Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом

 

Использование: изобретение относится к области двигателестроения, в частности, к тепловозным дизелям с турбонаддувом, оборудованным устройствами для регулирования подачи воздуха в воздушный ресивер ДВС. Сущность изобретения: устройство содержит датчики давления 1 и температуры 2 воздуха в воздушном ресивере, преобразователь 4, исполнительный механизм 9 и установленную в перепускном канале дроссельную заслонку 10, при этом датчики давления 1 и температуры 2 подключены к входу преобразователя, а исполнительный механизм 9 подключен к его выходу. Кроме того, устройство содержит задатчик начального положения дроссельной заслонки 6 регулируемый дроссель 5 с запорным элементом , пневмокорректор 8, выполненный в виде пневматического мембранного механизма , а также преобразователь, выполненный в виде двуплечего балансировочного рычага 4 с регулируемой опорой 3. Чувст вительные элементы датчиков давления 1 и температуры 2 выполнены в виде мембранных камер со штоками, каждая из которых установлена с возможностью взаимодействия своим штоком с соответствующим плечом балансировочного рычага. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

«««««««д

Юлик

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4449580/06 (22) 29.06.88 (46) 30,06,92, Бюл. Nò 24 (71) Производственное обьединение "Лу-. ганский тепловозостроительный завод им.

Октябрьской революции" (72) Е,А.Рыбальченко, В,С,Ткаля и С.А.Скирич (53) 621.436.052(088. 8) (56) Патент США й«4174617, кл. F 02 В 7/00, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПОДАЧИ ВОЗДУХА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С НАДДУВОМ (57) Использование:.изобретение относится к области двигателестроения, в частности, к тепловозным дизелям с турбонаддувом, оборудованным устройствами для регулирования подачи воздуха в воздушный ресивер

ДВС. Сущность изобретения: устройство со- . держит датчики давления 1 и температуры 2 Ы 1744285 А1 (s»5 F 02 В 37/00, F 02 0 9/02 воздуха в воздушном ресивере, преобразователь 4, исполнительный механизм 9 и установленную в перепускном канале дроссельную заслонку 10, при этом датчики давления 1 и температуры 2 подключены к входу преобразователя, а исполнительный механизм 9 подключен к его выходу. Кроме того, устройство содержит задатчик начального положения дроссельной заслонки 6, регулируемый дроссель 5 с запорным элементом, пневмокорректор 8, выполненный в виде пневматического мембранного механизма, а также преобразователь, выполненный в виде двуплечего балансировочного рычага 4 с регулируемой опорой 3. Чувствительные элементы датчиков давления.1 и температуры " выполнены в виде мембранных камер со штоками, каждая из которых установлена с возможностью взаимодействия своим штоком с соответствующим плечом балансировочного рычага. 1 ил.

1744285

10

40

55

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к тепловозным дизелям с турбонаддувом, оборудованным устройствами для перепуска части сжатого воздуха или газа.

Известны устройства, содержащие перепускной клапан, магистраль перепуска и систему управления, осуществляющие управляемый перепуск части сжатого воздуха или отработавших газов и используемые для самых различных целей, например, для обеспечения оптимальных совместных расходных характеристик дизеля и компрессора и при этом беспомпажной работы компрессора турбокомпрессора; для различных способов регулирования турбокомпрессора двигателя внутреннего сгорания (ДВС) на стационарных и переходных режимах работы; для обеспечения устойчивых параметров воздушного потока независимо от изменения условий работы 4ВС, в частности, от изменения атмосферных условий.

Для решения последней задачи используются устройства, поддерживающие некоторую заданную величину давления воздуха в ресивере на некоторых режимах работы

ДВС. В зависимости от разлииных предусмотренных заранее факторов величина уставки по .давлению наддува может корректироваться, Одними из наиболее часто встречающихся параметров, по которым осуществляется такая коррекция, являются температура наддувочного воздуха и температура окружающего воздуха.

Известно устройство, регулирующее давление наддувочного воздуха для двигателей внутреннего сгорания с газотурбонагнетателями, в котором используется перепуск части сжатого воздуха с целью сохранения давления воздуха в воздушном ресивере, имеющее датчик атмосферного давления и осуществляющее коррекцию основного сигнала по температуре окружающего воздуха, Устройство обеспечивает управляемый перепуск части сжатого воздуха в зависимости от плотности атмосферного воздуха.

