Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания

 

Союз Советских

Социапнстичесиих

Респубпии

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (»)891986 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5I)M. Кл.

{22) За о 13. 12.79 (21) 2852187Д -0g с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

F 02 В 37/00

Государстееииый комитет

СССР по делам мзобретеиий и открытий

Опубликовано 23.12.81, Бюллетень №47

Дата опубликования описания 23.12.81 (53) УДК 621.43. .73.052(088.8) (72) Авторы изобретения

В.Н.Васильев и И.А,Файн

Московский ордена Ленина и ордена Трудов

Знамени институт инженеров железнодорожн (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАДДУВА ДВИ ГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО

СГОРАНИЯ

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам для газотурбинного наддува °

Известны устройства для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащие по меньшей мере один турбокомпрессор, установленный в газовоздушном тракте .и сообщенный с коллектором выпуска отработавших газов двигателя при помощи гаэоприемного патрубка и с воздушным ресивером при помощи воздухонапорного патрубка, магистраль перепуска отработавших газов мимо турбокомпрессора и установленный в ней тарельчатый клапан, снабженный приводом от датчи ка давления, установленного в газовоэ. душном тракте О3

Перепуск отработавших газов позво20 ляет настроить турбокомпрессорную группу на оптимальное воздухоснабжение на нерасчетных режимах, что особенно важно для транспортных дизе" лей, работающих в большом диапазоне нагрузок.

Однако для тепловых дизелей характерна частая смена режимов работы и длительная работа на холостом хо ду. В этих условиях на всех элементах выпускной системы двигателя, особенно двухтактного, происходит отложение нагара, сечение элементов уменьшается и изменяются точки совместной работы турбокомпрессора с двигателем.

Кроме того, в процессе эксплуатации по мере увеличения пробега тепло" воза падает расход воздуха и растет температура отработавших газов. При этом давление наддува может уменьшиться не столь существенно. Если в качестве импульса на перепуск сохранить давление наддува или давление отработавших газов, то возможно черезмерное снижение расхода воздуха, сопровождающееся ухудшением воздухо986

10

ЭО

ЭО

Э5 о

55

3 1891 снабжения дизеля и повышением теплонапряженности его узлов.

Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности двигателя.

Для достижения поставленной цели устройство дополнительно снабжено механизмом обратной связи, выполненным в виде датчика температуры, размещенного в газоприемном патрубке, и передачи между управляющим орraном датчика и приводом клапана.

Привод клапана может быть выпол" нен в виде подвижной стенки, нагруженной давлением в газовоздушном тракте и уравновешенной усилием спиральной пружины с регулируемой затяжкой, а датчик температуры в этом случае подсоединен к механизму изменения затяжки пружины.

При этом клапан может быть выполнен тарельчатым, и подвижная стенка привода выполнена заодно с тарелкой клапана.

Спиральная пружина может быть установлена с нагружением подвижной стенки усилием раскручивания спирали и механизм изменения затяжки вы" полнен в виде поворотной опоры с прикрепленным к ней концом спирали, образующей пружину.

Спиральная пружина может быть также установлена с нагружением подвижной стенки усилием сжатия, и механизм изменения затяжки выполнен в виде подвижной опоры, установленной в качестве одной из стенок полости, сообщенной с воздухонапорным патрубком при помощи канала, снабженного органом перекрытия, и датчик температуры связан с последним.

Кроме того, привод клагана может быть снабжен сервомеханизмом с подключением к последнему датчику тем-. пературы.

При этом газоприемный патрубок может быть выполнен по меньшей мере частично охлаждаемым, а датчик температуры выполнен в виде неохлаждаемого стержня, прикрепленного одним концом к неохлаждаемому участку пат- . рубка и связанного вторым концом с установленной на том же участке перемещаемой деталью, соединенной с приводом клапана.

Датчик температуры может быть выполнен также в виде биметаллической пластины.

