Всасывающая установка для двигателя внутреннего сгорания с наддувом

 

Использование: в всасывающих установках для двигателя внутреннего сгорания с одно- или двухступенчатым наддувом. Сущность изобретения: всасывающая установка должна быть используемой с наименьшими возможными изменениями как при одноступенчатом, так и при двухступенчатом наддуве. Эта цель достигается за счет того, что газотурбонагреватели, устройства охлаждения наддувочного воздуха и воздухосборные корпуса, а также трубопроводы между частями установки и трубопроводы к впускным каналам головок цилиндров расположены одинаково, как при одноступенчатом наддуве, так и при двухступенчатом наддуве. При этом на месте используемого при одноступенчатом наддуве устройства охлаждения наддувочного воздуха при двухступенчатом наддуве расположено устройство охлаждения наддувочного воздуха высокого давления. На месте расположения при одноступенчатом наддуве газотурбонагревателей, при двухступенчатом наддуве находятся газотурбонагнетатели высокого давления. Устройства охлаждения наддувочного воздуха расположены на воздухосборном корпусе, а газотурбонагреватели на узкой стороне воздухосборного корпуса. 8 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к всасывающей установке для двигателей внутреннего сгорания с одно- или двухступенчатым наддувом, благодаря которой всасанный воздух для сжигания топлива через компрессоры газотурбонагнетателей и включенные промежуточно устройства охлаждения наддувочного воздуха направляется к воздухосборному корпусу двигателя внутреннего сгорания и, наконец, оттуда к впускным каналам головок цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Такого рода всасывающая установка известна, например, из описания изобретения к выложенной заявке ФРГ N 2059220.

Эта всасывающая установка для двигателя внутреннего сгорания с наддувом содержит, по меньшей мере, один основной турбонагнетатель работающий на отработавших газах и выполненный в виде расположенного на валу компрессора с всасывающими патрубками и турбины с впуском и выпуском, причем турбина присоединена к выпускным трубопроводам двигателя внутреннего сгорания, а нагнетательный патрубок компрессора через устройство охлаждения наддувочного воздуха и через воздухосборный корпус соединен с впускными патрубками двигателя внутреннего сгорания.

В этом двигателе сгорания с Y-образным расположением цилиндров в два ряда одноступенчатого наддува каждый ряд цилиндров содержит один газотурбинный нагнетатель. Воздух для сжигания топлива, сжатый компрессорами, поступает в проходящие вдоль двигателя внутреннего сгорания сборные трубопроводы, в которых интегрированы устройства охлаждения наддувочного воздуха. За счет включения друг за другом нескольких теплообменных элементов в форме блока должна достигаться малая высота конструкции сборных трубопроводов. Однако не показывается то, каким образом следует выполнить экономящее конструктивный объем расположение всасывающей установки с газотурбинными нагнетателями, устройства охлаждения наддувочного воздуха и сборного корпуса, когда двигатель внутреннего сгорания с наименьшими возможными конструктивными затратами нужно переделать на двигатель внутреннего сгорания с двухступенчатым наддувом.

В основе изобретения лежит задача представить всасывающую установку, которую при использовании лишь малого числа различных конструктивных элементов можно применять как для одно-, так и для двухступенчатого наддува, что обеспечивает вытекающие из этого преимущества и которая помимо этого позволяет унифицировать в значительной части габариты вариантов двигателя и монтаж всасывающей установки и также является благоприятный в отношении направления потока.

Эта задача решается при осуществлении всасывающей установки в соответствии с признаками п. 1 формулы изобретения.

