Система регулирования двигателя внутреннего сгорания с наддувом

 

Сущность изобретения: система регулирования давления наддува содержит турбокомпрессор с турбиной, работающий от отработавших газов, и компрессором, напорные патрубки которого сообщаются с цилиндрами через два впускных коллектора, сообщающихся между собой и снабженных клапаном перепуска воздуха, отрегулированным на допустимое давление наддува. В систему также введены предохранительный клапан, клапан перепуска отработавших газов, запорный клапан, датчик давления наддувочного воздуха, имеющего управляющую связь с клапаном перепуска отработавших газов, причем впускные коллекторы системой трубопроводов соединены с патрубками выпускных коллекторов у входа в турбину через клапан перепуска воздуха и запорный клапан, при этом впускные коллекторы сообщаются с атмосферой через предохранительный клапан, а полости выпускных коллекторов перед турбиной соединяются с полостью за турбиной через клапан перепуска отработавших газов. 1 ил.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к двигателестроению.

Известно устройство для регулирования наддува дизеля, содержащее туpбокомпpессоp с турбиной, работающей на отработавших газах, и компрессором, напорный патрубок которого сообщен с цилиндрами дизелей через приемный ресивер, резонансный трубопровод и промежуточные емкости, объединяющия каждая впускные патрубки не более чем четырех цилиндров с неперекрывающимися фазами впуска. Приемный ресивер снабжен предохранительным клапаном, отрегулированным на допустимое давление в промежуточной емкости. Клапан имеет подпружиненный запорный элемент, поперечное сечение которого выполнено по линейной зависимости от его хода. Туpбокомпpессоp подобран так, чтобы обеспечить достаточно высокий крутящий момент дизеля при пониженной частоте вращения коленчатого вала.

Однако в известном устройстве применяемое регулирование не исключает условий для возникновения режимов рассогласованной работы турбины и компрессора вследствие того, что перепуск воздуха из полости нагнетания при превышении заданного давления осуществляется за турбину или в атмосферу. Кроме того, такая система требует применения компрессоров с повышенной производительностью, что приводит к увеличению постоянной времени турбокомпрессора.

Изобретение направлено на улучшение характеристик дизеля по крутящему моменту и на режимах разгона.

Это достигается тем, что в устройство для регулирования давления дополнительно введены предохранительный клапан, клапан перепуска отработавших газов, запорный клапан, датчик давления наддувочного воздуха, имеющего управляющую связь с клапаном перепуска отработавших газов, причем впускные коллекторы системой трубопроводов соединены с патрубками выпускных коллекторов у входа в турбину через клапан перепуска воздуха и запорный клапан, при этом впускные коллекторы сообщаются с атмосферой через предохранительный клапан, а полости выпускных коллекторов перед турбиной соединяются с полостью за турбиной через клапан перепуска отработавших газов.

Существенным отличием от прототипа является то, что в предложенной системе перепуск части воздуха осуществляется на вход в турбину, а также осуществляется перепуск части отработавших газов мимо турбины в зависимости от режимов работы двигателя. Такое устройство позволяет использовать полезную энергию перепускаемого воздуха для разгона ротора турбокомпрессора и способствует снижению температуры лопаток турбины. Сочетание перепуска части воздуха на вход в турбину с перепуском части газа мимо турбины исключает условия для возникновения режимов рассогласованной работы турбокомпрессора и двигателя практически во всей рабочей зоне характеристики их совместной работы; способствует уменьшению количества перепускаемого рабочего тела (воздуха или газа) и, следовательно, снижению энергетических потерь двигателя.

На чертеже представлена предлагаемая система.

Устройство состоит из Y-образного восьмицилиндрового дизеля 1, цилиндры которого сообщаются с двумя впускными коллекторами 2 и двумя выпускными коллекторами 3, турбокомпрессора с компрессором 4 и турбиной 5, клапана 6 перепуска воздуха, запорного клапана 7, предохранительного клапана 8, перепускного клапана 9, датчика 10 давления наддувочного воздуха и трубопроводов 11, 12 и 13.

Впускные коллекторы 2 соединяются между собой трубопроводом 11, к которому с помощью штуцеров присоединяются датчик 10 давления наддувочного воздуха, клапан 6 перепуска воздуха и предохранительный клапан 8, отрегулированные на определенное давление каждый.