На фиг ° 1 показано устройство, разрез по газоприемному патрубку;

4 на фиг. 2 — вариант выполнения привода клапана; на фиг. 3 - вариант с нагружением привода клапана давлением воздуха; на фиг. 4 - выполнение привода клапана с сервоприводом; на фиг. 5 - принципиальная схема подключения турбокомпрессора к двигателю.

Турбокомпрессор 1 установлен в газовоздушном тракте, снабженным коллектором выпуска отработавших газов

2, воздушным ресивером 3 двигателя внутреннего сгорания 4, и сообщен с выхлопным коллектором при помощи газоприемного патрубка 5, а с воздушным ресивером при помощи воздушнонапорного патрубка б.

Газоприемный патрубок (фиг.1) охлаждаемый с двойными стенками, между которыми циркулирует теплоноситель. Магистраль 7 для перепуска отработавших газов мимо турбокомпрессора соединяет между собой газоприемный 5 и выходной 8 патрубки и снабжена перекрывающим ее клапаном 9.

Привод клапана (фиг.1) выполнен в виде тарелки 10, нагруженной давлением отработавших газов в газоприемном патрубке и уравновешенной давлением спиральной пружины 11. Тарелка клапана в этом случае выполняет роль подвижной стенки привода и служит указателем давления, используемым для ее привода. Эта стенка может быть выполнена отдельно от тарелки клапана и может быть нагружена давлением воздуха в воздухонапорном патрубке (фиг.3).

Спиральная пружина 11 выполнена с регулируемой затяжкой и установлена с нагружением подвижной стенки (тарелки клапана) усилием раскру" чивания спирали (фиг.1 и 2). Для этого один ее конец прикреплен (помещен в паз) к стержню 12, а второй охватывает петлей рычаг 13 клапана. Пружина установлена с предварительной закруткой и своим усилием нажимает на рычаг, прижимая через не-:

ro тарелку клапана к седлу. Стержень 12 служит спорой пружины и выполнен поворотным, На нем установлена шестерня 14, входящая в зацепление с шестерней 15, а последняя расположена на общей оси с рычагом 16, связанного с одним концом датчика температуры, выполненного в виде неохлаждаемого стержня 17 и прикрепленного другим

8919 концом к неохлаждаемому участку гаэоприемного патрубка, Шестерни 14, 15 и рычаг 16 образуют механизм изменения затяжки, причем рычаг 16 служит перемещающейся деталью, связанной с

5 датчиком температуры. Шестерни с рычагами представляют собой передачу между управляющим органом датчика и приводом клапана. При этом датчик выполнен заодно с управляющим органом.

Спиральная пружина (фиг.3) установлена с нагружением подвижной стенки усилием сжатия через промежуточную стенку 18, которая служит подвижной опорой пружины и ограничивает полость 19, сообщенную с воздухонапорным патрубком 6 при помощи канала 20.

Промежуточная стенка 18 с одной стороны нагружена давлением воздуха в газовоздушном тракте (через канал 20), а с другой стороны уравновешена усилием спиральной пружины 11, т.е. служит приводом клапана.

Пружина установлена с возможностью изменения ее высоты. Для этого к подвижной стенке примыкает дополнительная полость 21, сообщенная с воздухонапорным патрубком при помощи канала 20 и при помощи обводного канала 22 с органом его перекрытия 23. Последний выполнен в виде поворотной заслонки, ось 24 которой связана с датчиком 25 температуры, в виде биметаллической пластины (фиг.3).

В этом случае привод выполнен пневматическим, а управляющий орган датчика выполнен в виде органа перекрытия (заслонки) 23.

