Автомобиль с функциональным модулем для установки на имеющем турбонаддув двигателе внутреннего сгорания автомобиля

Изобретение относится к автомобилям с функциональным модулем для двигателей с турбонаддувом. Автомобиль с функциональным модулем (1) для установки на имеющем турбонаддув двигателе внутреннего сгорания автомобиля, причем функциональный модуль (1) имеет по меньшей мере один работающий на выхлопных газах турбонагнетатель (2) и выпускной коллектор (3). Двигатель внутреннего сгорания имеет устройство управления наддувом, снабженное байпасным клапаном, и расположенный в газовыпускной системе тормозной клапан. Клапан служит для управления тормозным действием двигателя. Тормозной клапан и байпасный клапан интегрированы в функциональный модуль (1). Технический результат заключается в увеличении скорости установки и снижении трудозатрат при установке функционального модуля на двигатель внутреннего сгорания. 17 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение касается автомобиля с функциональным модулем для установки на имеющем трубонаддув двигателе внутреннего сгорания, включающим в себя работающий на выхлопных газах турбонагнетатель и выпускной коллектор для указанного двигателя внутреннего сгорания в соответствии с ограничительной частью п. 1 формулы изобретения.

У двигателей внутреннего сгорания с турбонаддувом в автомобилях общеизвестна установка турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, или соответственно его газовыпускной турбины, если позволяет конструкция, непосредственно на выпускном коллекторе двигателя внутреннего сгорания, во избежание потерь коэффициента полезного действия и для обеспечения быстрого срабатывания турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, в неустановившемся режиме. Также общеприняты устройства для регулировки наддува посредством байпасного клапана и при необходимости для возврата выхлопных газов в систему всасывания двигателя внутреннего сгорания, чтобы, в частности, выполнять нормы по очистке выхлопных газов. У автомобилей промышленного назначения к тому же применяются тормозные клапаны в газовыпускной системе для достижения усиленного тормозного действия двигателя при режиме принудительного холостого хода автомобиля.

Задачей изобретения является предложить автомобиль с функциональным модулем такого рода, который выполнен технологически выгодно и конструктивно просто.

Эта задача в соответствии с изобретением решается с помощью признаков п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления и усовершенствования изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

В соответствии с изобретением предлагается, чтобы тормозной клапан тормозного устройства двигателя, байпасный клапан регулировки наддува и при необходимости возвратный клапан выхлопных газов устройства возврата выхлопных газов были интегрированы в один функциональный модуль. Предлагаемый изобретением функциональный модуль представляет собой удобный в манипулировании, компактный и функционально интегрированный монтажный узел, который только должен соединяться с соответствующими электронными приборами управления и который уже заранее обеспечивает возможность релевантной системной диагностики или соответственно обладает возможностью юстировки. Тогда установка на двигателе внутреннего сгорания может выполняться быстро и без затруднений.

При этом особенно предпочтительно, если на функциональный модуль уже установлены приводные устройства или соответственно исполнительные элементы (электрические, и/или пневматические, и/или гидравлические) тормозного клапана и/или байпасного клапана и при необходимости возвратного клапана.

Для получения прочной и, среди прочего, также виброустойчивой конструкции функционального модуля на турбонагнетателе, работающем на выхлопных газах, может быть предусмотрена опорная консоль, которая предпочтительным образом одновременно образует теплозащитный щиток на выпускном коллекторе. Этот теплозащитный щиток предотвращает, в частности, слишком высокое тепловое излучение и температуры окружающей среды в моторном отсеке автомобиля и может быть по меньшей мере в отдельных областях отделен или соответственно удален на расстояние от выпускного коллектора изолирующим воздушным зазором.

Кроме того, исполнительные элементы для возврата выхлопных газов и тормозной клапан в монтажном положении функционального модуля могут быть хорошо доступным образом расположены на его верхней стороне и закреплены на опорной консоли, благодаря чему облегчаются контрольные или регулировочные работы. То же самое относится к исполнительному элементу для управления наддувом, который предпочтительно закреплен на корпусе компрессора на его верхней стороне. По существу все исполнительные элементы могут быть при этом расположены в одной единой горизонтальной плоскости над соединительными фланцами выпускного коллектора и опорной консоли.

Возвратный клапан выхлопных газов в одном из предпочтительных вариантов осуществления может быть образован простым, переставляемым посредством управления в любые промежуточные положения дроссельным клапаном, который расположен на отформованном на выпускном коллекторе соединительном штуцере для возвратного трубопровода выпускных газов.