В случае двухступенчатого наддува установка имеет дополнительное устройство охлаждения наддувочного воздуха и, по меньшей мере, один дополнительный турбонагнетатель, работающий на отработавших газах и выполненный в виде турбонагнетателя низкого давления, причем последний имеет турбину с впуском и выпуском и компрессор с всасывающими патрубками для всасывания окружающего воздуха и с выпуском, который через дополнительное устройство для охлаждения наддувочного воздуха соединен с всасывающими патрубками компрессора основного турбонагнетателя, выполненного в виде турбонагнетателя высокого давления, причем последний выпуск турбины соединен с впуском турбины турбонагнетателя низкого давления, сообщающийся через свой выпуск с окружающей атмосферой, при этом двигатель внутреннего сгорания выполнен с одной нижней частью корпуса, общей как для одноступенчатого так и для двухступенчатого наддува и эта нижняя часть корпуса выполнена с присоединительными патрубками для отвода наддувочного воздуха к компрессорам при отдноступенчатом и двухступенчатом наддувах, причем при одноступенчатом наддуве верхняя часть корпуса выполнена с всасывающим диффузором компрессора, при двухступенчатом наддуве с крышкой для присоединения патрубков соответствующего компрессора, причем при двухступенчатом наддуве в корпусе установлены охлаждающие элементы дополнительного устройства для охлаждения наддувочного воздуха. Особенно малая потребность в конструктивном объеме и оптимальное направление потока с хорошим распределением потока по цилиндрам получается в том случае, когда воздухосборный корпус проходит между Y-образно расположенными рядами цилиндров вдоль двигателя внутреннего сгорания и на верхней стороне воздухосборного корпуса могут располагаться части установки. В случае одноступенчатого наддува всасывающий диффузор и устройство охлаждения наддувочного воздуха расположены друг рядом с другом на воздухосборном корпусе. В случае двухступенчатого наддува на воздухосборном корпусе расположены друг рядом с другом устройства охлаждения наддувочного воздуха высокого давления и низкого давления. Расположение газотурбонагнетателей на узкой стороне воздухосборного корпуса, причем нижняя часть с присоединительными патрубками непосредственно противолежит впускам компрессоров, снижает еще более потребность в конструктивном объеме и является особенно благоприятной в отношении направления потока. Верхняя ограничивающая стенка воздухосборного корпуса выполнена ваннообразной, так что образуется объем потока, через который воздух поступает к отформованным присоединительным патрубкам, соединенным с всасывающими патрубками компрессоров. При регистровом наддуве каждому ряду цилиндров обычно придан один газотурбонагнетатель или при двухступенчатом наддуве одна группа газотурбонагнетателей. При частичной нагрузке, когда в распоряжении имеется лишь малое количество отработавших газов, отработавший газ, выбрасываемый обоими рядами цилиндров, используется для привода лишь одного нагнетателя или группы газотурбонагнетателей. Трубопровод отработавшего газа, ведущий к турбине, и ведущий к компрессору, всасывающий трубопровод соответствующего газотурбонагнетателя поэтому снабжены запорными устройствами, приводимыми в действие для отключения газотурбонагнетателя. При одноступенчатом наддуве запорное устройство со стороны компрессора предпочтительным образом располагается на входе всасывающего диффузора, т.к. там оно является хорошо доступным для работ по техническому обслуживанию. При этом расположении запорного устройства каналы потока должны быть разделены внутри всасывающего диффузора. Поэтому во всасывающем диффузоре предусмотрена поперечная стенка, образующая вместе с перегородками в ваннообразно выполненной нижней части отдельные всасывающие каналы для обоих всасывающих патрубков компрессоров. При двухступенчатом наддуве с двумя группами газотурбонагнетателей с отключением одной группы газотурбонагнетателей при частичной нагрузке также является необходимым разделить всасывающие каналы в промежуточном охлаждающем устройстве. Поэтому применяются два отдельных теплообменных элемента, разделенных поперечной стенкой в корпусе. Эта поперечная стенка образует совместно с перегородками в ваннообразном расположенном ниже, объеме потока отдельные каналы потока для газотурбонагнетателей, приданных соответственно каждому ряду цилиндров. Выполненный на воздухосборном корпусе ваннообразный объем потока с перегородками для раздельных каналов потока может быть, следовательно, сохранен без изменений при одно- и двухступенчатом наддуве также при регистровом наддуве. Для создания конструкции, экономящей конструктивный объем, корпус устройства охлаждения наддувочного воздуха выполнен, далее, в виде крышки для воздухосборного корпуса. Наддувочный воздух вводится в корпусе устройств охлаждения наддувочного воздуха через боковые расположенные вверху впуски.