Недостатком такого устройства является разрывность схемы регулирования, так как не существует обратной связи управляющих сигналов по давлению и температуре окружающей среды с количеством перепускного воздуха или параметрами наддува в воздушном ресивере, т.е. устройство работает как позиционер. В связи с тем, что система регулирования разорвана, ухудшается точность. поддержания параметров наддува в воздушном ресивере дизеля.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство перепуска, предназначенное для ДВС, vìåþùåå дроссельную заслонку, впускной коллектор и выпускной коллектор. Устройство содержит установленный во впускном ресивере датчик давления, который измеряет первый электрический параметр в соответствии с изменением давления в коллекторе Р». С дроссельной заслонкой механически соединено электронное устройство, изменя ющее в соответствии с положением заслонки второй электрический сигнал того же типа, что и первый. В качестве датчика температуры, вырабатывающего второй электрический сигнал, используется биметаллическая пластина.

Система содержит компаратор с уравновешивающим устройством для сравнения соответствий полных значений первого и второго параметра и вырабатывает корректирующий выходной сигнал напряжения, полярность которого соответствует относительным величинам первого и второго параметров. ДВС имеет газовую турбину, соединенную с впускным коллектором, и воздушный компрессор.

Воздушный компрессор механически. связан соответствующим устройством с турбиной и пневматически соединен с воздушным коллектором для подачи потока воздуха, С выпускным клапаном между выхлопным коллектором и турбиной соединен перепускной трубопровод, служащий для перепуска части отработавших газов мимо турбины. В перепускном трубопроводе смонтирована заслонка, регулирующая степень перепуска отработавших газов мимо турбины. Это устройство содержит замкнутую схему регулирования

В связи с тем, что управляющие сигналы формируются в воздушном разрезе, а управление турбонагнетателем осуществляется со стороны выхлопа, существенным недостатком устройства является большая нестабильность и неравномерность регулирования из-за большой инерционности ротора турбокомпрессора.

Поэтому даже использование особо точных электронных устройств не может обеспечить в этом случае достаточную точность поддержания плотносги воздуха в воздушном ресивере из-за большой статической погрешности такого устройства.

Кроме того, перепуск части газа s обход турбины из-за невозвратной потери части энергии газа неизбежно приводит к ухудшению топливной экономичности дизеля, Дополнительным недостатком устройства является его сложность. Кроме трудностей, обусловленных сложностью выполнения поворотной заслонки в выхлопном коллекторе, возникают сложности в обеспечении

1744285

20

30

50

55 нормальных условий работы электронных устройств в условиях постоянных вибраций;

Все это значительно усложняет установку подобных устройств на транспортных ДВС, например, на тепловозах. В связи с этим осложняется задача по обеспечению достаточной надежности работы ДВС при изменении атмосферных условий, в частности, при низких температурах атмосферного воздуха.

Наиболее выгодным способом управления турбокомпрессором при низких температурах атмосферного воздуха является перепуск части сжатого воздуха с выхода на вход в компрессор, что объясняется повышением температуры воздуха на входе в компрессор из-за подмешивания сжатого воздуха, который в режиме полной мощности имеет температуру намного выше (до

170 С), чем температура наружно о воздуха, Степень подогрева воздуха на входе в компрессор при перепуске части сжатого воздуха можно оценить по формуле

Cp1G

Из этой формулы следует зависимость (при условии, что C» = Ср2 = Срз)

ТО = /3(ТК вЂ” ТО) + 10, <пер где P = . — относительное количество

6к перепускаемого воздуха, Цель изобретения — повышение надежности работы двигателя в режиме полной мощности при низких температурах атмосферного воздуха путем перепуска части сжатого воздуха с выхода компрессора на его вход, что приводит к поддержанию плотности воздушного заряда в воздушном ресивере, соответствующей плотности при нормальных атмосферных условиях.

Кроме того, к устройству предъявляются такие требования как обеспечение предельной простоты регулирующего устройства, максимальной точности регулирования и приспособляемости его к условиям работы транспортного ДВС с турбонаддувом, в частности, к условиям работы такого

ДВС на тепловозе.

Предлагаемое устройство для регулирования подачи воздуха ДВС с наддувом, содержит датчики давления и температуры воздуха в воздушном ресивере, преобразователь, исполнительный механизм и установленную в перепускном канале дроссельную заслонку, причем датчики давления и температуры подключены к входу преобразователя, а к его выходу подключен исполнительный механизм, связанный с дроссельной заслонкой.