Кроме того, в одном из технологически выгодных и простых по технике монтажа других вариантов осуществления тормозной клапан тормозного устройства двигателя может быть вставлен вблизи газовыпускной турбины турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, в участок трубопровода выпускного коллектора. Но тормозной клапан мог бы также располагаться непосредственно внутри корпуса газовыпускной турбины, что, однако, потребовало бы там при необходимости особых конструктивных преобразований.

Байпасный клапан для регулировки наддува может быть, в принципе, расположен в турбонагнетателе выхлопных газов в байпасном трубопроводе, соединяющем отходящий трубопровод наддува компрессора с газовыпускной турбиной.

В одном из предпочтительных по технологии литья усовершенствований изобретения корпус газовыпускной турбины и выпускной коллектор могут быть выполнены соответственно за одно целое в виде литой детали и соединены друг с другом через сопряженные друг с другом соединительные области, в частности соединительные фланцы, или соответственно прикреплены друг к другу например, по меньшей мере одним резьбовым соединением.

Альтернативно корпус газовыпускной турбины и выпускной коллектор могут быть также образованными неразъемно, в частности из единого материала и/или цельно, конструктивным элементом, в частности литым конструктивным элементом, в частности, изготовленными в виде одной общей детали за одну отливку.

Кроме того, альтернативно этому корпус газовыпускной турбины и выпускной коллектор могут быть также выполнены в виде двух частей, слитых друг с другом, и прикреплены друг к другу таким образом, чтобы разделительная поверхность этих двух частей располагалась примерно вдоль центральной оси интегрированных в выпускной коллектор трубопроводов. Выпускной коллектор был бы тогда изготовлен из двух половин с проходящей в корпус газовыпускной турбины, ровной разделительной поверхностью. Эти две части могут тогда, например, привертываться друг к другу или при необходимости также быть сварены друг с другом.

Выпускной коллектор может быть также выполнен и изготовлен неразъемно или соответственно цельно, например в виде неразъемной литой детали. Но альтернативно этому выпускной коллектор может быть также выполнен составным, причем тогда отдельные детали коллектора в окончательно смонтированном состоянии прочно соединены друг с другом, и по меньшей мере одна из деталей коллектора представляет собой составную часть предлагаемого изобретением функционального модуля.

На выпускном коллекторе выше по потоку от участка трубопровода, ведущего к газовыпускной турбине, может быть предусмотрен, например, прилит, другой участок трубопровода, через который могут поступать выхлопные газы других цилиндров двигателя внутреннего сгорания. Функциональный модуль может, таким образом, применяться для двигателей внутреннего сгорания с различным количеством цилиндров, причем этот участок трубопровода обеспечивает необходимую совместимость.

Наконец, турбонагнетатель, работающий на выхлопных газах, может представлять собой высоконапорный турбонагнетатель последовательного наддува двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя высоконапорный нагнетатель и расположенный на выхлопной стороне ниже по потоку низконапорный нагнетатель. Два примера осуществления изобретения поясняются подробнее ниже с помощью чертежей, на которых:

фиг. 1 - в стереоскопическом изображении функциональный модуль для двигателя внутреннего сгорания для автомобилей промышленного назначения, включающий в себя турбонагнетатель, работающий на выхлопных газах, выпускной коллектор и опорную консоль, на виде на соединительный фланец выпускного коллектора;

фиг. 2 - функциональный модуль, показанный на фиг. 1, на виде наискосок сверху турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, и исполнительных элементов для регулировки наддува, для управления тормозным клапаном и возвратным клапаном выхлопных газов;

фиг. 3 - вид в разделительной плоскости по линии III-III, указанной на фиг. 1, через состоящий из двух частей выпускной коллектор и корпус газовыпускной турбины с изображением тормозного клапана и дроссельного клапана возвратного клапана выхлопных газов;

фиг. 4 - поперечное сечение по линии IV-IV, указанной на фиг. 1, через корпус газовыпускной турбины и выпускного коллектора; и

фиг. 5 - на отдельном изображении альтернативный, состоящий из одной части выпускной коллектор функционального модуля с частичными сечениями в области тормозного клапана и дроссельного клапана возвратного клапана выхлопных газов.

На фиг. 1 и 2 показан в стереоскопическом изображении функциональный модуль 1 для рядного двигателя внутреннего сгорания с турбонаддувом, включающий в себя имеющий литой корпус тубонагнетатель 2, работающий на выхлопных газах (если не описано иное, известной конструкции) и выпускной коллектор 3 (или соответственно отдельную область составного выпускного коллектора), соединительные фланцы 3a которого на выхлопной стороне присоединены к головке блока цилиндров, здесь в качестве примера, для двух цилиндров двигателя внутреннего сгорания (не изображено).