Пример осуществления изобретения изображен на чертежах и более подробно описан далее; на чертежах показаны: на фиг. 1 продольный вид двигателя внутреннего сгорания и всасывающий установки для одноступенчатого наддува; на фиг. 2 вид сверху на двигатель внутреннего сгорания и всасывающую установку для одноступенчатого наддува.

на фиг. 3 продольный вид двигателя внутреннего сгорания и всасывающей установки для двухступенчатого наддува; на фиг. 4 вид сверху на двигатель внутреннего сгорания и всасывающую установку для двухступенчатого наддува; на фиг. 5 поперечный разрез двигателя внутреннего сгорания вдоль нанесенной на фиг. 3 линий разреза А-А.

Двигатель внутреннего сгорания 1 с всасывающей установкой, изображенный на фиг. 1 и 2 в продольном разрезе и в виде сверху, имеет одноступенчатый наддув. При этом соответственно каждому из обоих Y-образно расположенных рядов цилиндров придано по одному турбогазонагнетателю 2,2', из которых один выполнен с запорными устройствами для отключения при частичной нагрузке. Оба компрессора 4,4' обоих газотурбонагнетателей 2,2' получают воздух для сжигания топлива через присоединительные патрубки 7,7', отформованные на воздухосборном корпусе 9. Присоединительные патрубки 7,7' находятся в соединении с отдельными каналами потока, образованными из ваннообразной нижней части, также отформованной на воздухосборочном корпусе 9, и установленного на ней всасывающего диффузора 11. Нижняя часть, естественно также может выполняться, что однако не изображено, в виде отдельного, не отформованного на воздухосборном корпусе 9 конструктивного элемента, устанавливаемого на воздухосборный корпус 9 Во всасывающем диффузоре 11 проходит поперечная стенка 12, образующая совместно с перегородками 10 в ваннообразной нижней части раздельные пути всасывания для компрессоров газотурбонагнетателей. Один из обоих путей потока является запираемым за счет выполненного в виде клапана запорного устройства 13 во входе всасывающего диффузора 11. При этом расположении клапан является легко доступным, например, для работ по техническому обслуживанию. Расположение компрессоров 4,4' непосредственно на узкой стороне воздухосборного корпуса 9 с сориентированными в сторону воздухосборного корпуса 9 всасывающими патрубками обеспечивает оптимальное направление воздуха с короткими путями потока. Сжатый воздух поступает по трубопроводам 14,14' к устройству охлаждения наддувочного воздуха 15, корпус 16 которого образует крышку для лежащего ниже воздухосборного корпуса 9. Корпус 15 устройства охлаждения наддувочного воздуха расположен непосредственно рядом с всасывающим корпусом с всасывающим диффузором 11. Наддувочный воздух течет через боковые отверстия 17 в корпус 16 устройства охлаждения наддувочного воздуха 15 и через теплообменные элементы устройства охлаждения наддувочного воздуха 15 в общий для обоих рядов цилиндров воздухосборный корпус 9. Воздухосборный корпус 9 через отдельные присоединительные патрубки 18 соединен с впускными каналами головок цилиндров 19. Последнее имеет то преимущество, что головки цилиндров 19 являются съемными без того, чтобы требовалось демонтировать всю всасывающую установку. Кроме того, присоединительные патрубки 18 могут легко изменяться ля различных условий и присоединения /например, двух- или четырехклапанная головка/ головок цилиндров 19 без того, чтобы явились необходимыми изменения воздухосборного корпуса.