Указанная цель достигается тем, что устройство для регулирования подачи воздуха

ДВС с наддувом снабжено задатчиком начального положения дроссельной заслонки, регулируемым дросселем с запорным элвментом, пневмокорректором, выполненным в виде пневматического мембранного механизма со штоком и рабочей камерой, подключенной к источнику сжатого воздуха, преобразователь выполнен в виде двуплечего балансировочного рычага с регулируеМ0А опорой, чувствительные элементы датчиков давления и температуры выполнены в виде мембранных камер со штоками, каждая из которых установлена с возможностью взаимодействия своим штоком с соответствующим плечом балансировочного рычага, пневматический мембранный механизм установлен с возможностью взаимодействия с балансировочным рычагом, причем запорный элемент регулируемого дросселя размещен на одном из концов балансировочно о рычага, другой конец которого связан с задатчиком начального положения дроссельной заслонки, а рабочая камера пневматического мембранного механизма пневмокорректора сообщена с пневматическим исполнительным механизмом через регулируемый дроссель.

Повышение надежности работы ДВС обусловлено тем, что при низких температурах атмосферного воздуха на тепловозных дизелях происходит рост максимального давления сгорания Р»«, величина которого можег превышать допустимые пределы.

При перепуске части сжатого воздуха с выхода компрессора (или из воздушного ресивера) на его вход существенно уменьшается величина Рла за счет увеличения температуры на входе в компрессор вследствие подмешивания воздуха с высокой температуры — с одной стороны и падением давления в воздушном ресивере из-за перепуска — с другой стороны, На чертеже изображено устройство, имеющее пневматическую систему управления.

Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом (фиг. 1) имеет чувствительный элемент датчика 1 давления воздушного заряда в воздушном ресивере ДВС и чувствительный элемент датчика 2 температуры воздушного заряда в ресивере. Чувствительные элементы выполнены в виде мемб1744285 ранных камер со штоками, причем каждая из них установлена на противоположных от регулируемой опоры 3 плечах балансировочного рычага 4, на котором установлен запорный элемент регулируемого дросселя

5, Начальный уровень давления воздуха в системе управления Рупр изменяется с помощью задатчика начального положения дроссельной заслонки 6, через пружину 7 связанного с соответствующим плечом балансировочного рычага. В предлагаемом устройстве имеется обратная силовая связь, реализуемая пневматическим мембранным механизмом пневмокорректора 8, который передает усилие обратной связи в соответствии с уровнем давления воздуха в системе управления Ру,р.

Пневматический сигнал управления

Рупр преобразуется в пневматическом исполнительном механизме 9 в перемещение дроссельной заслонки 10, которая за счет открываемого определенного сечения перепуска в перепускнай магистрали осуществляет регулирование плотности наддувочного воздуха в воздушном ресивере,. ВС через изменение величины давления в нем.

Имеется также устройство 11, изменяющее глубину коррекции сигнала по давлению сигналом по температуре воздушного . заряда в ресивере путем изменения соотношения плеч балансиравочнага рычага (расстояний между чувствительньгм элементом датчика 1 давления и регулируемой опорой

3 и между чувствительным элементом датчика 2 температуры и опорой 3).

Устройство работает следующим образом.

При нормальных атмосферных условиях (Bo = 760 мм рт,ст.; to = 20 С) для режима полной мощности,ДВС устройство настраивается таким образом, что балансировочный рычаг 4 находится в равновесии под действием усилий, передаваемых от чувствительных элементов датчиков давления и температуры 1 и 2, начальной затяжки пружины 7 регулировочным винтом б задатчика начального положения дроссельной заслонки и усилия обратной связи, передаваемого ат пневматического мембранного механизма пневмокорректора 8, формирующих начальный уровень давления воздуха в системе управления Ру р.

При этом.дроссельная заслонка 10 закрыта. При изменении параметров воздушного заряда Р» и t» в воздушном ресивере

ДВС в связи с изменением атмосферных условий (для удобства изложения возьмем уменьшение температуры атмосферного воздуха) в системе, настроенной предварительно на параметры воздушного заряда в ресивере при температуре атмосферного воздуха, равной 20 С (нормальные атмас5 ферные условия), происходит нарушение баланса сил, в связи с чем изменяется положение балансировочнага рычага 4 (в данном случае перемещается вниз), и положение дросселя 5, который, sсвою очередь,,за счет

10 выпуска воздуха из системы управления изменяет давление воздуха в этой системы

Рупр (в данном случае — в сторону увеличения), В связи с изменением Рупр асуществля15 ется поворот дроссельной заслонки 10 и происходит перепуск части сжатого воздуха с выхода компрессора турбакампрессара на его вход, вследствие каторага одновременно происходят падение давления воздуха Р»

20 .в воздушном ресивере ДВС и повышение температуры воздуха на входе в компрессор за счет подогрева поступающего в компрессор атмосферного воздуха с температурой

to перепускэемым воздухам с температурой

25 t».