Функциональный модуль 1 через только очень схематично изображенную или соответственно обозначенную опорную консоль 4 опирается на двигатель внутреннего сгорания, при этом опорная консоль 4, например, посредством не изображенных винтовых соединений прикреплена к турбонагнетателю 2, работающему на выхлопных газах, и/или к головке блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Опорная консоль 4 с участком 4а, охватывающим выпускной коллектор 3, предпочтительно оставляя определенный воздушный зазор, образует одновременно теплозащитный щиток.

Турбонагнетатель 2, работающий на выхлопных газах, состоит из газовыпускной турбины 5 и компрессора 6, у которых изображен только изготовленный предпочтительно по литейной технологии корпус, но не изображены рабочие колеса, их вал и опорные узлы.

Газовыпускная турбина или соответственно ее корпус 5 в первом примере осуществления через впускной фланец 5а (фиг. 4) непосредственно присоединены к фланцу 3b, который выполнен на общем участке 3c выполненного в виде одной части (т.е. цельно) выпускного коллектора 3. Участок 3c трубопровода (фиг. 4) примыкает к двум оканчивающимся в соединительных фланцах 3a газовыпускным каналам 3d выпускного коллектора 3.

На выпускном коллекторе 3 может быть также отформован соединительный штуцер 3e, к которому присоединен не изображенный возвратный трубопровод выхлопных газов, ведущий к системе всасывания двигателя внутреннего сгорания. В соединительном штуцере 3e посредством вала 7 установлен дроссельный клапан (заслонка) 8 в виде возвратного клапана выхлопных газов, управление которым может осуществляться посредством исполнительного элемента 9 (фиг. 1 и 2) и который определяет возвратный объем выхлопных газов в зависимости от рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания.

Кроме того, на участке 3c трубопровода выпускного коллектора 3 вблизи фланца 3b (фиг. 4) установлен тормозной клапан 10 на валу 11, который в зависимости от заданных рабочих параметров, например, для активного воздействия на тормозную мощность, для охлаждения сопла инжектора и пр., посредством другого исполнительного элемента 12 может переставляться в открытое или более или менее закрытое положение для настройки тормозного действия двигателя.

Как возвратный клапан выхлопных газов или соответственно дроссельный клапан 8, так и тормозной клапан 10 могут, таким образом, каждый бесступенчато переставляться или, соответственно, регулироваться в зависимости от заданных определенным образом рабочих параметров двигателя внутреннего сгорания.

На корпусе 6 компрессора закреплен, кроме того, исполнительный элемент 13 для регулировки наддува двигателя внутреннего сгорания, который управляет предусмотренным внутри турбонагнетателя 2, работающего на выхлопных газах, байпасным трубопроводом, снабженным байпасным клапаном (известной конструкции, не изображен). Байпасный трубопровод (на фиг. 4 показана штриховыми линиями 14 его центральная ось) соединяет известным образом отходящий от компрессора 6 трубопровод ба наддува (фиг. 2) с турбинным впускным каналом 5b (фиг. 4) газовыпускной (т.е. работающей на выхлопных газах) турбины 5, так что в случае снижения подачи топлива посредством только схематично изображенного или соответственно обозначенного на фиг. 4 байпасного клапана 14а может сокращаться наддув двигателя внутреннего сгорания. К газовыпускной турбине 5, кроме того, подсоединен центрально отходящий газовыпускной трубопровод 15, который может соединяться с другой газовыпускной системой двигателя внутреннего сгорания.

Исполнительные элементы 9, 12, 13 могут, например, приводиться в действие электрическим, гидравлическим, пневматическим или электрогидравлическим приводом и воздействуют через не показанную дополнительно систему тяг или соответственно рычаги или тому подобные на валы 7, 11 дроссельного клапана 8 и тормозного клапана 10, а также на байпасный клапан 14а регулировки наддува.

Исполнительные элементы 9, 12, 13, как, в частности, видно из фиг. 1 и 2, расположены на верхней стороне функционального модуля 1 или соответственно выше выпускного коллектора 3 в его встроенном положении на двигателе внутреннего сгорания по существу в единой горизонтальной плоскости, при этом исполнительные элементы 9, 12 закреплены на опорной консоли 4, в то время как исполнительный элемент 13 для регулировки наддува закреплен на корпусе компрессора 6. Крепления образованы, например, не изображенными подробнее резьбовыми соединениями.