На фиг. 3-5 изображены двигатель внутреннего сгорания и выполнение всасывающей установки при двухступенчатом наддуве в продольном виде в виде сверху, а также в поперечном разрезе. Окружающий воздух через всасывающие патрубки компрессоров низкого давления 6",6 газотурбонагнетателей низкого давления 3", 3 всасывается из атмосферы. Для отключения одной группы газотурбонагнетателей вход одного всасывающего патрубка снабжен запорным устройством. Наддувочный воздух, предварительно сжатый компрессорами низкого давления 6", 6, поступают через трубопроводы 25,25' в устройство охлаждения наддувочного воздуха низкого давления 22, установленное вместо используемого при одноступенчатом наддуве всасывающего диффузора 11 на ваннообразную нижнюю часть, выполненную на воздухосборном корпусе 9. Нижняя часть, естественно, также здесь, что однако не изображено, может быть выполнена в виде отдельного, устанавливаемого на воздухосборный корпус конструктивного элемента. Корпус 23 устройства охлаждения наддувочного воздуха низкого давления 22 имеет поперечную стенку 24, образующую в соединении с перегородками 10 в ваннообразной нижней части отдельные пути потока. В качестве элементов охлаждающего устройства служат два отдельных теплообменных элемента, раздельное направление воздуха для обеих групп газотурбонагнетателей 3,3" и 3',3 является необходимым для того, чтобы при эксплуатации лишь одной группы газотурбонагнетателей система высокого давления была отделена от системы низкого давления. В противном случае устанавливается поток короткого замыкания через компрессор высокого давления неподвижного нагнетателя к компрессору низкого давления. В соответствии с изобретением компрессоры высокого давления 5.5' газотурбонагнетателей высокого давления 3,3' их всасывающими патрубками расположены на том же месте, что и компрессоры 4,4' газотурбонагнетателей 2,2' при одноступенчатом наддуве. Так, присоединительные патрубки 7,7', ведущие к присоединительным патрубкам компрессоров 4,4' соответственно компрессоров высокого давления 5,5' и отформованные на воздухосборном корпус 9, а также ведущие к устройству охлаждения наддувочного воздуха трубопроводом 14,14' и присоединения и крепления могут быть при одно- двухступенчатом наддуве, одинаково выполненными и расположенными. В частности, воздухосборный корпус 9 с ваннообразной нижней частью, и отформованные на нем присоединительные патрубки 7,7' без изменений могут использоваться при одно- и двухступенчатом наддуве.

Наддувочный воздух, сжатый компрессорами высокого давления 5,5', поступает по трубопроводам 14,14', которые также расположены таким же образом, что и при одноступенчатом наддуве, к устройству охлаждения наддувочного воздуха 15, служащему теперь в качестве устройства охлаждения наддувочного воздуха высокого давления. Корпус 16 устройства охлаждения наддувочного воздуха 15 располагается непосредственно рядом с корпусом 23 устройства охлаждения наддувочного воздуха низкого давления 22 на воздухосборном корпусе 9. Тем самым с помощью всасывающей установки согласно изобретению двигатель внутреннего сгорания при взятии за основу минимального количества различных конструктивных элементов может оснащаться для одно- или двухступенчатого наддува. В принципе лишь вместо всасывающего диффузора 11 должны монтироваться устройство охлаждения наддувочного воздуха низкого давления 22 и дополнительные газотурбонагнетатели с подводящими трубопроводами 25,25', через которые предварительно сжатый наддувочный воздух поступает к боковым впускным отверстиям устройства промежуточного охлаждения 22. Остаточные части, включая группы высокого давления, могут устанавливаться при одинаковом расположении для обоих вариантов двигателя. Ясно, что отсюда вытекают преимущества в отношении расходов, т.к. должно изготавливаться и иметься наготове минимальное количество различных частей. Расположение всасывающей установки между рядами цилиндров с сидящими на ней устройствами охлаждения наддувочного воздуха и расположение устройств охлаждения наддувочного воздуха с примыканием к узкой стенке воздухосборного корпуса обеспечивают оптимальное направление потока вследствие коротких соединительных трубопроводов с малым количеством обводных трубопроводов и хорошее распределение потока к отдельным цилиндрам.