Пневматический сигнал управления мажет быть подключен к источнику с>катога воздуха пад постоянным давлением — на тепловозе, например, мажет быть испаль30 завэн сжатый воздух тормозной или питательной магистрали. Причем, с целью поддер>кания постоянной величины давления, в магистраль мажет быгь включен регулятор давления.

35 Б «ачестве преобразователя сигнала температуры воздушного заряда в ресивере

ДВС может быть использован серийна выпускаемый преобразователь типа 13ТД73, предназначенный для непрерывного преаб40 разавания температуры жидкости и газовых сред в пневматический сигнал дистанционной передачи. Датчик температуры имеет пределы измерений t =- 50-100 С, т.е. работает в зоне а>кидаемых температур воздуха

45 в ресивере для любых температур наружноГа воздуха.

Могут быть предложены различные варианты устройства, имеющие те же отличи50 тельные признаки, чта и предлагаемое устройство. В частности, имеется воэможность с целью большей автономности рабаты такого устройства использовать гидравлическую систему управления, нэ55 пример, если в качестве сигнала по управлению Р пр использовать давление масла ва всережимном регуляторе оборотов и мощности тепловознаго ДВС, В этом случае предлагаемое устройство будет работать автономна от л обых cëcTeé тепловоза, 1744285

Составитель Е,Рыбальченко

Техред М.Моргентал Корректор Н,Ревская

Редактор И,Касарда

Заказ 2177 Тираж Подписное

-ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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

Предлагаемое устройство позволяет повысить надежность работы ДВС с турбонаддувом при отличии атмосферных условий от нормальных, в частности, при низких температурах атмосферного воздуха. Кроме того, использование предлагаемого устройства позволяет получить дополнительные преимущества по сравнению с известными; максимальная простота изготовления; повышение точности регулирования; повышение надежности работы и улучшение приспособляемости к любым условиям работы дизеля, в частности, к условиям работы дизеля на тепловозе.

Формула изобретения

Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом, содержащее датчики давления и температуры воздуха в воздушном ресивере. преобразователь. исполнительный механизм и установленную в перепускном канале дроссельную заслонку, причем датчики давления и температуры подключены к входу преобразователя, к выходу которого подключен исполнительный механизм, связанный с дроссельной заслонкой, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности в работе двигателя в режиме полной мощности при низких температурах атмосферного воздуха путем перепуска части сжатого воздуха с выхода компрессора на его вход, устройство снабжено задатчиком начального положения дроссельной заслон5 ки, регулируемым дросселем с запорным элементом, пневмокорректором, выполненным в виде пневматического мембранног0 механизма со штоком и рабочей камерой, подключенной к источнику сжатого воздуха, 10 преобразователь выполнен в виде двуплечего балансировочного рычага с регулируемой опорой, чувствительные элементы датчиков давления и температуры выполнены в виде мембранных камер со штоками, 15 каждая из которых установлена с возможностью взаимодействия своим штоком с соответствующим плечом балансировочного рычага, пневматический мембранный механизм установлен с возможностью

20 взаимодействия с балансировочным рычагом, причем запорный элемент регулируемого дросселя размещен на одном из концов балансировочного рычага, другой конец которого связан с задатчиком началь25 ного положения дроссельной заслонки, а рабочая камера пневматического мембранного механизма пневмокорректора сообщена с пневматическим исполнительныM механизмом через регулируемый дроссель.

Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом Устройство для регулирования подачи воздуха двигателя внутреннего сгорания с наддувом 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к двигателестроению и позволяет повысить эффективность работы устр-ва

Изобретение относится к области двигателестроения и позволяет повысить надежность и долговечность путем предотвращения попадания пыли в карбюратор

Изобретение относится к области двигателестроения, а именно к защите двигателей внутреннего сгорания

Изобретение относится к области двигателестроения
Наверх