Привод клапана (фиг. 4) снабжен сервомеханиэмом 26, выполненным в виде поршневого сервомотора 27, подключенного к источнику 28 давления и магистрали 29 слива жидкости через

iS золотник 30, Шток 31. последнего связан подвижной диафрагмой 32, которая нагружена с одной стороны давлени" ем наддува воздуха, поступающего по каналу 20, à с другой - уравно" вешена пружиной 33. Шток золотника дополнительно связан с второй подвижной диафрагмой 34, которая также нагружена давлением наддува и усилием дополнительной пружины 35, Од- нако в канале 36, сообщающий полость 37 с каналом 20, ограниченную мембраной, установлен запорный ор86

4 ган (клапан) 38 связанный с датчиком 25 температуры.

Датчик и передача между его управляющим органам могут быть любой конструкции, однако во всех случаях

I они выполняют функции обратной связи.

В частности, все описанные варианты обеспечивают коррекцию момента открытия магистрали перепуска в зависимости от значения температуры отработавших газов перед турбокомпрессором.

В процессе работы двигателя отработавшие газы поступают через коллектор 2 в газоприемный патрубок 5 турбокомпрессора и расширяясь на лопатках турбины отдают свою энергию, которая преобразуется в колесе компрессора в энергию сжатого воздуха. Сжатый воздух через воздухонапорный патрубок поступает в ресивер

3 для наддува двигателя и по пути может быть охлажден в воздухоохладителе 39.

По мере увеличения нагрузки на двигатель давление отработавших:газов в газоприемном корпусе и давление наддувочного воздуха в воздухонапорном патрубке растет. Соответственно увеличивается сила давления, действующая на подвижную стенку, которая либо выполнена заодно с тарелкой 10 клапана, подверженного давлению газов в газоприемном патрубке турбокомпрессора (фиг.1), либо на промежуточную стенку 18, нагруженную давлением воздуха в воздухонапорном патрубке (фиг. 3), либо на диафрагму 32 (фиг.4).

Когда сила давления превысит усилие уравновешивающей пружины клапан 9 откроется, и магистраль 7 сообщит между собой гаэоприемный 5 и выхлопной 8 патрубки, обеспечивая перепуск отработавших газов мимо турбокомпрессора. Перепускаемые газй не совершают работу, что снижает давление наддува по сравнению с тем значением, которое развивал бы нерегулируемый турбокомпрессор.

Количество перепускаемых газов зависит от проходного сечения клапана.

Порог срабатывания клапана во всех представленных вариантах зависит от затяжки пружины, Поэтому во всех представленных вариантах устройство дополнительно снабжено механизмом обратной связи, выполненным в виде дат7

891986 чика температуры, размещенным в газоприемном патрубке, и пе>едачей между управляющим органом датчика и приводом клапана.

Датчик температуры (фиr. 1) выполненный в виде неохлаждаемого стержня 17. В процессе повышения температуры стержень удлиняется относительно охлаждаемого участка патрубка и поворачивает рычаг 16, который установлен на общей оси с шестерней 15.

При этом одновременно поворачивается шестерня 14, выполненная заодно с поворотной опорой, к которой прикреплен конец спирали, образующей пружину 11. По мере удлиненйя стержня степень закрутки пружины возрастает, и порог срабатывания клапана увеличивается, а проходное сечение

: уменьшается. Порог срабатывания и закон открытия можно регулировать

>длиной рычага 16 и передаточным отношением шестерен. Механизм изменения затяжки варьированием высоты пружины. Там же показан вариант выпол" нения датчика температуры в виде биметаллической пластины приведены на фиг.3. По мере повышения темпе-. ратуры пластина 25 прогибается и после достижения заданной величины

30 деформации, например, после того, как будет преодолено усилие уравновешивающей пружины (не показана), повернет кинематически связанную с ней ось 24 и соответственно заслонку 23. Сжатый наддувочныи воздух

35 по обводному каналу 22 поступит в дополнительную полость 21 и уменьяит затяжку " пружины. В этом случае момент открытия клапана 9 и проход40 ное сечение после его открытия зависит от положения заслонки (органа перекрытия) 23. То есть в этом случае возможность перепуска и коли- чество перепускаемь>х газов также

45 зависят и от их температуры.

