СПОСОБ ГАЗООБМЕНА ТУРБОНАДДУВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК F02B27/00 

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к четырехтактным двигателям автотракторного типа с газотурбинным наддувом.

Известен способ газообмена турбонаддувного двигателя с перекрытием клапанов (1), по которому перекрытие клапанов осуществляется в течение всего такта впуска и, частично, в период такта выпуска. Угол перекрытия клапанов ϕ составляет больше 180^о, а угол α - смещения середины зоны перекрытия клапанов относительно верхней мертвой точки (ВМТ) - не менее 60^оС (см. фиг. 1а).

Известен способ газообмена турбонаддувного двигателя с перекрытием клапанов, причем середина зоны перекрытия клапанов находится вблизи ВМТ или смещена на такт впуска не более чем на 15^о (см. фиг. 1 б). Этот способ газообмена, принятый за прототип, используется практически на всех четырехтактных двигателях с турбонаддувом (2).

Недостатком данного способа является снижение давления наддува при уменьшении скоростного режима двигателя и, вследствие этого, низкая топливная экономичность и повышенная дымность выхлопных газов.

Сущность изобретения заключается в том, что согласно способу газообмена турбонаддувного двигателя с перекрытием клапанов, середину зоны перекрытия клапанов смещают от верхней мертвой точки в область такта выпуска не менее чем на 15^о и не более чем на 60^о.

Сравнение заявленного способа с прототипом показывает, что новым является то, что большая часть угла перекрытия ϕ приходится на такт впуска и угол α смещения середины зоны перекрытия больше 15^о, но меньше 60^о (см. фиг. 1в). Перекрытие клапанов может также осуществляться на такте впуска (см. фиг. 1 г).

В этом случае продувку осуществляют, частично или полностью, во время такта впуска, а давление в цилиндрах будет находиться в сильной зависимости от частоты вращения двигателя. При снижении частоты вращения уменьшаются потери во впускном клапане и, следовательно, увеличивается давление в цилиндре двигателя относительно давления во впускном патрубке и в выпускном коллекторе. Уменьшение потерь во впускном патрубке увеличивает поступление воздуха в цилиндры, а повышение давления в них - выброс смеси воздуха с отработавшими газами в выпускной коллектор. То есть увеличение расхода воздуха на продувку, что приводит к увеличению мощности турбины турбокомпрессора и давления наддува. В целом же это позволяет снизить расход топлива и дымность отработавших газов на низких скоростных режимах, а также улучшить динамические качества двигателей за счет более высокого коэффициента запаса крутящего момента. Положительный эффект может быть достигнут при смещении середины зоны перекрытия клапанов в область такта выпуска не менее чем на 15^о, и он увеличивается при увеличении угла смещения. Смещение середины зоны перекрытия клапанов в область такта выпуска более 60^о нецелесообразно, так как такое увеличение угла смещения и угла перекрытия клапанов ухудшает устойчивость работы двигателя на переменной нагрузке из-за увеличения заброса выхлопных газов в цилиндры двигателя.

Таким образом, изобретение отвечает требованию новизны, т. к. не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения.

Изобретение отвечает требованию изобретательского уровня, т. е. достигнут результат, удовлетворяющий существующую потребность, попытки получения которого до настоящего времени не удавались специалистам.

Изобретение является промышленно применимым, т. е. может быть использовано в двигателестроении для повышения топливной экономичности двигателей.

Способ поясняется чертежами. На фиг. 1а представлена диаграмма фаз газораспределения аналога; на фиг. 1б - то же, прототипа; на фиг. 1в и 1г - то же, по предлагаемому способу; на фиг. 2 - схема двигателя.

Предложенный способ осуществляется следующим образом (см. фиг. 2).

Воздух сжимают компрессором 1 турбокомпрессора 2 и по впускному патрубку 3 через впускной клапан 4 подают в цилиндр 5 двигателя. Далее воздух в смеси с выхлопными газами через выпускной клапан 6 и выпускной коллектор 7 подают на турбину 8 турбокомпрессора 2. Открытие впускного клапана 4 осуществляют в верхней мертвой точке или после нее, когда поршень 9 начал двигаться вниз. На высоких скоростных режимах из-за больших гидравлических потерь среднее давление P_a в цилиндре 5 заметно ниже давления P_s во впускном патрубке 3 и несколько выше давления P₁ в выпускном коллекторе 7. Так как перекрытие клапанов и продувка осуществляется, частично или полностью, на такте впуска при движении поршня вниз, поступление воздуха в цилиндр 5 невелико, так же как и не велик выброс смеси воздуха с выхлопными газами в выпускной коллектор 7. Т. е. коэффициент продувки имеет небольшие значения. При снижении частоты вращения двигателя гидравлические потери существенно снижаются, так как величина гидравлических потерь находится примерно в квадратичной зависимости от частоты вращения. Вследствие этого увеличивается поступление воздуха в цилиндр 5 и давление P_a в нем. В свою очередь из-за увеличения разницы в давлении P_a и P_т увеличивается выброс смеси воздуха и выхлопных газов в выхлопной коллектор 7. Все это приводит к росту коэффициента продувки и общему увеличению подачи газов в турбину 8 турбокомпрессора 2, а, следовательно, предотвращает, частично или полностью, падение давления наддува на низких скоростных режимах. Падение давления наддува зависит от величины угла α смещения середины зоны перекрытия клапанов относительно ВМТ. Чем больше угол α ,тем меньше падение давления.

В двигателях, где газообмен осуществляется по способу, когда опережение открытия впускного клапана примерно равно запаздыванию закрытия выпускного (прототип), увеличение продувки при снижении частоты вращения осуществляется, в основном, за счет увеличения времени - сечения перекрытия клапанов, что недостаточно для поддержания мощности турбокомпрессора и давления наддува на требуемом уровне.

Сущность: в способе газообмена турбонаддувного двигателя с перекрытием клапанов середину зоны перекрытия клапанов смещают от верхней мертвой точки в область такта выпуска не менее чем на 15° и не более чем на 60°. Способ позволяет снизить расход топлива и дымность отработавших газов на низких скоростных режимах, улучшить динамические качества двигателя. 2 ил.

СПОСОБ ГАЗООБМЕНА ТУРБОНАДДУВНОГО ДВИГАТЕЛЯ с перекрытием клапанов, отличающийся тем, что середину зоны перекрытия клапанов смещают от верхней мертвой точки в область такта выпуска не менее чем на 15^o и не более чем на 60^o.