На выпускном коллекторе 3 (фиг. 5) отформован другой, расположенный напротив соединительного штуцера 3e участок 3f трубопровода, через который другие цилиндры двигателя внутреннего сгорания или соответственно их выхлопной газ могут поступать в функциональный модуль 1. Разумеется, что турбонагнетатель 2, работающий на выхлопных газах, или соответственно его газовыпускная турбина 5 должны быть рассчитаны на соответствующие массовые потоки выхлопных газов.

На фиг. 3 показан один из альтернативных вариантов осуществления выпускного коллектора 3 и газовыпускной турбины 5, в котором два этих конструктивных элемента отлиты вместе цельно или выполнены по технологии литья в виде слитых друг с другом двух частей. Крепежные фланцы 5а и 3b могут при этом отсутствовать.

На фиг. 3 здесь показана только нижняя половина газовыпускной турбины 5 и выпускного коллектора 3, при этом в случае варианта слитых друг с другом по технологии литья двух частей единая, плоская разделительная поверхность 16, например, проходит по центральной оси участков 3c, 3d, 3e, 3f трубопровода выпускного коллектора 3, так что здесь отсутствуют поднутрения при извлечении из формы. Верхняя часть корпуса газовыпускной турбины 5 и выпускного коллектора 3 (не изображена) могла бы тогда тоже выполняться без поднутрений. Но конструктивный элемент, как уже упомянуто выше, может быть также весь выполнен цельным посредством литья, так что тогда позиция 16 на изображении фиг. 3 показывает только поверхности сечения.

Функциональный модуль 1 может изготавливаться в виде автономного, отдельного предварительно смонтированного узла, при этом функции управления исполнительных элементов 9, 12, 13 могут предварительно диагностироваться и юстироваться на соответствующем испытательном стенде.

Таким образом, функциональный модуль 1 может крепиться при небольших монтажных затратах к двигателю внутреннего сгорания, а исполнительные элементы 9, 12, 13 присоединяться к электронному прибору управления двигателем и при необходимости к гидравлическим устройствам управления (не изображены), будучи хорошо доступными сверху.

В отличие от этих примеров осуществления выпускной коллектор 3 при необходимости может быть также выполнен без возвратного клапана 8 выхлопных газов. Турбонагнетатель 2, работающий на выхлопных газах, функционального модуля 1 при последовательном наддуве двигателя внутреннего сгорания может представлять собой высоконапорный нагнетатель, к которому ниже по потоку газовыпускной турбины может быть подсоединен низконапорный нагнетатель.

Как уже упомянуто также, выпускной коллектор 3 может быть, в принципе, выполнен цельным или выполнен составным, причем тогда в последнем случае отдельные детали коллектора соответственно соединены друг с другом.

Список ссылочных позиций

1 Функциональный модуль

2 Турбонагнетатель, работающий на выхлопных газах

3 Выпускной коллектор

3a Соединительный фланец

3b Фланец

3c Участок трубопровода

3d Газовыпускные каналы

3e Соединительный штуцер

3f Участок трубопровода

4 Опорная консоль

4а Участок

5 Газовыпускная турбина

5а Впускной фланец

5b Впускной канал

6 Компрессор

6a Трубопровод наддува

7 Вал

8 Дроссельный клапан

9 Исполнительный элемент

10 Тормозной клапан

11 Вал

12 Исполнительный элемент

13 Исполнительный элемент

14 Байпасный трубопровод

14а Байпасный клапан

15 Газовыпускной трубопровод

16 Разделительная поверхность или плоскость сечения

1. Автомобиль с функциональным модулем для установки на имеющем турбонаддув двигателе внутреннего сгорания автомобиля, причем функциональный модуль имеет по меньшей мере один работающий на выхлопных газах турбонагнетатель и выпускной коллектор для указанного имеющего турбонаддув двигателя внутреннего сгорания, причем этот двигатель внутреннего сгорания имеет устройство управления наддувом, снабженное байпасным клапаном, и расположенный в газовыпускной системе тормозной клапан для управления тормозным действием двигателя, отличающийся тем, что тормозной клапан (10) и байпасный клапан (14а) интегрированы в функциональный модуль (1).

2. Автомобиль по п. 1, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания имеет также устройство возврата выхлопных газов, снабженное возвратным клапаном (8), который тоже интегрирован в функциональный модуль (1).

3. Автомобиль по п. 2, отличающийся тем, что дополнительно приводное устройство, в частности исполнительный элемент (9, 12, 13), для привода тормозного клапана (10), и/или байпасного клапана (14а), и/или возвратного клапана (8) устройства возврата выхлопных газов является составной частью функционального модуля (1), в частности соответствующие исполнительные элементы (9, 12, 13) установлены на функциональном модуле (1).