В случае применения сервопривода (фиг.4), открытие клапана 9 произойдет только в том случае, когда сила давления сжатого поддувочнс>го воздуха, действующая на диафрагму 32., 50 превысит усилие затяжки пружины 33.

В этом случае шток 31 золотника 30 переместится вверх, рабочая жидкость поступит от источника давления 28 в подпоршневую полость сервомотора 27 и появится возможность слива этой жидкости из надпоршневой полости .в магистраль слива 29. После падения давления пружи>->а 33 переместит шток вниз и. клапан 9 закроется.

Для изменения степени затяжки пружины 33 предусмотрена дополнительная полость 37, сообщенная с каналом 20 при помощи канала 36, снабженного запорным органом 38, связанного с датчиком температуры. При повышении температуры выше заданного предела запорный орган 38 откроет сечение канала 36, давление действующее на вторую диафрагму 32 вызовет ее перемещение вниз и снизит усилие предварительной затяжки пружины 33. То есть и в этом случае порог срабатывания клапана 9 и степень его открытия зависят от температуры.

Применение изобретения позволяет искпючить возможность работы двигателя с высокой тепловой напряженностью и тем самым обеспечивает повышение его эксплуатационной надежности. формула изобретения

1. Устройство для наддува двигателя внутреннего сгорания, содержащее по меньшей мере один турбокомпрессор, установленный в газовоздушном тракте и сообщенный с коллектором выпуска отработавших газов двигателя при помощи газоприемного патрубка и с воздушным.ресивером при помощи воздухонапорного патрубка, магистраль перепуска отработавших газов мимо турбокомпрессора и установленный в ней тарельчатый клапан, снабженный приводом от датчика давления, установленного в гаэовоздушном тракте, отличающееся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности двигателя, устройство дополнительно снабжено механизмом обратной связи, выполненным в виде датчика температуры, размещенного в гаэоприемном патрубке, и передачи между управляющим органом датчика и приводом клапана.

2. Устройство по и. l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что привод клапана выполнен в виде подвижной стенки, нагруженной давлением в газовоздушном тракте и уравнове- шенной усилием спиральнои пружины с регулируемой затяжкой, а датчик температуры подсоединен к

891986 механизму изменения затяжки пружины.

3 ° Устройство по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ e e с я тем, что подвиж ная стенка привода выполнена заоднос тарелкой клапана.

4. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что спиральная пружина установлена с воэможностью нагружения подвижной стенки усилием раскрутки спирали и механизм изменения затяжки выполнен в виде поворотной опоры с прикрепленным к ней концом спирали, образующей пружину.

5. Устройство по п.2, о т л и ч аю щ е е с я тем, что спиральная пружина установлена с возможностью изменения ее высоты и механизм изменения затяжки выполнен в виде подвижной стенки полости, сообщенной с воэдухонапорным патрубком при помощи канала, снабженного органом перекрытия, соединенным с датчиком температуры.

6. Устройство по п.1, о,т л и ч аю щ е э с я тем, что привод клапана снабжен сервомеханизмом и датчик температуры подключен к сервомеха низму.

7. Устройство по пп.1-6, о т л и-. ч а ю щ е е с я тем, что газоприемный патрубок выполнен по меньшей мере частично охлаждаемым, а датчик

10, температуры выполнен в виде неохлаждаемого стержня, прикрепленного одним концом к неохлаждающему участку патрубка и связанного вторым концом при помощи перемещаемой детали с приводом

15 клапана.

8. Устройство по пп. 1-6, о т л ич а ю щ е е с я тем, что датчик температуры выполнен в виде биметаллищ ческой пластины.

Источники информации, . принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Ю 4098085, кл. 60-600, 1978.

891986

Рие 5

Составитель A,Êóêëàíîâ

Редактор Я.Джугак Техред С. Мигунова Корректор Г.Назарова

Заказ 11180/49 Тираж 584 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушскал наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4