Формула изобретения

1. Всасывающая установка для двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащая по меньшей мере один основной турбонагнетатель, работающий на отработавших газах и выполненный в виде расположенного на валу компрессора с всасывающими патрубками и турбины с впуском и выпуском, причем турбина присоединена к выпускным трубопроводам двигателя внутреннего сгорания, а нагнетательный патрубок компрессора через устройство охлаждения наддувочного воздуха и через воздухосборный корпус соединен с впускными патрубками двигателя внутреннего сгорания, отличающаяся тем, что в случае двухступенчатого наддува установка имеет дополнительное устройство охлаждения наддувочного воздуха и по меньшей мере один дополнительный турбонагнетатель, работающий на отработавших газах и выполненный в виде турбонагнетателя низкого давления, причем последний имеет турбину с впуском и выпуском и компрессор с всасывающими патрубками для всасывания окружающего воздуха и с выпуском, который через дополнительное устройство для охлаждения наддувочного воздуха соединен с всасывающими патрубками компрессора основного турбонагнетателя, выполненного в виде турбонагнетателя высокого давления, причем последний и выпуск турбины соединены с впуском турбины турбонагнетателя низкого давления, сообщающимся через свой выпуск с окружающей атмосферой, при этом двигатель внутреннего сгорания выполнен с одной нижней частью корпуса, общей как для одноступенчатого, так и для двухступенчатого наддува, и эта нижняя часть корпуса выполнена с присоединительными патрубками для отвода наддувочного воздуха к компрессорам при одноступенчатом и двухступенчатом наддувах, причем при одноступенчатом наддуве верхняя часть корпуса выполнена с всасывающим диффузором компрессора, а при двухступенчатом наддуве с крышкой для присоединения патрубков соответствующего компрессора, причем при двухступенчатом наддуве в корпусе установлены охлаждающие элементы дополнительного устройства для охлаждения наддувочного воздуха.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что воздухосборный корпус при выполнении двигателя с Y-образным расположением цилиндров, а на верхней части воздухосборного корпуса размещены соответственно при одноступенчатом наддуве основное устройство охлаждения и всасывающий диффузор компрессора, а при двухступенчатом наддуве основное и дополнительное устройства охлаждения наддувочного воздуха.

3. Установка по п.2, отличающаяся тем, что все турбонагнетатели или только турбонагнетатели высокого давления расположены на стороне, имеющей меньшее поперечное сечение воздухосборного корпуса, а нижняя часть корпуса с присоединительными патрубками размещена непосредственно против всасывающих патрубков всех компрессоров или компрессоров высокого давления.

4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что нижняя часть корпуса выполнена заодно с воздухосборным корпусом.

5. Установка по пп.1 4, отличающаяся тем, что содержащая всасывающий диффузор верхняя часть корпуса имеет поперечную стенку и перегородки, образующие впускные каналы.

6. Установка по пп.1 5, отличающаяся тем, что верхняя часть корпуса в месте расположения дополнительного устройства охладителя наддувочного воздуха имеет поперечную стенку для образования двух камер под охлаждающие элементы, образующую совместно с перегородками в нижней части корпуса отдельный проточный канал для сопряженных с каждым рядом цилиндров групп турбонагнетателей, причем проточный канал выполнен с возможностью запирания с помощью дополнительно установленного во всасывающем диффузоре запорного органа.

7. Установка по пп.1 6, отличающаяся тем, что воздухосборный корпус в зоне основного устройства охлаждения наддувочного воздуха выполнен открытым сверху, а корпус последнего образует крышку.

8. Установка по пп.1 7, отличающаяся тем, что впуски корпусов расположены сверху и соединены с основным и дополнительным устройствами охлаждения наддувочного воздуха.

9. Установка по пп.1 8, отличающаяся тем, что воздухосборный корпус имеет отдельные патрубки для соединения с впускными каналами головок цилиндров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5