Трубопровод 13 соединяет между собой коллекторы 3 подвода отработавших газов в турбину 5. Впускные 2 и выпускные 3 коллекторы соединяются между собой через трубопровод 11, клапан 6 перепуска воздуха, запорный клапан 7 и трубопровод 13. Выпускные коллекторы 3 соединяются с полостью за турбиной 5 через трубопровод 12 и клапан 9 перепуска отработавших газов. Впускные коллекторы 2 через трубопровод 11 и предохранительный клапан 8 сообщаются с атмосферой. Датчик 10 имеет управляющую связь 14 с клапаном 9.

Система работает следующим образом.

Турбокомпрессор настроен так, что обеспечивает давление наддува до 0,15 МПа при частоте вращения коленчатого вала двигателя, соответствующей максимальному крутящему моменту (М_кмакс, П_дв 0,6.0,7). При дальнейшем увеличении цикловой подачи топлива увеличивается частота вращения коленчатого вала двигателя и ротора турбокомпрессора.

При П_дв > 0,7 давление наддува Р_к может превысить максимально допустимое для данного двигателя (0,18 МПа).

Клапан 6 начинает открываться при Р_к > 0,15 МПа и устроен таким образом, что его пропускная способность увеличивается с ростом давления наддува.

При открытии клапана 6 часть воздуха из впускных коллекторов 5 через запорный клапан 7 перепускается в выпускные коллекторы 15 на вход в турбину. При понижении давления наддува до 0,15 МПа клапан 6 закрывается. Запорный клапан 7 предотвращает проникновение (заброс) отработавших газов во впускной коллектор в случае, когда противодавление газов перед турбиной (Р_г) превышает давление наддува (Р_к < Р_г). Клапан 7 устроен таким образом, что при Р_к < Р_г он закрывается и перепуск воздуха прекращается даже при открытом клапа- не 6.

При работе двигателя на режимах, близких к номинальному (П_д,ном), противодавление перед турбиной возрастает и может превышать давление наддува (Р_к/Р_г < 1). Перепуск воздуха прекращается, но давление наддува продолжает возрастать. При Р_к > 0,18 МПа срабатывает датчик 10, имеющий управляющую связь 14 с клапаном 9. Клапан 9 открывается и часть отработавших газов перепускается мимо турбины 5. Частота вращения ротора турбокомпрессора уменьшается, давление наддува снижается и при Р_к < 0,18 МПа датчик 10 обеспечивает закрытие клапана 9. С помощью регулировочного винта пропускная способность клапана 9 может изменяться.

Применение датчика 10 и электромеханического привода повышает надежность работы клапана 9, поскольку он работает в среде отработавших газов при высокой температуре.

При разгоне двигателя цикловая подача топлива резко увеличивается, что приводит к возрастанию противодавления перед турбиной 5 (Р_к/Р_г < 1), клапан 7 закрывается, и давление наддува быстро возрастает до допустимого значения.

Предохранительный клапан 8 отрегулирован на давление 0,2 МПа и перепускает часть воздуха в атмосферу, если перепускные клапана 6 или 9 по каким-либо причинам не сработали.

Таким образом, на режимах средних и частичных нагрузок давление наддува регулируется перепуском части воздуха из полости нагнетания компрессором 4 на вход в турбину 5. На режимах, близких к номинальным, мощность турбины 5 ограничивается перепуском части отработавших газов за нее.

Применение предложенной системы регулирования способствует улучшению протекания рабочего процесса дизеля со свободным турбокомпрессором в диапазоне пониженной частоты вращения коленчатого вала и на режимах разгона, улучшению динамических качеств двигателя, снижению времени разгона автомобиля на 10.12% Дымность отработавших газов при этом в переходных процессах не превышает дымности на идентичных установившихся режимах работы дизеля.

Формула изобретения

СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ, содержащая турбокомпрессор, состоящий из турбины, связанной входом с выпускными коллекторами, а выходом - с атмосферой, и компрессора, кодключенного выходом с впускным коллектором, и клапан перепуска воздуха с запорным устройством с возможностью срабатывания и перепуска воздуха за турбину при допустимом давлении, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности, она снабжена предохранительным клапаном, клапаном перепуска отработавших газов, запорным клапаном и датчиком давления наддувочного воздуха, связанным с клапаном перепуска отработавших газов, причем впускные коллекторы соединены с выпускными у входа турбины через клапан перепуска воздуха и запорный клапан и сообщены с атмосферой через предохранительный клапан, а выпускные коллекторы подключены к выходу трубины через клапан перепуска отработавших газов.

РИСУНКИ

Рисунок 1