Система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания

 

Изобретение относится к устройствам для подвода газа к турбокомпрессору двигателя внутреннего сгорания. Целью изобретения является повышение КПД. Система содержит турбину турбокомпрессора, безлопаточный входной аппарат турбины и выпускной трубопровод, имеющие, по меньшей мере, по два газоподводящих канала, разделенных перегородками, и корпус с регулирующим элементом, имеющим привод для перемещения этого элемента из первого крайнего положения - полного перекрытия соединительного окна - во второе крайнее положение - полного открытия этого окна и обратно. В корпусе выполнен паз для поступательного перемещения регулирующего элемента, выполненного в виде плоской заслонки, образующей в первом крайнем положении продолжение упомянутых перегородок. Во втором крайнем положении заслонка выводится за пределы проходного сечения, образованного в корпусе для потока отработавших газов. При таком выполнении системы обеспечивается снижение до минимума аэродинамических потерь, повышение ее КПД. 3 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к устройствам для подвода газа к турбокомпрессору двигателя внутреннего сгорания.

Известна система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания, содержащая турбину турбокомпрессора, безлопаточной входной аппарат турбины и выпускной трубопровод, имеющие, по меньшей мере, по два газоподводящих канала, разделенных перегородками, и регулирующее устройство, имеющее корпус, размещенный между входным аппаратом турбины и выпускным трубопроводом, с газоподводящими каналами и соединительных окном между ними и регулирующий элемент с приводом для перемещения этого элемента из первого крайнего положения - полного перекрытия соединительного окна - во второе крайнее положение - полного открытия этого окна и обратно. Регулирующий элемент выполнен в виде поворотной заслонки [1].

Недостатком известной системы является наличие больших потерь энергии в регулирующем устройстве в тех случаях, когда заслонка находится во втором крайнем положении, поскольку в упомянутом положении поворотная заслонка, открывая соединительное окно между газоподводящими каналами, вместе с тем закрывает часть проходного сечения для высокоскоростного пульсирующего потока газа.

Известна система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания, содержащая турбину турбокомпрессора, безлопаточный входной аппарат турбины и выпускной трубопровод, имеющие, по меньшей мере, по два газоподводящих канала, разделенных перегородками, и регулирующее устройство, имеющее корпус, размещенный между входным аппаратом турбины и выпускным трубопроводом, с газоподводящими каналами и соединительным окном между ними и регулирующий элемент с приводом для перемещения этого элемента из первого крайнего положения - полного перекрытия соединительного окна - во второе крайнее положение - полного открытия этого окна - и обратно. В качестве регулирующего элемента используется клапан тарельчатого типа [2].

Недостатком известной системы является наличие относительно больших потерь энергии в регулирующем устройстве, обусловленных дросселированием высокоскоростного потока газа по обтекании клапанов и стержня, на котором они закреплены.

Следствием этого является снижение КПД системы и двигателя в целом и повышение расхода топлива.

Целью изобретения является повышение КПД двигателя внутреннего сгорания.

Эта цель достигается тем, что в системе турбонаддува двигателя внутреннего сгорания, содержащем турбину турбокомпрессора, безлопаточный входной аппарат турбины и выпускной трубопровод, имеющие, по меньшей мере, по два газоподводящих канала, разделенных перегородками, и регулирующее устройство, имеющее корпус, размещенный между входным аппаратом турбины и выпускным трубопроводом, с газоподводящими каналами и соединительным окном между ними и регулирующий элемент с приводом для перемещения этого элемента из первого крайнего положения - полного перекрытия соединительного окна - во второе крайнее положение - полного открытия этого окна - и обратно, в упомянутом корпусе выполнен паз для поступательного перемещения регулирующего элемента в плоскости перегородок входного аппарата турбины и выпускного трубопровода, регулирующий элемент выполнен в виде плоской заслонки, которая в первом крайнем положении образует продолжение упомянутых перегородок, а во втором крайнем положении она выведена за пределы проходного сечения для потока газа, образуемого в корпусе газоподводящими каналами и соединительным окном.

При таком выполнении системы обеспечивается снижение до минимума аэродинамических потерь в регулирующем устройстве на режимах как частичного, так и полного открытия заслонки, следствием чего является достижение высоких значений КПД регулируемой системы турбонаддува и двигателя в целом практически на всех режимах работы.

На фиг. 1 изображена заявляемая система турбонаддува двигателя внутреннего сгорания; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - крепление плоской заслонки к стержню привода.

