах 3 и 4 представлена 40упрощенная система, состоящая из двигате- .ля 28, агрегата 1 наддува, впускного 10 и выпускного 9 коллекторов, закрывающей 7 и открывающей 12 камер пневморегулятора, перепускного клапана 2; системы испол- 45 нительных механизмов регулятора давления с каналом 11 и газопроводами 8.

Пунктирной линией на фиг.3 и 4 показан . регулятор давления (прототип), в рабочие, камеры которого в качестве энергоносителя 50 подается сжатый воздух.

С уменьшением нагрузки и частоты вращения вала силовой установки (фиг.3) двигатель не потребляет весь объем наддувоч ого воздуха, нагнетаемый во впускной кол- 55 лектор агрегатом наддува. Рассогласование в совместной работе двигателя и нагнетателя приводит к некоторому приращению давления наддува (+Ь Рнв) во впускном и снижению давления ОГ (- ЬРг) в выпускном коллекторах. Изменение давлений наддува и отработавшего газа в коллекторах на переходных режимах работы ДВС незамедли-. тельно передается в рабочие камеры пневморегулятора. Сравнивая реакцию открытия регулятора давления перепускного клапана, работающего от газовоздушной среды (вариант I) или сжатого воздуха (вариант II), приходим к выводу, что равенство давлений в рабочих камерах регулятора варианта наступает быстрее на величину(ЛРнв+ ЛРг)

При увеличении нагрузки и частоты вращения вала ДВС (фиг.4) силовая установка потребляет несколько больший объем наддувочного воздуха, чем производит (сжимает) нагнетатель, а это приводит к снижению давления наддува (-Ь Рнв) во впускном и приращению давления ОГ (+Л Рг) в выпускном коллекторах, Анализ обоих вариантов регуляторов показывает, что давление, передаваемое на диафрагму пневморегулятора I варианта,. превышает давление в регуляторе 11 варианта на (hPr+ Л Рнв) и соответственно быстрее прижимает байпасный клапан к седлу перепускного отверстия.

Доказательство, приведенное выше, справедливо не только для элементарных изменений, но и при резком сбросе или набросе нагрузки и частоты вращения .вала двигателя. При этом перепады давлений

ЬРнв во вспускном и ЛРг в выпускном коллекторах. системы будут составлять значительную величину, равную (ЛРг+ Мнв)

Устройство, способствующее улучшению динамических характеристик двигателя на переходных режимах работы, позволяет уменьшить количество вредных выбросов в окружающую среду за счет улучшения процесса воздухоснабжения на неустановившихся режимах работы ДВС и повысить, технико-экономические показатели силовой установки во время эксплуатации в народном хозяйстве страны, а также снизить себестоимость изготовления узла (устройства) путем упрощения конструкции.

Формула изобретения

Устройство для регулирования системы наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее клапан перепуска, установленный в газовом корпусе агрегата наддува, подключенного к впускному и выпускному коллекторам, регулятор давления, разделенный при помощи диафрагмы, связанной штоком с клапаном перепуска, на открывающую и закрывающую камеры, манометрический и обратный клапаны и дроссели, 1710800

11 причем открывающая камера регулятора давления, обратный и манометрический клапаны и дроссели подключены к воздушному каналу, подсоединенному к впускному коллектору, а манометрический клапан выполнен с атмосферной и напорной камерами, разделенными подпружиненной диафрагмой, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических свойств двигателя на переходных режимах работы, воздушный канал выполнен с двумя отводами, закрывающая камера регулятора давления сообщена с выпускным коллектором, между регулятором давления и впускным коллектором установлен пневмоцилиндр, выполненный в виде корпуса и размещенного в нем подпружиненного поршня, разделяющего корпус на две камеры, первая из которых подключена к первому отводу воздушного канала, а вторая снабжена отвод5 ным каналом, размещенным открытым концом через зазор относительно подпружиненной диафрагмы в атмосферной камере манометрического клапана, напорная полость которого через. обратный клапан

10 подключена к второму отводу воздушного канала, причем в стенке корпуса пневмоцилиндра по ходу поршня выполнены два калиброванных отверстия, сообщенных с воздушным каналом и выполненных с воз15 можностью поочередного перекрытия поршнем.

1710800

II 7

Составитель Н.Лапушкин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Редактор Е.Савина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 322 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5