4. Автомобиль по п. 1, отличающийся тем, что на турбонагнетателе (2), работающем на выхлопных газах, предусмотрена опорная консоль (4), которая одновременно образует теплозащитный щиток (4а) для выпускного коллектора (3).

5. Автомобиль по п. 2, отличающийся тем, что на турбонагнетателе (2), работающем на выхлопных газах, предусмотрена опорная консоль (4), которая одновременно образует теплозащитный щиток (4а) для выпускного коллектора (3).

6. Автомобиль по п. 3, отличающийся тем, что на турбонагнетателе (2), работающем на выхлопных газах, предусмотрена опорная консоль (4), которая одновременно образует теплозащитный щиток (4а) для выпускного коллектора (3).

7. Автомобиль по любому из пп. 4-6, отличающийся тем, что опорная консоль (4) отделена и/или удалена на расстояние от выпускного коллектора (3) изолирующим воздушным зазором.

8. Автомобиль по п. 5 или 6, отличающийся тем, что приводное устройство, в частности исполнительный элемент (9, 12), для возврата выхлопных газов и/или тормозной клапан (10) в монтажном положении функционального модуля (1) расположено на его верхней стороне и закреплено на опорной консоли (4).

9. Автомобиль по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что приводное устройство, в частности исполнительный элемент (13), для управления наддувом закреплено на корпусе (6) компрессора, в монтажном положении, на его верхней стороне.

10. Автомобиль по п. 8, отличающийся тем, что все приводные устройства, в частности исполнительные элементы (9, 12, 13), расположены по существу в одной единой горизонтальной плоскости выше соединительных фланцев (3а) выпускного коллектора (3) и опорной консоли (4).

11. Автомобиль по п. 9, отличающийся тем, что все приводные устройства, в частности исполнительные элементы (9, 12, 13), расположены по существу в одной единой горизонтальной плоскости выше соединительных фланцев (3а) выпускного коллектора (3) и опорной консоли (4).

12. Автомобиль по одному из пп. 2-6, отличающийся тем, что возвратный клапан выхлопных газов образован дроссельным клапаном (8), который расположен в отформованном на выпускном коллекторе (3) соединительном штуцере (3e).

13. Автомобиль по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что тормозной клапан (10) вставлен вблизи газовыпускной турбины (5) турбонагнетателя (2), работающего на выхлопных газах, в участок (3c) трубопровода выпускного коллектора (3).

14. Автомобиль по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что байпасный клапан (14а) расположен в турбонагнетателе (2) выхлопных газов в байпасном трубопроводе (14), соединяющем отходящий трубопровод (6а) наддува компрессора (6) с газовыпускной турбиной (5).

15. Автомобиль по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что корпус газовыпускной турбины (5) и выпускной коллектор (3) образованы каждый отдельными конструктивными элементами, в частности отдельными, а также изготовленными посредством литья конструктивными элементами, которые предпочтительно соединены друг с другом посредством соединительных фланцев (5а, 3b), служащих соединительными областями, или что корпус газовыпускной турбины (5) и выпускной коллектор (3) образованы в виде одной части, в частности, из единого материала и/или цельно, в частности, литым конструктивным элементом, или что корпус газовыпускной турбины (5) и выпускной коллектор (3) выполнены из слитых друг с другом двух частей таким образом, что выпускной коллектор (3) имеет проходящую в корпус газовыпускной турбины (5) ровную разделительную поверхность, в частности разделительная поверхность этих двух частей проходит примерно вдоль центральной оси интегрированных в выпускной коллектор (3) трубопроводов (3c, 3d, 3e, 3f), причем эти две части жестко соединены друг с другом, в частности жестко соединены посредством по меньшей мере одного резьбового соединения.

16. Автомобиль по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что выпускной коллектор (3) выполнен в виде одной части или составным, причем в случае, если выпускной коллектор (3) выполнен составным, отдельные части коллектора соединены друг с другом, и по меньшей мере одна из частей коллектора является составной частью функционального модуля.

17. Автомобиль по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что на выпускном коллекторе (3) выше по потоку от участка (3c) трубопровода, ведущего к газовыпускной турбине (5), предусмотрен, в частности, прилит, другой участок (3f) трубопровода, через который могут поступать выхлопные газы по меньшей мере одного другого цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

18. Автомобиль по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что турбонагнетатель (2), работающий на выхлопных газах, представляет собой высоконапорный турбонагнетатель последовательного наддува двигателя внутреннего сгорания, включающий в себя высоконапорный нагнетатель и расположенный на выхлопной стороне низконапорный нагнетатель.