Система содержит турбокомпрессор 1 с турбиной 2, имеющей двухканальный безлопаточный входной аппарат 3 с газоподводящими каналами 4 и 5, разделенными перегородкой 6, и выпускной трубопровод 7 двигателя с двумя газоподводящими каналами 8 и 9, разделенными перегородкой 10. Пропускная способность турбины 2 подобрана таким образом, что обеспечивает требуемое давление наддува в области низких и средних скоростных режимов работы двигателя. Между входным аппаратом 3 турбины 2 и выпускным трубопроводом 7 размещено регулирующее устройство 11, состоящее из корпуса 12 со смежными газоподводящими каналами 13 и 14, разделенными перегородками 15 и 16, и регулирующего элемента, выполненного в виде плоской заслонки 17. Между перегородками 15 и 16 образовано соединительное окно 18. В корпусе 12 выполнен паз 19, в котором в плоскости перегородок 15 и 16, являющихся продолжением перегородок соответственно 6 и 10, поступательно перемещается плоская заслонка 17. К заслонке прикреплен стержень 20, связанный с механизмом 21 (например, электромагнитным или пневматическим) привода заслонки, вынесенным за пределы корпуса 12.

Входной аппарат 3 и выпускной трубопровод 7 могут быть выполнены с числом газоподводящих каналов более двух.

Регулируемая система турбонаддува работает следующим образом.

При работе двигателя в области низких и средних скоростных режимов газоподводящие каналы 13 и 14 регулирующего устройства разделены плоской заслонкой 17 и каждый из газоподводящих каналов 8 и 9 выпускного трубопровода 7 соединен с одним каналом безлопаточного входного аппарата 3 турбины 2. Благодаря малой пропускной способности турбины турбокомпрессор обеспечивает высокое давление наддува и необходимое воздухоснабжение двигателя на этих режимах работы. Система турбонаддува работает с высокой эффективностью, так как течение газа в газоподводящих каналах происходит с минимальными потерями.

В области высоких скоростных режимов работы двигателя требуется ограничивать рост давления наддува и частоты вращения ротора турбокомпрессора. В связи с этим на определенном скоростном режиме после того, как давление наддува достигает заданной величины, механизм 20 привода начинает перемещать плоскую заслонку 17 в пазу 19, обеспечивая соединение смежных газоподводящих каналов 13 и 14. Выполнение в корпусе регулирующего устройства паза для поступательного перемещения заслонки в плоскости перегородок входного аппарата турбины и выпускного трубопровода перпендикулярно потоку газа в сочетании с плоской формой выполнения заслонки обеспечивает во втором из крайних ее положений - полного открытия соединительного окна 18 - возможность ее полного вывода за пределы проходного сечения для потока газа, образующего в корпусе газоподводящими каналами и соединительным окном. В положении полного закрытия соединительного окна заслонка образует продолжение перегородок 6, 10, 15 и 16.

При полностью открытой заслонке 17 пропускная способность турбины возрастает на 25...30%, что обеспечивает требуемое ограничение давления наддува на режимах, близких к номинальному. Благодаря снижению до минимума аэродинамических потерь в регулирующем устройстве на режимах как частичного, так и полного открытия заслонки (в том числе, благодаря плоской форме заслонки) достигается максимальный КПД регулируемой системы турбонаддува практически на всех режимах ее работы.

Оптимальный выбор направления перемещения заслонки обеспечивает возможность достижения упомянутого эффекта при значительно меньших габаритах регулирующего устройства по сравнению с другими возможными направлениями ее перемещения. Кроме того, обеспечивается высокая надежность и ресурс механизма привода благодаря возможности его размещения вне горячей зоны.

Результаты предварительных испытаний предлагаемой регулируемой системы турбонаддува в составе двигателя У8 рабочим объемом 14,85 в частности, показали, что применение предлагаемой системы позволяет на номинальном режиме работы двигателя понизить давление наддува с 250 до 230 КПа и уменьшить удельный расход топлива на 3...4 г/кВт ˙ ч.

Формула изобретения

СИСТЕМА ТУРБОНАДДУВА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ, содержащая турбину турбокомпрессора, безлопаточный входной аппарат турбины и выпускной трубопровод, имеющие по меньшей мере по два газоподводящих канала, разделенные перегородками, и регулирующее устройство, имеющее корпус, размещенный между входным аппаратом турбины и выпускным трубопроводом, с газоподводящими каналами и соединительным окном между ними и регулирующий элемент с приводом для перемещения этого элемента из первого крайнего положения - полного перекрытия соединительного окна во второе крайнее положение - полное открытие этого окна и обратно, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД двигателя, в упомянутом корпусе выполнен паз для поступательного перемещения регулирующего элемента в плоскости перегородок входного аппарата турбины и выпускного трубопровода, а регулирующий элемент выполнен в виде плоской заслонки, образующей в первом крайнем положении продолжение упомянутых перегородок, а во втором крайнем положении выведенной за пределы проходного сечения, образованного в корпусе газоподводящими каналами и соединительным окном.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3